Устройство контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов в процессе их шлифования. Цель изобретения - повышение помехозащищенности. Средняя частота, вырабатываемая высокочастотным генератором 1, измеряется частотомером 2. Делитель 3 частоты синхронизирует частоту модуляционного генератора 4 с опорной частотой частотомера 2. Аттенюатор 5 обеспечивает необходимую глубину модуляции. Наклоны фазочастотных характеристик измерительного четырехполюсника 6, который включает в себя измерительный электрод, встроенный в один из двух притиров шлифовального станка, между которыми находятся шлифуемые кварцевые кристаллические элементы, имеют разные знаки, поэтому на выходе высокочастотного фазового детектора 8 вырабатывается сигнал модулирующей частоты - синфазный, либо противофазный сигналу модуляционного генератора 4. На выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 формируется сигнал низкого либо высокого уровня. Одновибратор 10 запускается по переднему и заднему фронтам модуляционного генератора 4, на выходе электронного ключа 11 устанавливаются логические "0" или "1", разрешающие или запрещающие работу счетчика 12. 6 ил.

(з1)з С 01 R 27 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ПХЭД Ч СТВЕННЫЙ НОМИтат

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

flPM ГКНТ СССР (21) 4397117/24-21 (22) 25о03.88 (46) 15.05;90сВюл. В 18 (72) А.Н. Солдатенков, С, Ф.Окаевич, Ю. К. Серебряков, В,H, Ковалев и С.В.Здержиков (53) 621.317 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 424083, кл, G 01 R 23/02, 1974, Авторское свидетельство СССР

11 859958) кл. 0 01 R 27/02, 1981, (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РЕЗОНАНСНОЙ

ЧАСТОТЫ КВАРЦЕВЫХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к радиоиз мерительной технике и может быть использовано для контроля резонансной частоты кварцевых кристаплических элементов в процессе их шлифования..

Цель изобретения — повьппение помехозащищенности, Средняя частота, вырабатываемая высокочастотным генератором 1, измеряется частотомером 2.

Делитель 3 частоты синхронизирует час„.SU.„564572 . А 1

2 тоту модуляционного генератора 4 с опорной частотой частотомера 2. Аттенюатор 5 обеспечивает необходимую, глубину модуляции, Наклоны фазочастотных характеристик измерительного четырехполюсника 6, который включает в . себя измерительный электрод, встроенный в один из двух притиров шлифовальнотго станка, между которыми находятся шлифуемые кварцевые кристаллические элементы, имеют разные знаки, поэтому на выходе высокочастотного фазового детектора 8 вырабатывается сигнал модулирующей частоты — синфазный либо противофазный сигналу модуляционного генератора 4, На выходе низкочастотного фазового дискримииатора 9 формируется сигиая ииа- (/1 кого либо высокого -уровня. Одновибратор 10 запускается по переднему и . заднему фронтам модуляционного генератора 4, на выходе электронного ключа 11 устанавливаются логические

"0" или "1", разрешающие или запрещаю-, щие работу счетчика 12. 6 ил.

1564572

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов в процессе их шлифования.

Целью. изобретения является повышение помехозащищенности устройства контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов в про-1О цессе шлифовки.

На фиг,1 представлена блок-схема устройства контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов; на фиг,2 — блок-схема включе- f5 ния притиров шлифовапьного станка со ! шлифуемыми кварцевыми кристаллическими элементами в измерительный четырехполюсник; на фиг.3 — б - временные диаграммы, поясняющие работу устройст-2ц ва.

Устройство контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор 1, частотомер 2, делитель 3 . частоты, модуляционный генератор 4 и аттенюатор 5, выход которого подключен к входу высокочастотного генератора 1 ° Устройство контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов содержит также последовательно соединенные измерительный четырехполюсник б, усилитель 7 высокой частоты, высокочастотный фазовый детектор 8 и низкочастотный фазовый дискриминатор 9, а также последовательно.соединенные одновибратор

10, электронный ключ 11 и счетчик 12, Выход высокочастотного генератора 1 gg подключен также к клемме для подключения входа измерительного четырехполюсника 6 и к второму входу высокочастотного фазового детектора 8, Выход модуляционноro генератора 4 подключен к входу одновибратора 10, к второму тактовому) входу счетчика

12 и к второму входу низкочастотного фазового дискриминатора 9, выход

KoTopoI о подключен K второму входу 50 электронного ключа 11, Первый вход счетчика 12 является входом установки счетчика 1? в нуль. Выход счетчика соединен с клеммой для подключения клеммы для управления шлифон аль ным станком. Одновибратор 10, электронный ключ 11 и счетчик 12 составляют блок выделения импульса малой длительности.

Измерительный четырехполюсинк б, вариант выполнения которого представлен на фнг.2, включает в себя измерительный электрод 13, который встроен в один из двух притиров 14 шлифовального станка, между которыми находятся шлифуемые кварцевые кристаллические элементы (KK3)15 и шлифовальная сус-, пензия 16, второй из притиров 14 соединен с шиной "Корпус". Резистор 17 служит для согласования входного сопротивления измерительного четырехполюсника с волновым сопротивлением " тракта высокочастотного сигнала, резистор 18 задает ток, протекающий через подэлектродное пространство 19, В процессе шлифовки ККЭ 15 движутся между шлифовальными притнрами 14 шлифовального станка, периодически попадая в подэлектродное пространство 19, остальное время подэлектродное пространство 19 заполнено шлифовальной суспензией 16.

Устройство контроля резонансной частоты ККЭ работает следующим образом.

Высокочастотный генератор 1 вырабатывает частотно-модулированный .сигнал, средняя частота которого измеряется частотомером 2. С целью устранения погрешности измерения средней частоты генератора период модуляции берется в целое число раз меньше времени измерения частоты.Это обеспечивает делитель 3 частоты, сичхронизирующий частоту модуляционного генератора 4 с опорной частотой частотомера 2. Аттенюатор 5 обеспечивает необходимую глубину модуляции.

При наличии в подэлектрсдном пространстве 19 только шлифовальной суспензии 16 случайные изменения ее электрических параметров в процессе шлифовки приводят к случайным изменениям фазочастотной характеристики измерительного четырехполюсника 6, что в свою очередь, приводит к случайным изменениям сигнала на выходе высокочастотного фазового детектора 8 и на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9. Этот сигнал не содержит информации о < обственной частоте шлифуемых ККЭ, При .прохождении в подэлектродном пространстве 19 ККЭ 15 возможны два варианта: резонансная частота ККЭ 15 значительно отличается от средней частоты высокочастотного reIIepavo64572

5 !

50

5. 15 ра 1 либо резонансная частота ККЭ !5 совпадает со средней частотой высокочастотного генератора 1, При .значительном отличии либо при равенстве резонансной частоты ККЭ 15 и средней частоты высокочастотного генератора 1 наклоны фазочастотных характеристик измерительного четырехполюсника 6 имеют разные знаки, поэтому на выходе высокочастотного фазового детектора 8 вырабатывается сигнал модулирующей частоты соответственно синфазный либо противоположный сигналу модуляционного генератора 4, на выходе низкочастотного фазового дискрим & натора 9 — сигнал соответственно низкого либо высокого уровня. Изменение электрических параметров суспензии 16 при нахождении ККЭ в подэлектродном пространстве 19 приводит лишь к незначительным сдвигам фронтов сигнала модулирующей частоты на выходе высокочастотного фазового детектора Я, т.к. изменения фазовой характеристики измерительного четырехполюсника 6 в данном случае незначительны. Это объясняется тем, что ККЭ 15 вытесняет суспензию 16 из подэлектродного пространства 19 и шунтирующее влияние суспензии уменьшается. При совпадении резонансной частоты ККЭ !5 со средней частотой высокочастотного генератора влияние суспензии 16 еще больше уменьшается, т.к. динамическое сопротивление ККЭ при последователь-. ном резонансе минимально. Это связано с тем, что при г11опаданин ККЭ 15 в подэлектродное пространство 19 и вытеснении из него суспензии 16. площадь поверхности электрода !3, омываемая шлифовальной суспензией (шунтирующий сигнал), уменьшается.

Т.к. проводимость зависит от площади сечения проводника, то с уменьшением плоц1ади электрода уменьшается и шунтирующее влияние суспензии 16.

Время нахождения ККЭ 15 в подэлектродном пространстве 19 зависит от конструкции шлифовального станка, скорости вращения его притиров !4 и может составить 3-5 периодов модулирующей частоты, Основное же время в подэлектродном пространстве 19 находится шлифовачьная суcëåíçèÿ 16, и на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 вырабатывается сигнал, не содержащий информации о резонансной частоте ККЭ 15. Средняя!

3О

45 частота высокочастотного генератора 1 устанавливается равной конечной частоте ККЭ 15 и при шлифовании, когда резонансная частота ККЭ изменяется при изменении его геометрических размеров, всегда и; ступ=.:ет момент совг адения средней чястот11 BblcoKo» частотного генератора 1 и резонансной частоты шлифуемых ККЭ 15.

Сигналы модулирующей час готы, пблучаемой на выходе высокочастотного фазового детектора 8, когда фаэо-, частотная характеристика измерительного четырехполюсника 6 имеет "наклон, или же удвоейной мадулирую щей частоты, когда фазочасготная характеристика имеет "перегиб", вырабатываются при нахождении ККЭ 15 в подэлектродном пространстве 19, Основное же время на выходе высокочастотного фазового детектора 8 вырабатывается случайный сигнал, вызванный изменениями электрических параметров суспензии 16. Аттенюатором 5 устанавливается величина девиации„ оптимальная для ККЭ 15, находящихся в -.успензии 16 и оавная прим но

Р 10, где F — резонансная частота

ККЭ 15 .

1. р,и наличии противофазных сигналов (фиг.З} на входак низкочастотного фазового дискриминатора 9, который вырабатывается при напичии ККЭ 15 в подэлектродном пространстве !9, и совпадении его резонансной частоты со сред ей частотой высокочастотного генератора на выхсде низкочастотного фазового, дискриминатора 9t вырабатывается сигнал "0". Короткие импульсы, возникающие вблизи фронтов модулирующего сигнала, запираются импульсами, вырабатываемыми одновибр тором 10. Одновибратор 10 запускается по переднему и заднему фронтам модуляционного генератора 4, Таким обраэом1 на выходе электронного ключа 11 устанавливается "О", разрешающий счет счетчика 12, С кажцым импульсом, поступающим на вход счетчика 12, он изменяет свое состояние на единицу и спустя время, определяемое коэффициентом деления, на его выходе появляется сигнал, который может быть использован для управления шлифовальным станком, например, для отключени "танка.

Кривая на фиг.За соответствует сигналу на выходе модуляционного гене1564572

" з апрещающая счет, 40

При отсутствии ККЭ 15 в подэлектродном пространстве 19 (фиг.5) на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 вырабатывается сигнал с частотой модуляции, однако фаза его 45 меняется случайным образом в соответствии с изменениями наклона фазочастотной характеристики измерительного четшрехполюсника 6, вызванной случайными изменениями параметров суспензии 16 в подэлектродном пространстве 19. На установочный вход счетчика 12 поступают импульсы "1", устанавливающие счетчик 12 в исходное состояние и запрещающие счет, Сигнал на выходе счетчика 12 вырабатывается только при наличии ККЭ 15 в подэлектродном пространстве 19 и совпадении резонансной частоты ККЭ

50 ратора 4 низкой частоты, на фиг. Зб— сигналу на выходе высокочастотного фазового детектора 8, на фиг.Зв— сигналу на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9, на фиг. Зг— сигналу на выходе одновибратора 10, на фиг.Зд — сигналу на выходе электронного ключа 11, на фиг.Зе - сигналу на выходе счетчика 12. Кривые под со- 10 ответствующими буквенными обозначениями обозначают отмеченные сигналЫ и на фиге4у5 ° бв

Запирание коротких импульсов, возникающих вблизи фронтов модулирующего I> сигнала, осуществляется с помощью электронного ключа 11, который может быть выполнен на логическом элементе ИЛИ-НЕ. На один из входов электронного ключа 11 подаются короткие импульсы 1 (фиге 3r) у длительностью / превышающей длительность импульсов (фиг.Зв) на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 при нахождении ККЭ 15 в подэлектродном простран- 25 стве 19 и совпадении частоты ККЭ 15 с частотой высокочастотного генератора 1.

При наличии синфазных сигналов (фиг.4) на входах низкочастотного фа- 30 .зового дискриминатора 9, которые вырабатываются при наличии ККЭ 15 в подэлектродном пространстве 19, и значительном отличии его резонансной частоты от средней частоты высокочастотного генератора 1 на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 вырабатывается "1", устанавливающая счетчик 12 в исходное состояние и с частотой высокочастотного генератора 1. При наличии ККЭ 15 в подэлектродном пространстве 19 фазочастотнай характеристика измерительного четырехполюсника 6 с включенным в него

ККЭ 15 имеет вид, представленный на фиг,б. Временные диаграммы и сигнала на выходе аттенюатора 5 и на выходе высокочастотного фазового детектора 8 соответствуют области резонанса (между "перегибами" кривой: вблизи резонансной частоты f ).

При увеличении либо уменьшении частоты высокочастотного генератора 1 в области резонанса соответственно увеличивается либо уменьшается абсолютное значение сдвига фазы высокочастотного сигнала на выходе измерительного четырехполюсника 6 относи-. тельно опорного сигнала на выходе высокочастотного генератора 1, Соответственно уменьшается либо увеличивается величина напряжения на выходе высокочастотного фазового детектора 8, т.е. сигналы а,в на фиг.б противофазны.

Вне резонанса знак наклона фазочастотной характеристики меняется на противоположный, поэтому, как показа.но. на временных диаграммах б,г (фиг.б), сигналы на выходах аттенюатора 5 и высокочастотного фазового детектора .8 синфазны.

Таким образом, только при наличии

ККЭ 15 в подэлектродном пространстве 19 на выходе счетчика 12 вырабатывается сигнал, который может быть использован для управления шлифовальным станком, например, для остановки станка. Устройство контроля резонансной частоты ККЭ может осуществлять контроль частоты резонансов ККЭ н процессе шлифовки при наличии помех, вызванных случайными изменениями. электрических параметров суспенэии. Эффективность обнаружения сигнала резонанса на фоне помех обеспечивается применением согласованного фильтра, роль которого выполняет счетчик 12 — он выполняет роль интегратора и порогового элемента.

При прохождении ККЭ 15 через подэлектродное пространство 19 на выходе электронного ключа 11 вырабатывается импульс, близкий по форме к прямоугольному, длительность которого равна вре9 15645 мени прохождения ККЭ через подэлектродное пространство, Применение устройства контроля ре»

5 зонансной частоты ККЭ делает возможным контроль частоты резонанса ККЭ в процессе шлифования, что позволяет избежать промежуточных остановок шлифовального станка для контроля резонанс- 1О ной частоты, прекращать шлифование при достижении заданной частоты и таким образом повысить помехозащищенность в процессе шлифовки.

Формула изобретения

Устройство контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов, содержащее последовательно со- Ю единенные высокочастотный генератор, частотомер, делитель частоты, модуляционный генератор и аттенюатор, соединенные последовательно усилитель высокой частоты, высокочастотный фазо-25

72 вый детектор и низкочастотный фазовый дискриминатор, выход аттенюатора соединен с входом высокочастотного генератора, выход которого соединен с вторым входом высокочастотного фазового детектора и с клеммой для подключения входа измерительного четырехполюсника, вход усилителя высокой частоты соеди" нен с клеммой для подкпючения выхода измерительного четырехполюсника, выход модуляционного генератора подключен к второму входу низкочастотного фазового дискриминатора, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него дополнительно введены последовательно соединенные одновибратор, электронный ключ и счетчик, вьгсод модуляционного генератора соединен с входом одновибратора и счетныч входом счетчика, выход, низкочастотного фазового дискриминатора подключен к сигнальному входу электронного ключа, выход счетчика соединен с выходом устройства.! 564572

Л08 f

Рог.0

Л08Л

ЯОЬ.О

Л08. 4

ПОИ.0

Лог f

Лоа.О

ЛсгЛ

Всг.0

А08. Ф лог.п

Ada.

Ю08.0

A02 f

Лоа

Аеа 1

А08.0

1564572

Тираж 553

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьгтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор M,Циткина

Заказ 1158

Составитель Ю.Минкин

Техред М.Ходанич

Корректор В,Гирняк

Подписное