Лазерный датчик углового ускорения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, саид-еу (22) Заявлено 0106,78 (21) 2621383/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 150780. Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 15.0780 (Я)м. кл.

G 01 R 29/22

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. 3 (088.8) (72) Авторы изобретения

И.Т. Найдиков, Н.Г. Галикберов, 10.Г:, Кузьмин и Л.К. Коновец (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДИНА П4ЧЕСКИХ ПАРАИЕТРОВ

КВЛРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Изобретение 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. 20

Известен 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 е"o 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 — c другим входом упомянутого преобразователя и через диод, включенный в обратном направлении, 748?93 с третьим входом преобраз ...геля амплитудных значений, выхг,, которого соединен с одним из входов пернсго и второго компараторов, другой вход первого из которых соединен с одним из вынодов первого резистора делителя напряжения, соединенного с уп:равляющим входом интегратора и с выХодом преобразователя период-аналог„ вход которого подключен к выходу первого триггера, входом с-оединенного с выходом второго триггера, первый вход которого подключен к выходу первого компаратора, а его второй вход соединен с выходом второго компаратора,вторым входом подключенного к другому выводу первого резистора делителя напряжения и к выводу второго резистора делителя напряжения, другой вывод которого соединен с корпусом устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема измерителя; на фиг. 2 показаны амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) кнарцевого резонатора с малым (1) и большим (2) динамическим эквивалентным сопротивлением„ на фиг.3

АЧХ 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 с частотомером 1, измерительный четырехполюсник, с кьарцевым резонатс:ром 2, амплитудный детектор 3, усилитель

4, днухканальный преобразонатеьль 5 амплитудных значений, диоды б и 7, компаратор 8, второй компаратор 9, триггеры 10 и 11, интегратор 12, . преобразователь период-аналог 13, два резистора 14 делителя напряжения и индика-,îð 15.

Погрешность измерения пара петров кнарцевогQ резонатора определяется погреш нос т ью - инт егриро вани я част от номодулированного способа электронным частотомером. Максимальная погрешность измерения в этом случае может быть определена из выражения". где U — скорость перестройки частоты генератора в относительных единицах;

Т вЂ” время счета частотомера;

h,f/f — девиация частоты генератора.

Из неравенства видно, чтс для уменьшения погрешности измерений необходимо увеличить скорость перестройки частоты генератора и время счета частотомера. Однако беспредельно наращивать величину этих параметров невозможно, так как максимальная величина скорости перестройки генератора ограничена добротностью кварценого резонатора и параметрами измерительного четырехполюсника, а время счета частотомера ограничено производи-.ельностью измерений и составляющей дрейфа частоты кварцевого резонатора. Минимальная величина девиации ограничена величиной паразитной частотной модуляции частоты генера-..ора.

При измерении параметров кварцевых резонаторов в широком динамичес.ком 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 с уСловия: Uä„— U q > Uд, где Uzq — порог отпус:сания; 0 — порог срабатывания; U — уровень шумов, обусловленный парази †н 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. Мирина АЧХ по уровню порога связана следующим соотношением с максимальным R, Ох и минимальной

R„,; величинами измеряемого сопротинления

О -о„ (О )

А т

R oy гье ь = . ь„

R +fl к ьн

R — нагрузочное сопротивление измерительного четырехполюсника, Двухполюсный преобразователь амплитудных значений (ПАЗ ) совместноо с диодами б и 7 обеспечивает таким образом г реобразование АЧХ, приведенных на фиг. 1, к виду, приведенному на фиг. 3.

Чтобы обеспечито 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 б и 7. Однако в условиях больших разброс-он сио748293

1 б х

60 б5 рости измерения сигнала и era амплитуды требуется введение встречно включенных диодов б и 7, так как их отсутствие приводит к значительному уплощению впадины выходного сигнала.

Благодаря их наличию время заряда о, тогда конденсаторов ПАЗ 5 одинаково тог максимальная обобщенная расстройка частоты (см.рис.3) может быть определена из равенства

Сравним равенства (3) и (2) например, при Ь = 0,14, Ь = 0 8

Л Х ю что соотнетстнует Я 5-200 Ом м и

Ян = 300 м. Тогда:

%А — х Л77» .. л

Учитывая равенство (1), получим, что погрешность измерений после введения двухканального преобразователя 5 с диодами 6 и 7 уменьшается в 313 раз. — =-313

В общем случае уменьшение погрешности измерений видно также из сравнения рис. 1 и 3. На выходе преобразователя 5 экстремальные значения сигнала совпадают между собой и с нулем. Поэтому девиация сигнала даже при постоянном пороге срабатывания и большом разбросе динамических сопротивлений кварцевых резонаторов изменяется мало (сравните@ на фиг. 2

7 и d 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 U ло времени t ).

Режимы компараторов 8 и 9 выбрани таким образом, что при отсутствии сигнала на их входах компаратор 8 выдает сигнал U, соответствующий логической единице, а компаратор 9 напряжение U9, соответствующее логическому нулю. На выходе триггера

10 напряжение Utg равно нулю, а напряжение ОЛл с выхода триггера 11 воздейстнует на интегратор 12, выходное напряжение U, 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 с частотой fg кварцевого резонатора при последовательном резонансе.

Постоянные времени разряда конденсаторов ПАЗ 5 существенно отличаются друг от друга, поэтому при последующем повышении частоты генератора на выходе ПАЗ 5 растет напряжение U

5 °

В момент напряжение Оз с выхода

ПАЗ 5 равно порогу срабатывания компаратора B. Здесь необходимо отметит что на входы комгараторов одновременно воздействует c. ãíàë,несущий информацию об АЧХ измеритель"ого четырехполюсника и шум. Поэтому выходные напряжения U Ug компараторон

8,3 переходят от единицы к нулю и наоборот после выдачи ряда коротких импульсов, равных единице. Таким образом,н момент t< компаратор 8 вначале выдает ряд коротких единичных импульсон и затем нуль. Состояние триггера 10 не меняется. В момент t> напряжение U c выхода ПАЗ

5 равно порог., Uz срабатывания компаратора 9, последний выдает ряд единичных импульсов. Первый положительный перепад напряжений опрокидывает триггер 10, который опрокидывает триггер 11. В итоге напряжение с выхода интегратора 12 уменьшается и перестраивает частоту генератора

1 вниз. B мMоoмент t U

5 на выходе ПАЗ 5 равно порогу Ue срабатывания компаратора 8. Компаратор 8 выдает ряд единичных импульсов и затем единицу. Первым положительным перепадом триггер 10 опрокидывается,не влияя на сЬстояние триггера

l1. В момент t> частота генератора

1 совпадает с частотой f кварцевого резонатора. В момент о напряжение на выходе ПАЗ 5 равно порогу срабатывания 0 „ компаратора 8. Компаратор 8 выдает ряд единичных импульсов, а затем нуль. Триггер 10 не ме-, няет состояния. В момент t напря7 жение U5 на выходе ПАЗ 5 равно порогу срабатывания 0 компаратора 9.

Компаратор 9 выдает ряд единичных импульсов. Первым положительным перепадом напряжения триггер 10 срабатынает и опрокидывает триггер 11.

B итоге напряжение U с выходом интегратора 12 начинает нарастать, повышая частоту генератора 1. Далее процесс повторяется. Преобразователь

13 период-аналог выдает напряжение, обратно-пропорциональное интервалу времени между t„ и t„ Поэтому

55 с уменьшением добротности кварцевого резонатора уменьшается порог срабатывания компараторов, что приводит к уменьшению девиации частоты генератора 1, кроме того, воздействуя на вход управления постоянной времени интегрирования интегратора 12, сигнал с выхода преобразователя 13

74В293 период-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 6 и 7 в основном обеспечивают высокую точность измерений при изменении динамического сопротивления кнарцевсго резонатора, а элементы 8,9,10 и

11,13,14 обеспечивают высокую точноСть измерений при изменении добротности кварцевого резонатора.

ФОРмУла изобретения

Измеритель динамических параметров кварцевым 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 ам.-.литудных значений, два диода, второй компаратор,второй триггер и дна резистора делителя напряжения, при этом выход усилителя соединен с одним иэ нходов преобразователя амплитуцных значений непосредственно,и через диод, включенный н прямом напранлении, с другим входом упомянутого преобразователя и через диод>включенный в обратном направлений — с т.>етьим нходом преобразователя амплитудных значений, выход которого соединен с одним иэ входов первого и второго компараторов, другой нход первого из которых соединен с одним иэ выводов. первого резистора делителя напряжения,соединенного с управляющим входом интег15 гатора и с выходом преобразователя период †анал, вход которого подключен к выходу первого триггера, входом соединенногo с выходом второго триггера, первый вход которого подключен к выходу первого компаратора, а его второй вход соединен с выходом второго компара-.ора, вторым †õîä подключенного к другому вызоду первого резистора делителя напря>кения и к выводу второго резистора делителя напряжения, другой вывод которого соединен с корпусом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 437979, кл. С 01 R 27/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

У 460510, кл. G 01 R 23/00, 1974 (прототип).