Квазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИ УБЛ 7/Ог 1 К 17/1 О С О К 29 22) 4 АНИЕ ИЗОБРЕТСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОП АВ-Франковский итут не ргер, А. Г Ю.И. Соро 3 (088. 8) свидетель СОК 2 си ниик иэмер ет быть испольдинамического ической и стати/22, 1979.тво СССР7/02, 1982 мическои и ических резона- ения является альных возможносет раздельного иде тел 01 К идетел С 01 КОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР делАм изОБРетений и ОтнРытий54) КВАЗИУРАВНОВЕШЕННЫИ ИОСТ ДЛЯ ЗМЕРЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕ КИХ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЕЗОНАТОРОВ(57) Изобретение отн тельной технике. Мож эовано для измерения сопротивления, динам ческой емкости, дина тивности пьезоэлектр торов. Целью нэобрет расширение функцион тей устройства за сч129017 и зависимого уравновешивания. Устройство содержит генераторы 1, 2 синусоидальных сигналов различной частоты, объект измерения 6, вычислитель 36, блоки 37, 38 памяти, блоки 31, 32 вычитания, инвертирующий дифференцирующий усилитель 11 (ДУ), переключатели 3, 4, усилитель 7, сумматор 33 напряжения. Введение инвертирующего повторителя 41, инвертирующих ДУ 12, 13, усилителей 8, 9, 10, интегратора 24, резисторов: образцовых 21-23, переменных 14, 15, 16, переключателя 5, переменного конден 9сатора 40, двухполюсных:выключателей28, 29, 30, коммутатора 34, генераторов 26, 27 тактовых импульсов,вольтметра 35, индикатора 25 нулевого напряжения, цифрового индикатора39, образование новых Функциональныхсвязей позволило достичь поставленнуюцель, Определив эквивалентные электрические параметры пьезоэлектрического резонатора, можно с высокой точностью определить другие его характеристики, добротность, частоты последовательного и параллельного резонаторов2 ил.5 Ю 15 20 25 зо 35 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения динамического ,сопротивления, динамической и статической емкости и динамической индуктивности пьезоэлектрических резонаторов.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет раздельного и зависимого уравновешивания.На фиг,1 изображена структурная схема квазиуравновешенного моста для измерения параметров кварцевых резонаторов; на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема пьезоэлектрического резонатораКвазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов содержит генераторы 1 и 2 синусоидальных сигналов различной частоты, переключатели 3-5, объект 6 измерения, усилители 7-10, инвертирующие усилители 11-13, переменные резисторы 14-16, резисторы 17- 20, образцовые резисторы 21-23, интегратор 24, индикатор 25 нулевого напряжения, генераторы 26 и 27 тактовых импульсов, двухполюсные выключатели 28-30, блоки 31 и 32 вычитания, сумматор 33 напряжения, коммутатор 34, вольтметр 35, вычислитель 36, блоки 37 и 38 памяти, цифровой индикатор 39, переменный конденсатор 40 и инвертирующий повторитель 41, статическую емкость 42,динамическую емкость 43, динамическое сопротивление 44 и динамическую индуктивность 45.Выходы генераторов 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 3 подключены ко входу инвертирующего повторителя 41 и к одному из зажимовобъекта 6 измерения (пьезоэлектрического резонатора), другой зажим которого соединен со входом усилителя 7 и через переменный конденсатор 40 подключен к выходу инвертирующего повторителя 41 и входу дифференцирующего усилителя 11, а выход последнего через образцовый резистор 21 соединен со входом усилителя 8. Выход усилителя 7 через переменный резистор 14 подключен ко входу усилителя 8, выход которого через образцовый резистор 22 подключен ко входу усилителя 9. Выход усилителя 7 через дифференцирующий усилитель 12 и переменный резистор 15 соединен со входом усилителя 9, выход последнего через образцовый резистор 23 подключен ко входу усилителя 10. Выход дифференцирующего усилителя 12 через дифференцирующий усилитель 13 и переменный резистор 16 соединен со входом усилителя 10, выход которого подключен к индикатору25 нулевого напряжения, В цепи отрицательной обратной связи усилителей 7-.10 включены соответственно резисторы 17-20. Вход инвертирующего повторителя 41, выходы интегратора 24и инвертирующего дифференцирующего3 12901усилителя 12 подключены к первомуполюсу, а выходы усилителя 7, инвертирующего дифференцирующего усилителя 12 и усилителя 9 подключены соответственно ко второму полюсу двухполюсных выключателей 28-30. Полюсадвухполюсных выключателей 28-30 соединены со входами блока 31 вычитанияи сумматора 33 напряжения, причемко входу коммутатора 34 подключены 10выход блока 31 вычитания, вторрй полюс двухполюсных выключателей 28-30и выход сумматора 33 напряжения,Выход коммутатора 34 через вольтметр 35 соединен со входом вычислителя 36, выход которого через переключатель 4 подключен к входам блоков 37 и 38 памяти, выходы последнихсоединены со входами блока 32 вычитания. Выходы блока 38 памяти и блока 32 вычитания через переключатель5 соединены со входом цифрового индикатора 39. Выход генератора 26тактовых импульсов соединен с управляющими входами переключателей 3 и 4, 25а выход генератора 27 тактовых импульсов соединен с управляющими входами коммутатора 34 и вычислителя 36,причем синхронизирующие входы генераторов 26 и 27 тактовых импульсовсоединены между собой,1Квазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резисторов работает следующим образом,Генератор 26 тактовых импульсов периодически и в два такта управляет переключателями 3 и 4. При этом в первом такте измерительная цепь пи тается от генератора 1 синусоидального сигнала, а во втором такте - от генератора 2 синусоидального сигнала. Аналогично в первом такте выход вычислителя 36 подключен ко входу блока 45 37 памяти, а во втором такте - ко входу блока 38 памяти. Частоты генераторов 1 и 2 синусоидальных сигналов выбираются близкими к частоте последовательного резонанса пьезоэлектрического резонатора.На выходе усилителя 7 возникает напряжение, пропорциональное разности комплексных сопротивлений объекта 6 измерения и переменного конденсатора 40. На первом этапе замыкается двухполюсный выключатель 28 и на входах блока 31 вычитания и сумматора 33 напряжения появляются напряжение 79генератора 1 синусоидального сигнала Ьля первого такта) и напряжение с выхода усилителя 7. На входах коммутатора 34 возникают разность этих напряжений (через блок 31 вычитания) и сумма этих напряжений (через сумматор 33 напряжения), Поскольку частота генератора 27 тактовых импульсов в три раза выше частоты генератора 26 тактовых импульсов, то за один такт генератора 26 происходит три последовательных подключения входов коммутатора к его выходу. Вольтметр-.35 последовательно измеряет напряжение на выходе коммутатора 34 и эти результаты в цифровом коде заносятся в вычислитель 36, который производит над ними простейшие арифметические операции. Работа коммутатора 34 и вычислителя 36 синхронизирована от генератора 27 тактовых импульсов. Результаты вычислений на частотах генераторов 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 4 заносятся в блоки 37 и 38 памяти, где запоминаются. В момент занесения информации в блоки 37 и 38 памяти ранее записанная в них информация автоматически стирается. Цифровой индикатор 39 индицирует разность результатов, записанных в блоках 37 и 38 памяти, полученную от блока 32 вычитания.Изменением емкости переменного конденсатора 40 добиваются нулевого значения на цифровом индикаторе 39, При этом значение искомой статической емкости 42 (С ) пропорционально емкости переменного конденсатора 40 (первое состояние квазиравновесия).На втором этапе размыкается двухполюсный выключатель 28 и замыкается двухполюсный выключатель 29, На выходе усилителя 8 образуется напряжение, пропорциональное значению сопротивления переменного резистора 14, разности напряжений с выхода усилителя 7 с учетом выполнения условия первого состояния квазиравновесия и напряжению с выхода дифференцирующего усилителя 11, Напряжение с выхода усилителя 8 через интегратор 24 подается на первый полюс, а напряжение с выхода дифференцирующего усилителя 12 подается на второй полюс двухполюсного выключателя 29, Преобразование этих напряжений происходит аналогично работе устройства на первом этапе,Изменением сопротивления переменного резистора 14 добивается нуле 129017вого значения на цифровом индикаторе 39, При этом значение искомой динамической емкости 43 (С) пропорционально значению сопротивления переменного резистора 14 (второе состояние квазиравновесия),На третьем этапе размыкается двухполюеный выключатель 29, замыкаетсядвуполюсный выключатель 30 и переключатель 5 переводится в положение, 1 Осоединяющее выход блока 38 памяти сцифровым индикатором 39, На усилителе 9 возникает напряжение, пропорциональное значению сопротивления переменного резистора 15, разности нап ряжений с выхода усилителя 8 и выхода дифференцирующего усилителя 12(с учетом выполнения условий первогои,второго состояний квазиравновесия) .На входы блока 31 вычитания и сумматора 33 напряжения поступают с выхода дифференцирующего усилителя 12 ис выхода усилителя 9. Работа блока31 вычитания, сумматора 33 напряжения, коммутатора 34, вольтметра 35,25вычислителя 36, переключателя 4 иблока 38 памяти аналогична их работена первом этапе измерений. На цифровом индикаторе 39 индицируется информация, находящаяся в блоке 38 памяти, Изменением сопротивления переменного резистора 15 добиваются нулевого значения на цифровом индикаторе 39. При этом значение искомогодинамического сопротивления 44 (й) 35пропорционально значению сопротивления переменного резистора 15 (третьесостояние кваэиравновесия).На выходе усилителя 10 появляется напряжение, пропорциональное значению сопротивления переменного напряжения 16 и разности напряжений свыхода усилителя 9 и дифференцирующего усилителя 13, (с учетом выпол-.нения условий трех состояний квазиравновесия). Изменением сопротивления переменного резистора 16 добиваются равенства нулю напряжения свыхода усилителя 1 О, что фиксируется индикатором 25 нулевого напряже. - 50ния (состояние равновесия)При этомзначение искомой динамической индуктивности 45 (1.) пропорциональнозначению сопротивления переменногорезистора 16. 55 Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить измерения с высокой точностью полной - че 9 6тырехэлементной электрической схемы замещения пьезоэлектрического резонатора при помощи квазиуравновешенного моста с независимыми регулировками. Кроме того, определив эквивалентные электрические параметры пьезоэлектрического резонатора, можно с высокой точностью определить другие его характеристики - добротность, частоты последовательного и параллельного резонансов.Формула изобретенияКвазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов, содержащий два генератора синусоидальных сигналов, выходы которых через первый переключатель соединены с первой клеммой для подключения объекта измерения, вторая клемма для подключения которого соединена с входом первого усилителя, вычислитель, выход которого через второй переключатель подключен соответственно к входам первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены соответственно с входами первого блока вычитания, первый инвертирующий дифференцирующий усилитель, второй блок вычитания, сумматор напряжения, при этом управляющие входы первого и второго переключателей соединены между собой, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет раздельного и зависимого уравновешивания моста, в него введены инвертирующий повторитель, второй и третий инвертирующие дифференцирующие усилители, второй, третий и четвертый усилители, интегратор, три образцовых резистора, три переменных резистора, переменный конденсатор, три двухполюсных выключателя, третий переключатель, коммутатор, два генератора тактовых импульсов, вольтметр, индикатор нулевого напряжения и цифровой индикатор, при этом выход первого переключателя через последовательно соединенные инвертирующий повторитель, первый инвертирующий дифференцирующий усилитель и первый образцовый резистор соединен с входом второго усилителя, выход инвертирующего повторителя через переменный конденсатор соединен с входом первого усилителя, выход которого через первый переменный резистор под1290179 ставитель В.Семенчукхред В.Кадар актор А, Реви рректор И.Эрдейи акаэ 7894/40 ПодписноСР ного комитета ений и открытийРаушская наб д, 4 л, Проектная, 4 еское предприятие, г,ужгор роизводственно-поли ключен к входу второго усилителя, выход которого соединен с входом интегратора и через второй образцовый резистор подключен к входу третьегоусилителя, выход первого усилителячерез последовательно соединенныевторой инвертирующий дифференцирующий усилитель и второй переменный резистор соединен с входом третьего усилителя,выход которого через третий образцовый резистор подключен к входучетвертого усилителя, выход второгоинвертирующего дифференцирующего усилителя через последовательно соединенные третий инвертирующий дифференцирующий усилитель и третий переменный резистор подключен к входучетвертого усилителя, выход которогосоединен с входом индикатора нулевого напряжения, вход инвертирующего 20повторителя, выходы интегратора ивторого инвертирующего дифференцирующего усилителя подключены к пер,вым полюсам, а выходы первого усилителя, второго инвертирующего дифференцирующего усилителя и третьего Ъ Тираж 73 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 13035, Москва, Ж, усилителя подключены к вторым полюсам соответственно, первого, второгои третьего двухполюсных выключателей,полюса которых соединены с соответствующими входами второго блока вычитания и входами сумматора напряжения, а к соответствующим первому,второму и третьему входам коммутатораподключены выход второго блока вычитания, второй полюс первого, второго и третьего двухполюсных выключателей и выход сумматора напряжения, выход коммутатора через вольтметр соединен с входом вычислителя,выход первого генератора тактовыхимпульсов соединен с управляющимвходом первого переключателя, а выход второго генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам коммутатора и вычислителя, синхрониэирующие входы генераторов тактовых импульсов соединены между собой, при этом выходы первого блокавычитания и второго блока памяти через третий переключатель соединеныс входом. цифрового индикатора.