SU970265A1 - Измерительное устройство дл частотного пьезорезонансного датчика - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к резонансным измерени м с использование1| пьезорезонансных датчиков и может быть применено дл  кварцевой толщинометрии , дл  исследовани  физических и химических свойств веществ, микроперемещений , микроконцентрации паров и газов, а также в аналоговых случа х, требующих высокой чувствительности средств измерений.

Известно устройство, содержащее измерительный кварцевый генератор, частота колебаний которого измен етс  в соответствии с величиной пара, осажденного на частотный кварцевый пьезорезонансный датчик, генератор опорной частоты, смеситель, формирователь .сигнала разностной частоты и схему регистрации. В устройстве использован дополнительный генератор низкой частоты, позвол ющий в схеме регистрации осуществл ть работу счетчиков импульсного сигнала разностной

частоты и сравнение с заданным кодом, соответствующим требуемой толщине осажденного пара ij.

Heдocтatкoм устройства  вл етс  сравнительно мала  чувствительность по измер емому параметру, так как она ограничиваетс  конструктивными рсобенност ми п ёзорезонансногб частот-, ного датчика и чувствитель(Т5стью измерительного преобразовател  сигнала датчика в измерении частоты.

Известно устройство, содержащее два пьезорезонансных частотных датчика , построенное по дифференциальной, схеме и содержащее два автогенератора,  вл ющиес  измерительными, формирователь сигнала разностной частоты и регистрирующее устройство. В рабочем состо нии измер емое воздействие измен ет частоты пьезорезонаторов а противоположные стороны.

Claims (2)

1. С выходов автогенераторов сигналы подаютс  на вход формировател  сигнала разностной частоты, а с его выхода снимают полезный сигнал. Подстрой ка частоты резонаторов производитс  с помощью подстроечного конденсатора либо с помощью варикапа, управл емог от отдельного источника напр жени , причем как правило подсуэоенный элемент включаетс  последовательно с пьезорезонансным датчиком 2. Недостатками устройства  вл ютс  высокие требовани  к идентичности ко структивных и электрических характеристик двух пьезорезонансных частотных датчиков, работающих одновременно , усложнение настройки автогенераторов дл  обеспечени  противоположных по частоте изменений сигналов датчикс5Ь, а также сравнительно низка чувствительность. Цель изобретени  - повышение чувствительности измерительного устройства дл  частртного пьезорёзонансного датчика. Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство содержащее измерительный автогенератор с пьезорезонан ным датчиком, кварцевый автогенерато опорной частоты и последовательно со единенные смеситель, первый частотны детектор и регистратор, причем первый выход измерительного и выход кварцевого автогенераторов подключены к входам смесител , введены после довательно соединенные второй часто ный детектор, аттенюатор, элемент задержки , а также управл емый усилитель с емкостной обратной св зью,две разделительные RL-цепочки и разделительный ко денсатор, причем последний включен между выходом управл емого усилител  и входом кварцевого автогенератора, а управл ющий вход усилител  подключен через первую разделительную RLцепочку к выходу элемента задержки, который через вторую RL-цепочку подключен к входу кварцевого автогенера тора, вход второго частотного детектора соединен с вторым выходом измерительного автогенератора. Причем частотозадающа  цепь кварцевого автогенератора выполнена в ви де последовательно -включенных кварце вого резонатора и варикапа, причем точка соединени  кварцевого резонатора и анода варикапа  вл етс  входо кварцевого автогенератора. На чертеже показана схема предлагаемого устройства. Устройство содержит измерительный автогенератор 1 с пьезорезонансным датчиком, кварцевый автогенератор 2 опорной частоты, смеситель 3, первый частотный детектор t, регистратор 5, второй частотный детектор 6, аттенюатор 7, элемент 8 задержки и усилитель 9 с емкостной обратной св зью и управл емым резистором в цепи отрицательной обратной св зи. Измерительный автогенератор в частотозадающей цепи содержит пьезорезонансный датчик 10 и подстроечный конденсатор 11, соединенные последовательно. АвтогеЙератор опорной частоты содержит в частотозадающей цепи -последовательно включенные пьезокварцевый резонатор 12 и варикап 13. Усилитель с емкостной обратной св зью содержит управл емый резистор 14 в цепи отрицательной обратной св зи, конденсаторы 15 и 16 и усилитель 17, в совокупности образующие отрицательную емкость. Резисторы 18 и 19 катушки индуктивности 20 и 21 и конденсатор 22  вл ютс  элементами разделительных цепей. Элемент задержки 8 включен между аттенюатором 7 и резисторами 18 и 19 обеих разделительных цепочек. Катушка индуктивности 21 первой разделительной цепочки соединена с управл ющим электродом управл емого резистора Il в цепи отрицательной обратной св зи усилител  17. Выход усилител  через разделительный конденсатор 22 соединен с катушкой индуктивности 20 второй разделительной цепочки, с обкладкой пьезокварцевого резонатора 12 автогенератора 2 и анодом варикапа 13. Принцип действи  устройства заключаетс  в следующем. Измер емое воздействие измен ет частоту пьезорезонансного датчика 10, что приводит к изменению частоты генерируемых колебаний на выходе измерительного автогенератора 1. Смеситель 3 формирует сигнал разностной частоты и фиксирует это отклонение частоты по сравнению с частотой колебаний с выхода кварцевого автогенератора 2 опорной частоты. Сигнал подаетс  на частотный детектор k и региЬтратор 5. Одновременно с этим величина отклонени  частоты измерительного автогенератора определ етс  с помощью частотного детектора 6, си1- нал с нагрузки которого через аттенюагор 7, элемент 8 задержки и разделительную цепочку 19 и 21 подаетс  на управл ющий электрод управл емого резистора I в цепи отрицательной обрат :ной св зи усилител  17, что измен ет J глубину отрицательной обратной св зи усилител , а значит и величину отрицательной емкостйГ. Сигнал детектора 6 также подаетс  через вторую разделительную цепочку 18 и 20 на катод варикапа 13„Управл   величиной его емкости. Отрицательна  емкость с последовательным разделительным конденсатором 22 подключена параллельно варикапу 13. Эти элементы определ ют настройку частоты автоген ратора 2. Отрицательна  емкость умень шает начальную величину суммарной емкости управл емых элементов, это способствует более резким изменени м частоты автогенератора 2 в процессе управлени  его частотой. Режим работы устройства настраиваетс  так, чтобы емкости варикапа и реактив .ной емкости, включенных в колебатель ньГй контур автогенератора 2, вызывае изменение частоты генерируемых им ко лебаний в одну и ту же сторону, приче противоположную изменению частоты колебаний , генерируемых измерительным автогенератором. Все это приводит к тому, что величина фиксируемого разностного сигнала значительно возрастает . Таким образом, чувствительность устройства значительно увеличиваетс  Элемент 8 задержки позвол ет использовать динамические характеристики сигнала пьезорезонансного частотного датчика, что снижает погрешности св занные с кратковременными флуктуаци ми частоты автогенераторов из-за внешних факторов. Аттенюатор 7 необходим дл  согласо вани  сигнала, управл ющего варикапом и отрицательной емкостью, с рабочей частью резонансной характеристики пье зорезонансного резонатора, автогенератора 2 опорной частоты. Технико-экономическа  эффективность предлагаемого устройства применительно к кварцевой толщинометрии св зана с повышением разрешающей способности - возможностью измер ть более тонкие диэлектрические, полупроводниковые и провод щие пленки в процессе их нанесени  при производстве интегральных микросхем. Предлагаемое устройство может быть также применено в высокочувствительных дифференциальных автогенераторных измерител х с параметрическими датчиками . Формула изобретени  1.Измерительное устройство дл  частотного пьезорезонансного датчика, содержащее измерительный автогенерат тор с пьезорезонансным датчиком, кварцевый автогенератор опорной частоты и последовательно соединенные смеситель, первый частотный детектор и регистратор, причем первый выход измерительного автогенератора и выход кварцевого автогенератора подключены к входам смесител , отличающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности, в него введены последовательно соединенные второй частотный детектор, аттенюатор , элемент задержки, а также управл емый усилитель с емкостной обратной св зью, две разделительные RL-цепочки и разделительный конденсатор , причем последний включен между выходом управл емого усилител  и входом кварцевого автогенератора, а управл ющий вход усилител  подключен через первую разделительную RL-цепочку к выходу элемента задержки, который через вторую RL-цепочку подключен к входу кварцевого автогенератора, вход второго частотного детектора соединен с вторым выходом измерительного автогенератора. 2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что частотозадающа  цепь кварцевого автогенератора выполнена в виде последовательно включенных кварцевого резонатора и варикапа, причем точка соединени  кварцевого резонатора и анода варикапа  вл етс  входом кварцевого автогенератора . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе - 1. Патент Великобритании № , кл. G 01 R 27/26. 197.
2. 2. Налов В. В. Пьезорезонансные датчики. М., Энерги , 1973, с. 120.