Устройство для измерения пьезоэлектрического модуля

 

(72) Авторы . изобретения

В.Г. Холошин, Ю.Р. Шмидт, В.А. Акопьян „:и А.А. Шевченко

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

МОДУЛЯ

Изобретение относится к технике измерений электрофизических параметров пьезокерамических материалов и может быть использовано для измерения пьезоэлектрического Модуля пьезокристаллов.

Известно устройство для измерения пьезоэлектрического модуля, содержащее эталонный пьезоэлемент, подвергающийся сжатию механическим усилием lO с помощью электромагнита, усилители напряжений, снимаемых с эталонного и измеряемого пьезоэлементов, элемент сравнения и блок цифровой индикации (1j.

Недостатком его является необходимость проверки и поддержания стабильности характеристик эталонного пьезоэлемента.

Известно также устройство для из20 мерения напряжения в цифровой форме (в том числе напряжения, формируемого после механического воздействия на пьезоэлемент), которое содержит три ключа, интегратор, компаратор, генератор счетных импульсов, цифровой счетчик, триггер и блок индикации С23.

Недостатком его является невозможность определения пьезоэлектрического модуля в цифровой форме.

Цель изобретения — автоматизация измерений.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее два входа устройства, один из которых соединен с корпусом устройства, а второй — с входом первого ключа, управляющий. вход которого подключен к первому выходу триггера, вторым выходом соединенного с управляющим входом второго ключа, выходом соединенного с выходом первого ключа и входом интегратора, выход которого подключен к одному из входов компаратора, вторым входом со-. единенного с корпусом устройства, и. генератор счетных импульсов, выходом соединенный с управляющим входом тре-, тьего ключа, выход которого через

86 цифровой счетчик подключен к блоку индикации, введены второй триггер, усилитель, датчик механического усилия и Генератор импульсов заданной длительности, вход которого соединен

II ft с входом Пуск, а первый выход упомянутого генератора подключен к одному из входов триггера, вторым входом соединенного с вторым выходом генератора импульсов заданной длительности и одним из входов второго триггера, второй вход которого подключен к выходу компаратора, а выход второго триггера соединен с входом третьего ключа, прн этом датчик механического усилия через усилитель подклюЧен к входу второго ключа.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2временные зависимости сигналов в некоторых узлах блок-схемы устройства.

Устройство содержит электромагнит 1 для механического нагружения испытуемого пьезоэлемента 2, датчик 3 механического усилия, усилитель 4, кпючи 5 и 6, интегратор 7, компаратор 8, триггер 9, генератор IO импульса заданной длительности, триггер 11, генератор 12 счетных импульсов, ключ 13, цифровой счетчик 14, блок 15 индикации, входы устройства 16 и 17 и вход

"Пуск" IS.

Устройство работает следующим образом.

Цикл измерения начинается с того, что в момент времени t„ 2) генератором 10 импульса заданной длительности через триггер 9 открывается ключ б и закрывается ключ 5 и производится нагружение испытуемого пьезоэлемента силой F. При этом за время

1 » (фнг. 2) заряд с пьезоэлемента полностью стекает через входное сопротивление интегратора. Напряжение на выходе интегратора 7 возрастает по з &коку

Ua kaJ ilf)at=kaa

t„ где ч — заряд, образовавшийся на образце вследствие прямого пьезоэффекта;

K g- коэффициент пропорциональности.

Под воздействием приложенной нагрузки датчик 3 механического усилия. выдает электрический сигнал, который после его усиления yr.èëèòåëåì 4 поступает на вход закрытого ключа 5, причем напряжение на выходе усилите6503

4 ля 4, есть линейная функция силы F нагружения

0 = К„Г где К вЂ” величина постоянная, опреде5 ляемая при калибровке датчика механического усилия.

Через интервал времени 1», когда

Т» напряжение g=-Кц 1 1()Ж генера1О то 10 р закрывает ключ 6 и открывает ключ 5. Таким образом, в момент к вхо ду интегратора 7 оказывается при- Я ложенным напряжение Uy, цротивоположное по знаку напряжениюЩ1)=1(Ф) М

К оме

=1 IIII.ИНТ; роме того, в момент t импульсом от генератора 10 через триггер 11 открывается ключ 13 и импульсы с частотой поступают от генератора 12 на вход цифрового счетчика 14. В момент и

Ф когда Ug J Ор ма =О комоаратор

1 через триггер 11 выключает ключ 13 и

25 и ez р ращает доступ импульсов на счетчик 14, Время поступления импульсов t на вход счетчика 14,определяется из условия г» +х ао "д= а (Ца =К u„a или

+Х .О

k а=кцк„J FBy

О

Учитывая, что F — - установившееся

35 значение силы нагружения — величина постоянная для данного цикла измерения, последнее соотношение можно переписать в виде

КФ "6t "с х

Q или С Х

По определению пьезоэлектрический модуль d >выражается соотношением

«÷e

d33 Г

Тогда с учетом предыдущих выражений оЗЪ KÑt Х"

Таким образом, число импульсов, зафиксированных блоком 15 индикации за время tII, опредйпяется из соотношения И-йхF

Х 0

Тогда время tII определяется из форй мулы ЙX F а величину пьезомодуля о легко определить из соотношения

35 и

33 " Го

Число импульсов прошедших на отсчетное устройство как функция пьезомоду866503 ля d3$o6pasqa определяется иэ выражения

N —.d

<о

К, 33

Формула изобретения

Устройство для измерения пьезоэлектрического модуля, содержащее два входа, один из которых соединен;.с корпусом устройства, а второй — с входом первого ключа, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера, вторым выходом соединенного с управляющим входом второго ключа, выходом соединенного с выходом первого ключа и входом .интегратора, выход которого подключен к одному из входов компаратора, вторым входом соединенного с корпусом уФгройства, и генератор счетных импульсов, выхо- . дом соединенный с управлякюцим входом третьего ключа, выход которого через цйфровой счетчик подключен к блоку индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью автоматизаций измерений, в него введены второй триг-гер, усилитель, датчик механического усилия и генератор импульсов заданной длительности, вход которого соединен с входом "Пуск", а первый выход упомянутого генератора подключен к одному из входов триггера,.вторым вхоlð дом соединенного с вторым выходом re" нератора импульсов заданной длительности и оцним иэ входов второго триггера, второй вход которого подключен. к выходу компаратора, а выход второго триггера соединен с входом третьего ключа, при этом датчик механического усилия через усилитель подключен к входу второго ключа.

Источники информации, о принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции В 2197459, кл. 0 01 0 1/00, .1974.

2. Шпяндин В.К. Цифровые измерительные преобразователи и приборы.

1973, с. 186 (прототип).