Устройство для измерения пьезоэлектрического модуля

(72) Авторы . изобретения В.Г. Холошин, Ю.Р. Шмидт, В.А. Акопьян,и А,А, Шевченко Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственныйуниверситет(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДУЛЯИзобретение относится к технике измерений электрофизических параметров пьезокерамических материалов и может быть использовано для измерения пьезоэлектрического Модуля пьезокристаллов.Известно устройство для измерения пьезоэлектрического модуля, содержащее эталонный пьезоэлемент, подвергающийся сжатию механическим усилием0 с помощью электромагнита, усилители напряжений, снимаемых с эталонного и измеряемого пьезоэлементов, элемент сравнения и блок цифровой индикации Г 13Недостатком его является необходимость проверки и поддержания стабильности характеристик эталонного пьезоэлемента.Известно также устройство для из 20 мерения напряжения в цифровой форме (в том числе напряжения, формируемого после механического воздействия на пьезоэлемент), которое содержит три ключа, интегратор, компаратор, генератор счетных импульсов, цифровой счетчик, триггер и блок индикации ГйНедостатком его является невозможность определения пьезоэлектрического модуля в цифровой форме.Цель изобретения - автоматизация измерений.Цель достигается тем, что в устройство, содержащее два входа устройства, один из которых соединен с корпусом устройства, а второй - с входом первого ключа, управляющий. вход которого подключен к первому выходу триггера, вторым выходом соединенного с управляющим входом второго ключа, выходом соединенного с выходом первого ключа и входом интегратора, выход которого подключен к одному из входов компаратора, вторым входом со-. единенного с корпусом устройства, и. генератор счетных импульсов, выходом соединенный с управляющим входом тре-, тьего ключа, выход которого через86цифровой счетчик подключен к блокуиндикации, введены второй триггер,усилитель, датчик механического усилия и Генератор импульсов заданнойдлительности, вход которого соединени ФФс входом Пуск , а первый выход упомянутого генератора подключен к одномуиз входов триггера, вторым входомсоединенного с вторым выходом генератора импульсов заданной длительностии одним из входов второго триггера,второй вход которого подключен к выходу компаратора, а выход второготриггера соединен с входом третьегоключа, прн этом датчик механическогоусилия через усилитель подклюЧен квходу второго ключа.На фиг. 1 приведена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг.2 временные зависимости сигналов в некоторых узлах блок-схемы устройства.Устройство содержит электромагнит 1для механического нагружения испытуемого пьезоэлемента 2, датчик 3 меха"ннческого усилия, усилитель 4, кпючи 5 и 6, интегратор 7, компаратор 8,триггер 9, генератор 1 О импульса заданной длительности, триггер 11, генератор 12 счетных импульсов, ключ 13,цифровой счетчик 14, блок 15 индикации, входы устройства 16 и 17 и вход"Пуск" 18,Устройство работает следующим образом.Цикл измерения начинается с того,что в момент времени й (фиг. 2) генератором 1 О импульса заданной длительности через триггер 9 открываетсяключ б и закрывается ключ 5 и производится нагружение испытуемого пьезо"элемента силой 1 . При этом за времяТ (фиг. 2) заряд с пьезоэлементаполностью стекает через входное сопротивление интегратора. Напряжениена выходе интегратора 7 возрастаетпо э акокуо,кккк;у 1 а: ка а,где 0 - заряд, образовавшийся на образце вследствие прямогопьезоэффекта;К 9,- коэффициент пропорциональности.Под воздействием приложенной нагрузки датчик 3 механического усилия.выдает электрический сигнал, которыйпосле его усиления усилителем 4 поступает на вход закрытого ключа 5,причем напряжение на выходе усилите 65 оз 4ля 4, есть линейная функция силы ГнагруженияОр= КГ.ргде К - величина постоянная, опреде 5 ляемая при калибровке датчика механического усилия,Через интервал времени Т, когдаТнапряжение 1= Ку 1 1(Ф)Ж, генера 1 Ото 1 Ор закрывает ключ 6 и открываетключ 5. Таким образом, в моментк вхо ду интегратора 7 оказывается при-.р Яложенным напряжение Оцротивоположное по знаку напряжениюОф) 1)"К оме=1Х,ИНТ;роме того, в момент 1 импульсом отгенератора 10 через триггер 11 открывается ключ 13 и импульсы с частотойО поступают от генератора 12 на входцифрового счетчика 14. В момент й.когда кОр аааО комоаратор 8через триггер 11 выключает ключ 13 и25 и екр ращает доступ импульсов на счетчик 14,Время поступления импульсов й х навход счетчика 14,определяется из условия Ти +хзо цк-ка г 1 ць=кку иаилифХ.Ока а=как раОУчитывая, что Г - установившееся35значение силы нагружения - величинапостоянная для данного цикла измерения, последнее соотношение можно переписать в видеКФ КЭК к Х400или ВХПо определению пьезоэлектрическиймодуль двыражается соотношениемчгТогда с учетом предыдущих выражений О ЗЪ КИ Х"Таким образом, число импульсов,зафиксированных блоком 15 индикации1 О за время ЙХ р ОпредЕЛяется из соотнощенияХ ОТогда время йХ определяется из форймУлы 1 Хт , а величинУ пьезомоДУлЯолегко определить из соотношения55 йЗЗ " ГОЧисло импульсов прошедших на Отсчетное устройство как функция пьезомодуля д образца определяется иэ выраженияй - ДоК, ЗЭФормула изобретенияУстройство для измерения пьезоэлектрического модуля, содержащее два входа, один из которых соединен;.с корпусом устройства, а второй - с входом первого ключа, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера, вторым выходом соединенного с управляющим входом второго ключа, вьжодом соединенного с выходом первого ключа и входом .интегратора, выход которого подключен к одному из входов компаратора, вторым входом соединенного с корпусом уйгройства, и генератор счетных импульсов, выхо- . дом соединенный с управлящцим входом третьего ключа, выход которого через цйфровой счетчик подключен к блоку индикации, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью автоматизаций измерений, в него введены второй триг-.гер, усилитель, датчик механическогоусилия и генератор импульсов заданнойдлительности, вход которого соединенс входом "Пуск", а первый выход упомянутого генератора подключен к одному из входов триггера, вторым вхо 1 р дом соединенного с вторым выходом ге"нератора импульсов заданной длительности и оцним иэ входов второго триггера, второй вход которого подключенк выходу компаратора, а выход второготриггера соединен с входом третьегоключа, при этом датчик механическогоусилия через усилитель подключен квходу второго ключа.Источники информацин,принятые во внимание при экспертизе1. Патент фракции 9 2197459,кл. 0 01 0 1/00; 1974.2. Шпяндин В.И, Цифровые измерительные преобразователи и приборы,1973, с. 186 (прототип).866503Фиа 8ИИПИ Заказ 8072/68 Тираз 735 11 одписмоРи ФФПП Патент , г. Укгород,ул.11 роектная,4лня