Самокалибрующийся емкостный преобразователь

 

Изобретение относится к области акустических измерений, основанных на бесконтактных методах возбуждения и приема ультразвуковых колебаний. Самокалибрующийся емкостной преобразователь используется с образцом в качестве второго электрода и содержит контрэлектрод и источник поляризующего напряжения для подключения к контрэлектроду и образцу. В преобразователь введены также блок возбуждения колебаний контрэлектрода и блок выделения колебаний контрэлектрода и выработки управляющего сигнала, который соединен обратной связью с источником постоянного поляризующего напряжения. Устройство позволяет повысить точность акустических измерений путем исключения случайных и систематических составляющих погрешностей, обусловленных нестабильностью чувствительности емкостных преобразователей. 2 ил.

Изобретение относится к области акустических измерений, основанных на бесконтактных методах возбуждения и приема ультразвуковых колебаний.

В настоящее время емкостные преобразователи находят широкое применение в установках для прецизионного измерения акустических параметров материалов. Это обусловлено их широкополосностью, как в режиме излучения так и в режиме приема. Основной характеристикой, определяющей точность измерений с помощью емкостных преобразователей, является стабильность их чувствительности.

Известны устройства авт.св. N 1518777, N 1404925, обеспечивающие абсолютные измерения чувствительности преобразователей в режиме излучения и приема, заключающиеся в том, что аттестуемый преобразователь располагается на оптически прозрачной призме, а ультразвуковые колебания, излучаемые или принимаемые преобразователем, измеряют с помощью лазерного интерферометра. Описанные устройства позволяют с высокой точностью определить параметры преобразователей, однако не обеспечивают контроль и стабилизацию их чувствительности в процессе работы.

Известен емкостный преобразователь (Бондаренко А. Н. , Луговой В.А., Кондратьев А.И. Тонкопленочный самоустанавливающийся емкостный преобразователь ультразвуковых сигналов. - Приборы и техника эксперимента, 1988, с. 197-199), принятый за прототип, который состоит из корпуса, внутри которого размещен контрэлектрод с диэлектрическим слоем, контактирующий с вторым электродом - образцом. Оба электрода подключены к источнику поляризующего напряжения. Для определения и настройки чувствительности емкостного преобразователя, в образце возбуждаются акустические колебания, параметры которых определяют дополнительным устройством.

Недостатком данной конструкции преобразователя является невозможность контроля и регулировки его чувствительности непосредственно во время работы, в связи с необходимостью создания внешнего акустического поля и измерения его параметров дополнительным средством, например, лазерным интерферометром. В ряде случаев, точность акустических измерений определяется не абсолютным значением чувствительности преобразователя, а ее стабильностью во времени.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем контроля и стабилизации чувствительности емкостных преобразователей непосредственно в процессе работы.

Цель достигается тем, что в емкостный преобразователь, предназначенный для использования с образцом в качестве второго электрода, содержащий контрэлектрод и источник постоянного поляризующего напряжения для подключения к контрэлектроду и образцу, введены блок возбуждения колебаний контрэлектрода и блок выделения колебаний контрэлектрода и выработки управляющего сигнала, соединенный обратной связью с источником постоянного поляризующего напряжения.

Существенность отличий устройства заключается в том, что несмотря на известность создания колебаний, например, зеркала интерферометра и организации обратной связи для стабилизации его чувствительности (см., авт.св. N 1315793, кл. G 01 B 29/00, Бондаренко А.Н., Гусаков С.А., Кондратьев А.И. Способ измерения колебаний объекта и устройство для его осуществления), впервые обратная связь по поляризующему напряжению используется для стабилизации чувствительности емкостного преобразователя, что обеспечивает повышение точности измерений за счет снижения систематических и случайных составляющих погрешностей.

На фиг. 1 показан преобразователь, который содержит контрэлектрод 1 с диэлектрической прокладкой П, второй электрод, в качестве которого используется образец 2, подключенный к ним источник поляризующего напряжения 3, блок 4 возбуждения колебаний контрэлектрода 1 и блок выделения колебаний контрэлектрода и выработки управляющего сигнала 5. Блок "выделения" 5 соединен обратной связью с источником постоянного поляризующего напряжения 3. В качестве источника поляризующего напряжения 3 может быть использован любой стандартный выпрямитель с внешним управлением (например, БП-50) с достаточным выходным напряжением.

Для возбуждения стабильных во времени колебаний электрода 1 в блоке возбуждения колебаний 4 может быть использована пьезопластина, приклеенная непосредственно к контрэлектроду, и генератор со стабильными амплитудно - временными электрическими параметрами, например, генератор типа Г5-63.

Возможная схема реализации блока "выделения" 5 показана на фиг. 2. Устройство состоит из входной цепи организованной элементами C, R, D₁, D₂, предназначенной для предотвращения схемы от перегрузок, устройства выборки хранения 6 (УВХ), выполненного, например, на базе микросхемы 1100СК2 и дифференциального усилителя 7, выполненного, например, на базе микросхемы 0544УД 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

С помощью блока возбуждения колебаний 4 (фиг. 1) возбуждаются колебания контрэлектрода 1, установленного на образце 2. Преобразованные емкостным преобразователем в электрический сигнал колебания электрода 1 поступают на Вх. К (фиг. 2) блока "выделения" 5 и далее через входную цепь на вход устройства выборки хранения 6, запускаемое синхроимпульсом блока возбуждения колебаний 4 (фиг. 1) через Вх. СИ. Выбирают характерную "точку" сигнала колебаний контрэлектрода 1 и настраивают на нее УВХ. УВХ преобразует величину сигнала в этой "точке" в постоянное напряжение, которое поступает на Bx.1 дифференциального усилителя 7. На Вх.2 усилителя подается напряжение E₀, обеспечивающее нулевой сигнал на его выходе при требуемой чувствительности емкостного преобразователя. При изменении чувствительности емкостного преобразователя изменяется сигнал на входе Вх. К, что ведет к изменению сигнала на входе Bx. 1 дифференциального усилителя 7 и появлению на его выходе Вых. С. сигнала обратной связи, управляющего работой источника поляризующего напряжения 3 (фиг. 1), напряжение на выходе которого автоматически регулируется таким образом, чтобы этот сигнал обращался в нуль. Таким образом, производится стабилизация чувствительности емкостного преобразователя в процессе его работы.

Так как, в предлагаемом устройстве колебания контрэлектрода 1, обусловленные работой блока возбуждения 4 известны заранее (могут быть измерены с помощью лазерного интерферометра) и не зависят от внешних воздействий, то они являются "элементом" самопроверки и самонастройки емкостного преобразователя.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность акустических измерений, путем исключения случайных и систематических составляющих погрешностей, обусловленных нестабильностью чувствительности емкостных преобразователей.

Формула изобретения

Самокалибрующийся емкостный преобразователь, предназначенный для использования с образцом в качестве второго электрода, содержащий контр электрод и источник постоянного поляризующего напряжения для подключения к контр электроду и образцу, отличающийся тем, что в него введены блок возбуждения колебаний контр электрода и блок выделения колебаний контр электрода и выработки управляющего сигнала, соединенный обратной связью с источником постоянного поляризующего напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2