Лазерный датчик углового ускорения

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 01.06,78 (21) 2621383/18-21с присоединением заявки ИУ(23) ПриоритетОпубликовано 150780, Бюллетень Мо 26Дата опубликования описания 15.0780 51)М. Кл,С 01 й 29/22 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДИНАИ 1 ЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВИзобретение относится к технике пьеэокварцевого производства и может быть использовано для измерения параметров пьезокварцевых резонаторов на различных этапах его изготовления,Известно устройство для измерения параметров кварцевых резонаторов, которое содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор,измерительный четырехполюсник с исследуемым кварцевым резонатором, усилитель высокой частоты, высокочастотный детектор, Фазовый детектор и интегратор, а также модуляционный генератор, избирательный 15 усилитель, детектор и аттенюатор 1) .Недостатком его является проведение измерений только в узкой полосе частот, не превышающей полосы пропускания частот кварцевого резонатора. 2 ОИзвестен также измеритель частотных динамических параметров кварцевых резонаторов, который содержит последовательно соединенные перестраиваемый генератор с частотомером, четырехполюсник с кварцевым резонатором, амплитудный детектор, усилитель и индикатор, а также последовательно соединенные компаратор, триггер и интегратор 2).ЗО Недостатком его является значительная погрешность измерений в динамическом диапазоне измерений параметров кварцевых резонаторов.Цель изобретения - повышение точности измерений.Цель достигается тем что в изме- . ритель динамических параметров кварцевых резонаторов, содержащий последовательно соединенные перестраи- " ваемый генератор с частотомером, четырехполюсннк с исследуемым кварцевым резонатором, амплитудный детектор, усилитель и индикатор и последовательно соединенные компаратор, триггер и интегратор, выходом подключенный к управляющему входу перестраиваемого генератора с частотомером, введены преобразователь периоцаналог, преобразователь амплитудных значений, два диода, второй компаратор, второй триггер и два резистора делителя напряжения, прн этом выход усилителя соединен с одним иэ входов преобразователя амплитудных значений непосредственно и через диод, включенный в прямом направлении - с другим входом упомянутого преобразователя и через диод, включенный в обратном направлении, 74893с третьим входом преобраз геляамплитудных значений, выхг которогосоединен с одним из входов пернсгои второго компараторов, другой входпервого из которых соединен с однимиз вынодов первого резистора делителя напряжения, соединенного с управляющим входом интегратора и с выХодом преобразователя период-аналогвход которого подключен к выходупервого триггера, входом соединенногос выходом второго триггера, первыйвход которого подключен к выходупервого компаратора, а его второйвход соединен с выходом второго компаратора,вторым входом подключенногок другому выводу первого резистораделителя напряжения и к выводу второго резистора делителя напряжения,другой вывод которого соединен с корпусом устройства,На фиг. 1 изображена структурнаясхема измерителя; на фиг. 2 показаныамплитудно-частотные характеристики(1) и большим (2) динамическим эквивалентным сопротивлением на фиг.3АЧХ кварцевого резонатора с маяым(1) и большим (2) динамическим эквивалентным сопротивлением, преобразованное н измерителе, на фиг, 4 - эпюры сигналов н различных точках измерителя.Структурная схема измерителя содержит перестраиваемый генератор счастотомером 1, измерительный четырехполюсник, с кьарцевым резонатгаром 2,амплитудный детектор 3, усилитель4, днухка.нальный преобразонатель 5амплитудных значений, диоды б и 7,компаратор 8, второй компаратор 9,триггеры 10 и 11, интегратор 12,преобразователь период-аналог 13,два резистора 14 делителя напряженияи индикатор 15.Погрешность измерения параметровкварцевого резонатора определяетсяпогрешностью"интегрирования частотномодулированного способа электроннымчастотомером. Максимальная погрешность измерения в этом случае можетбыть определена из выражения".где О - скорость перестройки частоты генератора в относительных единицах;Т - время счета частотомера,Ь/ - девиация частоты генератора.Из неравенства видно, чтс дляуменьшения погрешности измерений необходимо увеличить скорость перестройки частоты генератора и времясчета частотомера. Однако беспредельно наращивать величину этих параметров невозможно, так как максимальнаявеличина скорости перестройки генератора ограничена добротностью кварценого резонатора и параметрами измерительного четырехполюсника, а время счета частотомера ограничено производительностью измерений и составляющей дрейфа частоты кварцевого резонатора, Минимальная величина девиации ограничена величиной паразитной частотной модуляции частоты генератора,При измерении параметров кварцевых резонаторов в широком динамическом диапазоне погрешности измерений достигают значительной величины из-за динамического расширения АЧХ кварцевого резонатора,имеющего различные величины параметров эквивалентного сопротивления и добротности,На фиг.1 видно, что при динамическом расширении АЧХ кварцевого резонатора измерение частоты произнодится с погрешностью, обусловленной сравнением сигнала с разрешенным пороговым уровнем выбираемым из уоловия: Оа - ОоОд, где О 0 - ПО- рог отпускания; О - порог срабатывания; Ош - уровень шумов, обусловленный паразиткой частотной модуляцией генератора на входе порогового элемента.Для кварцевого резонатора с минимальным динамическим сопротивлением невозможно получить малую девиацию частоты при выбранном пороговом уровне для кварцевого резонатора с минимальным динамическим сопротивлением, О)ирина АЧХ по уровню порога связана следующим соотношением с максимальным Р, Ох и минимальной й,; величинами измеряемого сопро- тинленияФР тИ Й п где Ьй+, " нгцщ К - нагрузочное сопротивление измерительного четырехполюсника,Двухполюсный преобразователь амплитудных значений (ПАЗ) совместно с диодами б и 7 обеспечивает таким образом преобразование АЧХ, приведенных на фиг, 1, к виду, приведенному на фиг, 3.Чтобы обеспечить такое преобразование ПАЗ 5 должен удовлетворить следующим требованиям. время заряда онденсаторов обоих каналов ПАЗ 5 должно быть одинаковым, время разряда этих конденсаторов должно быть существенно отличным,Если скорость нарастания сигнала на входе преобразователя постоянно или мало изменяется, а максимальные значения сигналов также имеют малый разброс, то подобрав соответствующим образом диоды конденсаторы и входные сопротивления дифференциального усилителя преобразователя можно не вводить диоды 6 и 7, Однако в условиях больших разброг ов сио 7482933) и ,ЬА = 0,8 5-200 Ом и во (1),еренийного прб и 7 у Уч что и вн еде вател ется получим ослеобраз о- еньшатгр ывая равенст ешность изм я двухканаль 5 с диодами 313 раз. и ет 11 б рости измерения сигнала и его амплитуды требуется введение встречно включенных диодов б и 7, так как их отсутствие приводит к значительному уплощению впадины выходного сигнала.Благодаря их наличию время зарядао, тогда конденсаторов ПАЗ 5 одинаково тог максимальная обобщенная расстройка частоты (см,рис,3) может быть определена из равенства Сравним равенстванапример, при Ь = 0,1,(что соотнетствует ЯЯн = 300 м. Тогда: В общем случае уменьшение погрешности измерений видно также из сравнения рис. 1 и 3, На выходе преобразователя 5 экстремальные значениясигнала совпадают между собой и снулем. Поэтому девиация сигнала дажепри постоянном пороге срабатыванияи большом разбросе динамическихсопротивлений кварцевых резонаторовизменяется мало (сравнитесь на фиг,21 1и сь, на фиг.3).Измеритель динамических парамет,ров,кварцевых резонаторов работает следующим образом (см.фиг,1 и фиг.4)В исходном состоянии на выходе ПАЗ 5 отсутствует напряжение (см, фиг,4, напряжение Он ло времени с). Режимы компараторов 8 и 9 выбрани таким образом, что при отсутствии сигнала на их входах компаратор 8 выдает сигнал Ов, соответствующий логической единице, а компаратор 9 напряжение О, соответствующее логическому нулю, На выходе триггера 10 напряжение ОС 0 равно нулю, а напряжение О,И с выхода триггера 11 воздейстнует на интегратор 12, выходное напряжение О, которого поступает на вход генератора 1 и перестраивает его частоту, приближая ее к частоте кварцевого резонатора. При перемещении частоты генератора 1 по левому склону АЧХ измерительного четырехполюсника 2 с кварцевым резонатором (фиг.2) напряжение на выходе ПАЗ 5 равно нулю, так как постоянные нремени заряда его конденсаторов равны между собой. В момент частота генератора совпадает счастотой Г кварцевого резонаторапри последовательном резонансе.Постоянные времени разряда конденсаторов ПАЗ 5 существенно отличаютсядруг от друга, поэтому при последующем повышении частоты генератора навыходе ПАЗ 5 растет напряжение О5В момент с напряжение Оз с выходаПАЗ 5 равно порогу срабатывания компаратора 8, Здесь необходимо отметитьчто на входы комгараторов одновременно воздействует сигнал, несущий информацию об АЧХ измеритель"ого четырехполюсника и шум. Поэтому выходные напряжения Оэ О компараторон8,9 переходят от единицы к нулю инаоборот после выдачи ряда коротких импульсов, равных единице. Такимобразом,в момент с компаратор 8вначале выдает ряд коротких единич ных импульсон и затем нуль. Состояние триггера 10 не меняется. В момент сз напряжение О с выхода ПАЗ5 равно порог., О срабатывания компаратора 9, последний выдает ряд25 единичных импульсов. Первый положительный перепад напряжений опрокидывает триггер 10, который опрокидывает триггер 11, В итоге напряжениес выхода интегратора 12 уменьшается 30 перестраивает частоту генератора1 вниз, В момент с 4 напряжение О5на выходе ПАЗ 5 равно порогу Оосрабатывания компаратора 8, Компаратор 8 выдает ряд единичных импульсови затем единицу. Первым положительм перепадом триггер 10 опрокидывася,не влияя на сбстояние триггераВ момент с 5 частота генератора1 совпадает с частотой Гэ кварцевогорезонатора. В момент со напряжениена выходе ПАЗ 5 равно порогу срабатывания Окомпаратора 8. Компаратор 8 выдает ряд единичных импульсов, а затем нуль, Триггер 10 не ме-,няет состояния. В момент с напря 7жение О 5 на выходе ПАЗ 5 равно порогу срабатывания О компаратора 9.Компаратор 9 выдает ряд единичныхимпульсов. Первым положительным пе 50репадом напряжения триггер 10 срабатынает и опрокидывает триггер 11.В итоге напряжение ОА с выходом интегратора 12 начинает нарастать,повышая частоту генератора 1. Далеепроцесс повторяется. Преобразователь 55 13 период-аналог выдает напряжение,обратно-пропорциональное интервалувремени между с и с. Поэтомус уменьшением добротности кварцевого резонатора уменьшается порог сра- О батывания компараторов, что приводитк уменьшению девиации частоты генератора 1, кроме того, воздействуяна вход управления постоянной времени интегрирования интегратора 12, б 5 сигнал с выхода преобразователя 13период-аналог, увеличинае. .;орость перестройки частоты генера а 1. Поэтому в соответствии с равенством 1 сохраняется малая погрешность интегрирования частотно-модулированного сигнала электронным частотомером.Таким образом, преобразователь 5 амплитудных значений, диоды б и 7 в основном обеспечивают высокую точность измерений при изменении динамического сопротивления кварцевого резонатора, а элементы В,9,10 и 11,13,14 обеспечивают высокую точноСть измерений при изменении добротности кварцевого резонатора.Формула изобретенияИзмеритель динамических параметров кварцевых резонаторов, содержащий последовательно соединенные лев рестраиваемый генератор с частотомером, четырехполюсник с исследуемым кварцевым резонатором, амплитудный детектор, усилитель и индикатор и последовательно соединенные компаратор, триггер и интегратор, выходом подключенный к управляющему входу перестраиваемого генератора с частотомером, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, н чего введены преобразователь период-аналог, греобразователь амплитудных значений, два диода, второй компаратор,вто -рой триггер и дна резистора делителянапряжения, при этом выход усилителясоединен с одним иэ нходов преобразователя амплитуцных значений непосредственно,и через диод, включенныйн прямом напранлении, с другим входом упомянутого преобразователя ичерез диодвключенный в обратномнаправлений - с т етьим нходом преобразователя амплитудных значений,выход которого соединен с одним иэвходов первого и второго компараторов, другой нход первого из которыхсоединен с одчим иэ выводов. первогорезистора делителя напряжения,соединенного с управляющим входом интег 15 гатора и с выходом преобразователяпериод-аналог, вход которого подключен к выходу первого триггера, входомсоединечного с выходом второго триггера, первый вход которого подключенк выходу первого компаратора, а еговторой вход соединен с выходом второго компара-.ора, вторым входом подключенного к другому вызоду первого резистора делителя напряжения и к выводу второго резистора делителя напряжения, другой вывод которого соединен с корпусом устройства.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 437979, кл. О 01 В 27/00, 1973.2. Авторское свидетельство СССРУ 460510, кл. 0 01 В 23/ОО, 1974748293 йффилиал ППП Патентужгород, ул. Проектная ЦНИИП Тираж Заказ 5019 Подписное