Устройство для контроля собственной частоты пьезоэлемента в технологическом процессе изготовления

,второи чи,перрегистрьй суммастро генератора Рямоугольных имп сследуемый пьезо ьсов поступаетемент 2, а такжй 4 образцовые а перв и вто лемент иения, ко ые обр аз уюются супе ся месителе 7, выде ным приемником один- ключвход я 11 и через и0 поступаю 9 и интегратор 1 аналого-циФровогоцифровой сигнал с реобразователыхода которо го з наетс буфе свае ых регистрах, а я в сумматоре-вырмация отображает кации с дешифраатем обраба итателе 16, я на блоке а ин7 инд ром,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Таджикский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР Ф 938404, кл. С 01 Н 13/02, 1981,Авторское свидетельство СССР У 1255986, кл. С 04 Р 1 О/06, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОБСТВЕННОЙ ЧАСТОТЫ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для прецизионного измерения параметров пьезоэлементов в технологических процессах, Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей - достигается за счет уменьшения влияния индустриальных помех и инструментальных погрешностей ин - тегратора, а также обеспечения регистрации величины и знака отклоне,801626 ния собственной частоты исследуемого пьезоэлемента от заданной. Дляэтого в устройство введены второй капиброванныи пьезоэлемент 5 и ,осетий 6 управляемые кл вый 14 и второй 15 буферные триггер 13 и арифметически тор-вычитатель 16. При рабо ства сигнал с выхода ементы, частота которых близк астоте исследуемого пьИзобретение относится к областирадиотехнических измерений и предназначено для прецизионного измеренияпараметров пьезоэлемента, напримерсобственной частоты в процессе изготовления, шлифования, напыления подложек и других операций,Целью изобретения является повыше ние точности измерения за счет умень шения влияния индустриальных помехи инструментальных погрешностейинтегратора, а также расширение Функциональных возможностей за счет обеспечения регистрации величины и знака отклонения собственной частоты исследуемого пьезоэлемента от заданной,На чертеже представлена структурная схема устройства.Устройство содержит генератор 1прямоугольных импульсов, исследуемыйпьезоэлемент 2, первый 3 и второй 4калиброванные пьезоэлементы с близкими частотами в соответствии с заданной собственной частотой пьезоэлемента, второй 5 и третий 6 управляемые ключи, смеситель 7, супергетеродинный приемник 8, первый управляемый ключ 9, интегратор 10, аналого-цифровой преобразователь 11, счетчик 12, триггер 13, первый 14 и второй 15 буферные регистры памяти,арифметический сумматор-вычитатель16 и блок 17 индикации с дешифратором. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов подключен через согласующие звенья к внешним возбуждающим элекгродам, между которыми расположены исследуемый пьезоэлемент 2и калиброванные пьезоэлементы 3 и 4, 40включенные в аналогичную схему четырехполюсника с минимальными потерями, а также подключенные к счетнымвходам счетчика 12. Выходы исследуемого пьезоэлемента 2, а также первого 3 и второго 4 калиброванных пьезоэлементов через второй 5 и третий6 управляемые ключи подключены соответственно через первый, зторой итретий входы смесителя 7 к входу супергетеродинного приемника 8, выход50которого соединен с информационнымвходом первого управляемого ключа 9.Выход ключа 9 соединен с информационным входом интегратора 10, выходкоторого соединен с информационнымвходом аналого-цифрового преобразователя 11. Управляющий выход аналогоцифрового преобразователя 11 соединен с установочным входом счетчика 2 и входом сброса интегратора 1 О, Выкол счетчика 12 соединен со счетным входом триггера 13, первый, нулевой, выход которого соединен с управляющим входом ключа 6 и управляющим входом первого буферного регистра 14. Второй, единичный, выход триггера 13 соединен с управляющим входом ключа 5, управляющим входом второго буферного регистра 15 и управляющим входом арифметического сумматора-вычитателя 16. Информационные входы первого 14 и второго 15 буферных регистров подключены к информационному выходу аналого-цифрового преобразователя 11, а информационные выходы первого 14 и второго 15 буферных регистров соединены соответственно с первым и вторым информационными входами арифметического сумматоравычитателя 16, выход которого через дешифратор соединен с входом блока 17 индикации. Выход счетчика 12 соединен также с управляющим входом первого ключа 9 и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 11.Устройство работает следующим образом. При одновременной подаче на входы исследуемого и калиброванных пьезоэлементов последовательности прямоугольных импульсов на выходе этих устройств получают импульсные отклики от Фронта прямоугольных импульсов и от среза, В зависимости от состояния триггеров 13 через второй или третий управляемый ключ отклики калиброванных пьезоэлементов с частотами, близкими к заданной собственной частоте исследуемого пьезоэлемента и смещенными на малую величину Ф 4 Г, вместе с откликом исследуемого пьезоэлемента подаются насоответствующие входы смесителя 7. Биения, которые возникают на выходе смесителя 7,получаются при сложении двух гармонических сигналов с близкими частотами (разность частот мала по сравнению с самими частотами), Результат сложения двух затухающих синусоидальных колебаний исследуемого пьезоэлемента и одного из калиброванных соответствует негармоническому колебанию.Пусть импульсный отклик исследуемого пьезоэлемента 2 описываетсяуравнением(5) А = а импульсные отклики первого Э и второго 4 калиброванных пьезоэлементовсоответственно: Ы= Атз 2 пЮгЕ + Ч 2) е ф (2-м 1Я (С) А 5 з 2 п(ЯС +Ч ) е . (3) Так как возбуждение всех пьезоэлементов производится от оцногс генератора 1 прямоугольных импульсов, можносчитать, что фазы сигналов на входесмесителя 7 совпадают:= " =5, аИ 2 и (д калиброванных пьезоэлементов выбираются смещенными относительно заданной Я собственной частоты исследуемого пьезоэлемента на величину + (ЛЫ 2 п ДГ).Тогда, например, когда триггер 3 находится в состоянии нО. сигнал на , выходе смесителя 7 равен Ю, + Ю, =И -Въ й +02В 2 П ----- С СОВ 2 2 Для простоты предположим, что затухание откликов исследуемого и калиброванных пьезоэлементов эквивалентны. Полученный сигнал (4) соответствует негармоническбму колебанию с круговой частотой ( У, + ОЭ 2)/2 и переменной амплитудой А, меняющейся по закону Разность Я 1 - Яг = О называется частотой биений. Регистрация биений позволяет с большой точностью контролировать достижение собственной частоты исследуемого пьезоэлемента в процессе изготовления заданной, Для повышения помехоустойчивости и точности сигналы с выхода смесителя 7 через супергетеродинный приемник преобразуют по частоте, детектируют и усредняют интегратором 1 О.Ошибка измерения определяется в основном точностью фиксации момента равенства сигналов В 1 и К о на выходе первого 14 и второго 5 буфер= 25 30 35 40 45 50 ных регис".ров, ссотгетствюших цн 5 ровому преобразования уср.днен -ного напряжения на выходе ин:гратора 1 О блоком аналого-цифрового преобоазсвания для сигналов сравнения импульсного откликаисследуемого пьезоэлемента с первыми вторым калибром соответственно,Арифметический сумматор-вычитатсл6 гериодически сравнивает цифровыесигнапы с выходов буферных регистрог14 и 15 и в момент равенства нулюФиксирует через дешиФр тор на блок17 индикации (21 - В) = О. формула пзгбретения Устройство для контроля собственной частоты пьезоэлемента в технологиче. ком процессе изготовления,содержащее генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к внешним возбуждающим электродам для подключения исследуемого и калиброванного пьезоэлем нтов, первый калибровочный пьезоэлемент, последовательносоединенные смеситель, супергетеродинный приемник, первый ключ, интегратор и аналого-цифрсвон преобразователь, управляющий выход которого подключен к входу установки счетчика,счетный вход которогс подключен квыходу генератора прямоугольных импульсов, а выхсд - к управляющим входам первого ключа, интегратора ианалого-цифрового преобразователя,при этом выходной электрод для подключения измеряемого пьезоэлементаподключен к входу смесителя, а такжеблок индикации с дешифраторам, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что, сцелью повышения точности и расширения функциональных возможностей, внего введены внешние возбуждающиеэлектроды для подключения второгокалиброванного пьезоэлемента, второйкалиброванный пьезоэлемент, второйи третий управляемые ключи,счетныйтриггер, первый и второй буферныерегистры и арифметический сумматорвычитатель, выход которого подключен к входу блока индикации с дешифратором, а информационные входык информационным выходам соответственно первого и второго буферныхрегистров, информационные входы которых подключены к информационному выходу аналого-цифрового пресбраЗаказ 216 Тираж 401 ПодписноеВНИШ 1 И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113 ОЗ 5, Москва, Ж-ЗЬ, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-идатльский комбин т "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина,01 зователя, счетный вход триггера подключен к выходу счетчика, единичныйвыход счетного триггера подключенк управляющим входам первого ключа,второго буферного регистра и арифметического сумматора-вычитателя, а нулевойвыход - к управляющим входам второго управляемого ключа и первого буферногорегистра, при этом выход генераторапрямоугольных импульсовчерез послецовательно соединенные внешниевозбуждающие электроды, между которыми подключен второй калиброванный пьезоэлемент, и первый ключподключен к второму входу смесителя,третий вход которого через второйуправляемый ключ подключен к выходному внешнему возбуждающему электРоДу для подключения первого калиброванного пьезоэлемента.