Пристрій для вимірювання параметрів п’єзоелектричних перетворювачів

Пристрій для вимірювання параметрів п'єзоелектричних перетворювачів, що містить включений між перетворювачем та джерелом сигналу змінний імпеданс, який відрізняється тим, що в ньому змінний імпеданс виконаний у вигляді послідовно з'єднаних індуктивності і першої ємності, підклю 3 15633 4 значаються за обмірюваними електричними харарування 2 сигналу з циклічною частотою транзиктеристиками ланцюга. При застосуванні пристрою стор 1 працює в режимі переключення при нульо[1, стор.111] робиться припущення про відсутність вій напрузі (клас Ε) [7], і на його стоку (колекторі) втрат у ПП, що не виконується у випадку ПП із буде спостерігатися характерна для класу Е форвеликим активним опором. ма напруги (Фіг.2). При цьому виконуються строго Перевагою цього пристрою є простота і можвизначені співвідношення між елементами схеми, ливість визначення паралельної ємності ПП побщо і дозволяє за приведеними нижче формулами лизу резонансної частоти, що виключає дисперрозрахувати значення елементів еквівалентної сійні похибки, обумовлені низькоабо схеми ПП. При зміні напруги живлення напруга на високочастотними діелектричними змінами. ПП також змінюється, і по зміні форми напруги на Недоліками є: зниження точності внаслідок нестоку судять про зміну параметрів ПП при зміні хтування втратами, розрахунок параметрів проваподаваної потужності. Також пристрій, що заявлядиться на основі лінеаризованих одномірних моється, може служити пристроєм збудження ПП із делей ПП, що унеможливлює застосування високим ККД. Розрахунки й експерименти показурезультатів вимірювання для різних видів ПП. ють значення ККД 80-90% у залежності від напруги В основу корисної моделі поставлена задача живлення, ККД росте з ростом напруги живлення. створення пристрою для вимірювання параметрів Вимірювання параметрів ПП в пристрої здійсПП у робочому режимі та пристрою збудження ПП нюється шляхом регулювання форми напруги на з високим ККД. стоку (колекторі) транзистора відповідно до Фіг.3, Поставлена задача вирішується тим, що в де показаний вплив зміни значення ємностей 3 пристрої для вимірювання параметрів ПП методом (С1) і 6 (С3) на форму напруги на стоку. Для визнаімпедансу, що змінюється, відповідно до корисної чення параметрів ПП вимірюються постійна напрумоделі змінний імпеданс виконаний у вигляді посга живлення VDD і споживаний тік IDD на заданій лідовно з'єднаних індуктивності і першої ємності, частоті вхідного сигналу . Вимірювання необхідно підключеної послідовно з п'єзоелектричним перетпроводити поблизу тієї частоти, на якій спостерігаворювачем, другої ємності, включеної паралельно ється мінімальна напруга на ПП. При цьому реаліп'єзоелектричному перетворювачу до загального зується максимальний ККД пристрою збудження проводу, цей імпеданс приєднано до стоку транзиПП. Визначення всіх параметрів еквівалентної стора, до котрого також приєднана третя ємність, схеми ПП потребує вимірювання на двох частотах, іншим кінцем приєднана до загального проводу, тому що ми маємо 4 невідомих в еквівалентній витік транзистора приєднано до загального провосхемі, а кожне вимірювання дає два параметри в ду, до стоку транзистора одним кінцем приєднано силу комплексного характеру навантажувального дросель, інший кінець дроселя підключений через імпедансу транзистора при реалізації режиму клаамперметр до джерела живлення, на затвор трансу Е. зистора подається сигнал відомої частоти, до стоДля розрахунку параметрів ПП необхідно вику транзистора підключений осцилограф. міряти: частоту , напругу живлення UDD, спожиНа Фіг.1 показана схема пристрою, що заявляваний тік IDD, значення ємностей С1 (елемент 3) і ється. С3 (6). При виготовленні пристрою на даний частоПристрій містить активний прилад (транзистний діапазон значення елементів L2 (4) і C2 (5) тор) 1, до входу якого приєднана схема керування вибирають за відомими правилами [7]. Для підви2, до стоку (колектору) транзистора приєднано щення точності вимірювань також необхідно вимівихідний ланцюг класу Е з трансформатором (інряти активний опір котушки 4 rL2 на робочій частовертором) опорів, що складається з послідовного ті. Тоді: з'єднання індуктивності 4 і першої ємності 5, до 8 UDD 1) Визначають активну R і реаяких залучені друга ємність 6 і п'єзоелектричний 2 4 IDD перетворювач 7, поданий у перетині А-А своєю еквівалентною схемою, що включає паралельну ( 2 4) ктивну частини X R навантажувальноємність 8 і послідовний ланцюжок: індуктивність 9, 16 ємність 10 і активний опір 11, асоційовану з електго опору (на вході частини схеми пристрою, покаромеханічною коливальною системою ПП. Ємності заної на Фіг.4а); 5, 6 і внутрішня паралельна ємність ПП 8 створю2) Знаходять активну і реактивну частини імють ємнісний інвертор (трансформатор) опорів, що педансу ланцюга (послідовна схема заміщення) у разом з індуктивністю 4 забезпечує перетворення точці підключення ПП, точка ТІ (Фіг.4b). Rs1=R-rL2, активного опору ПП 11 у навантажувальний опір Хs1=X-j L2+j/ C2. підсилювача класу Е, який визначається з необ3) Перераховують послідовну схему заміщенхідної вихідної потужності і напруги, що прикладається. До стоку (колектору) транзистора 1 також Xs1 ня ПП у паралельну Rp1 Rs1 1 , приєднані третя ємність, що шунтує, 3 і індикатор Rs1 12 (осцилограф), який служить для спостереження Rp1Rs1 форми напруги на вихідному електроді транзисто, і знаходять елементи паралельної Xp1 ра при зміні параметрів вихідного ланцюга (наприXs1 клад, ємностей 3 і 6) і частоти вхідного сигналу. До схеми заміщення ПП (Фіг.4b), відняв реактивність стоку транзистора подається живлення через дроємності 6 (С3) сель 13 і амперметр 14 від джерела 15. Пристрій працює так: у номінальному робочому режимі при подачі на транзистор 1 із блока ке 5 15633 6 5% по ємності Сs. 1 1 1 1 1 Таким чином, цей пристій може бути викорис. Rp2 Rp1, Xp2 C3 тано для вимірювання параметрів ПП в робочих Xp1 XC3 Xp1 режимів і для збудження ПП з високим ККД при 4) Перераховують паралельну схему в послінизькій напрузі живлення, наприклад при роботі довну і знаходять імпеданс ПП на частоті вимірювід батарей. Rp2 Джерела інформації, які використані при склаRs2 вання (Фіг.4с) , данні заявки: 1 (Rp2 / Xp2 )2 1. Пьезокерамические преобразователи. МеRs2Rp2 тоды измерения и расчет параметров. Справочник . Xs2 / Ганопольский В.В., Касаткин Б.А., Ф.Ф. Легуша, Xp2 Н.И. Прудько, С.И. Пугачев. - Л.: Судостроение, 5) Знаходять значення імпедансу ПП 1984 .-256с. (прототип). Z=Rs2+jXs2 на двох частотах i, і =1,2, і розв'язують 2. Ерофеев A.A., Данов Γ.Α., Фролов Β.Η. Пьезокерамические трансформаторы и их применеj j j iLs rs ние в радиоэлектронике. - М. Радио и связь, 1988.iCp iCs систему рівнянь . Рі128с. j j 3. Rutkoski J.P. Apparatus for automatic j iL s rs measurement of equivalent circuit parameters of iCp iCs piezoelectric resonators. Pat USA 4 447 782, G01R шення системи дає значення еквівалентної схеми 29/22, Заявл. 17.03.1982, Опубл. 8.05.1984. ПП. 4. А. с. №651271 (СССР). Устройство для изУ експерименті було реалізовано варіант примерения активного сопротивления кварцевых рестою для вимірювання параметрів п'єзокерамічнозонаторов/Туторов А. Д. - Заявл. 28.01.75, го ПП з матеріалу ЦТС-19 діаметром 40мм і тов№2100395; Опубл. 05.03.1979; БИ №9, 1979, щиною 5мм. Вимірювання проводилися біля с.183. одного з резонансів на частоті 288кГц. Отримано 5. Стандарт IEEE 177. The piezoelectric vibrator ККД пристрою збудження 88% при потужності на definition and method of measurements. ПП 1,4Вт, напрузі живлення 4В та напрузі на ПП www.ieee.org. 25В. Пристій дозволяє вимірювати залежності па6. Bowers J.H., Dutcher F. Drive circuits for раметрів ПП від його теплового режиму і умов роreactive loads. US Patent 5 926 093, G08B 13/14, боти. На Фіг.5 зображено залежності напруги від Заявл. 15.08.1997, Опубл. 20.07.1999. частоти на ПП та еквіваленті ПП, побудованого з 7. Крыжановский В.Г. Транзисторные усилитекотушки індуктивності, конденсаторів та резистоли с высоким КПД. Донецк: Апекс, 2004. -448с. ра. Відхилення параметрів еквівалента від параметрів ПП, що були вимірювані запропонованим пристроєм, складає 10% по активному опору Rs, та 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 15633 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601