DE4121411C1

DE4121411C1 - Measuring resonance frequencies of piezoelectric components - generating pulse marking time point of resonance on basis characteristic signal change using HF wobbulator controlled by LF probe signals

Info

Publication number: DE4121411C1
Application number: DE19914121411
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr.-Ing. 6380 Bad Homburg De Schael
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2011-06-29

Abstract

The measuring method involves scanning the frequency range contg. the resonant frequency by h.f. wobbulator. A pulse marking the time point of the resonance is generated from a characteristic signal change. The instantaneous value of the scanning signal at the time point is stored with the pulse. The scanning operation is interrupted and the l.f. scanning signal is replaced by the stored value. The wobbulator frequency is then measured. USE/ADVANTAGE - E.g. for mfg. quartz oscillators. Highly accurate, high resolution resonant frequency measurement is achived even when measurement object is only connected to measurement device for short period.

Description

field of use

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu dessen Durch führung bestimmte Vorrichtung zur Messung von Resonanzfrequen zen an piezoelektrischen Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4.The invention relates to a method and one for its leadership certain device for measuring resonance frequencies zen on piezoelectric components according to the generic term of Claim 1 or 4.

Ein typisches Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Fabrika tion von Schwingquarzen und anderen Bauteilen aus piezoelektri schen Kristallen oder keramischen Materialien. Im folgenden wird als typische Anwendung bevorzugt das Läppen von Quarz scheiben bei der Herstellung von Schwingquarzen betrachtet. Ebenso kommt eine Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung jedoch auch bei anderen Schritten innerhalb des Herstellungsprozesses solcher Bauteile in Betracht, insbe sondere beim Abtragen von Oberflächenschichten, z. B. durch Ätzen, mechanisches Polieren oder andere physikalische oder chemische Einwirkungen und beim Aufbringen von Oberflächen schichten, z. B. durch Aufdampfen von Metallen oder dergleichen. Außerdem eignet sich das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch zu Messungen der Resonanzfrequenz zu Kon trollzwecken zwischen einzelnen Bearbeitungsschritten.A typical application of the invention is in factories tion of quartz crystals and other piezoelectric components crystals or ceramic materials. Hereinafter lapping of quartz is preferred as a typical application disks considered in the manufacture of quartz crystals. The method and the device are also used according to the invention, however, also in other steps within the manufacturing process of such components, in particular especially when removing surface layers, e.g. B. by Etching, mechanical polishing or other physical or chemical effects and when applying surfaces layers, e.g. B. by vapor deposition of metals or the like. In addition, the method and the device are suitable the invention also for measurements of the resonance frequency to Kon trolling purposes between individual processing steps.

Beim Läppen von Quarzscheiben zur Herstellung von Schwingquar zen wird die Dicke der Scheiben kontinuierlich reduziert, bis eine vorbestimmte Resonanzfrequenz (Zielfrequenz) erreicht ist. Dies geschieht im allgemeinen in der Weise, daß die Quarzschei ben zwischen zwei planparallelen Platten in sogenannten Läppkä figen in einer im allgemeinen zykloidenförmigen Bahn unter Zugabe einer Schleifmittelsuspension bewegt werden. Die Abtra gungsgeschwindigkeit an den planparallelen Oberflächen der Quarzscheiben hängt im wesentlichen von der Bewegungsgeschwin digkeit, dem von den Platten ausgeübten Druck und den Eigen schaften der Schleifmittelsuspension ab. Für die Überwachung des Bearbeitungsvorganges ist es von großem Interesse, zu jedem Zeitpunkt die erreichte Resonanzfrequenz zu kennen, um die Bearbeitung möglichst genau bei Erreichen der Zielfrequenz zu beenden. Außerdem ist es zur Kontrolle der Bearbeitungsqualität wichtig, die statistische Verteilung der Resonanzfrequenzen der in einem Arbeitsgang gleichzeitig bearbeiteten Quarzscheiben zu kennen. Eine große Streuung der Resonanzfrequenzen bedeutet eine Qualitätsverschlechterung und weist eventuell auf Unzu länglichkeiten in der Arbeitsweise der Läppmaschine hin.When lapping quartz disks for the production of quartz crystal zen the thickness of the slices is continuously reduced until a predetermined resonance frequency (target frequency) is reached. This is generally done in such a way that the quartz crystal ben between two plane-parallel plates in so-called lapping boxes in a generally cycloidal orbit Adding an abrasive suspension. The Abtra speed on the plane-parallel surfaces of the Quartz discs essentially depend on the speed of movement ability, the pressure exerted by the plates and the property remove the abrasive suspension. For surveillance of the editing process, it is of great interest to everyone Time to know the resonance frequency reached in order to Processing as precisely as possible when the target frequency is reached break up. It is also used to control the machining quality important the statistical distribution of the resonance frequencies of the quartz disks processed simultaneously in one operation know. A large spread of the resonance frequencies means a deterioration in quality and may indicate an abnormality elongations in the operation of the lapping machine.

State of the art

Ein übliches, sehr genaues Verfahren zur Messung der Resonanz frequenz von Quarzscheiben im Herstellungsprozeß besteht darin, die Quarzscheiben zwischen Elektroden zu bringen, die mit einer geeigneten Oszillatorschaltung verbunden sind, so daß die jeweilige Quarzscheibe zu Resonanzschwingungen angeregt wird, deren Frequenz mit einem digitalen elektronischen Frequenzzäh ler ohne weiteres sehr genau gemessen werden kann.A common, very accurate method of measuring resonance frequency of quartz disks in the manufacturing process is to bring the quartz disks between electrodes, which with a suitable oscillator circuit are connected so that the each quartz disk is excited to resonate vibrations, whose frequency with a digital electronic frequency counter can easily be measured very precisely.

Beim Läppen von Quarzscheiben ist es zur Durchführung dieses Verfahrens jedoch notwendig, den Bearbeitungsvorgang zu unter brechen, die Quarzscheiben aus der Maschine zu nehmen und zu reinigen, um sie dann in die Meßapparatur zu bringen. Wenn die Zielfrequenz noch nicht erreicht ist, müssen die Quarzscheiben erneut in die Läppmaschine eingesetzt werden, um die Bearbei tung fortzusetzen. Diese Vorgänge erfordern sehr viel manuelle Arbeit und verteuern daher den Herstellungsprozeß erheblich. Außerdem besteht die Gefahr, daß der Bearbeitungsvorgang nicht rechtzeitig beendet wird, so daß die Quarzscheiben dann un brauchbar sind.When lapping quartz disks it is to do this However, the procedure is necessary to undo the machining process break, take the quartz disks out of the machine and close clean in order to then bring them into the measuring apparatus. If the The target frequency has not yet been reached, the quartz disks be used again in the lapping machine to complete the machining continue. These operations are very manual Work and therefore make the manufacturing process considerably more expensive. There is also a risk that the machining process will not is ended in time, so that the quartz disks then un are usable.

Meßverfahren, bei denen zur Ermittlung der Resonanzfrequenz eine Unterbrechung des Herstellungsprozesses notwendig ist, sind für viele Anwendungen der genannten Art von vornherein weniger geeignet, auch wenn sie eine hohe Meßgenauigkeit ermög lichen.Measuring methods in which to determine the resonance frequency an interruption of the manufacturing process is necessary are a priori for many applications of the type mentioned less suitable, even if it allows a high measuring accuracy lichen.

Daher sind auch Meßeinrichtungen entwickelt worden, die eine Messung der Resonanzfrequenzen ohne Unterbrechung des Bearbei tungsvorganges und darüber hinaus eine automatische Abschaltung der Läppmaschine bei Erreichen der Zielfrequenz ermöglichen. Hierbei ist eine der Läppscheiben mit mindestens einer isoliert eingesetzten Elektrode ausgestattet, die mit einer Hochfrequenz-Meßschaltung zur Bestimmung der Resonanzfrequenz verbunden ist. Während des Läppvorganges laufen immer wieder Quarzscheiben durch den Zwischenraum zwischen der Elektrode und der gegenüberliegenden Läppscheibe, so daß immer wieder ver schiedene Quarzscheiben mit der Hochfrequenz-Meßeinrichtung in Kontakt gebracht werden.Therefore, measuring devices have also been developed, the one Measurement of the resonance frequencies without interrupting the processing tion process and also an automatic shutdown enable the lapping machine when the target frequency is reached. One of the lapping disks is insulated with at least one inserted electrode equipped with a High-frequency measuring circuit for determining the resonance frequency connected is. Run again and again during the lapping process Quartz disks through the gap between the electrode and the opposite lapping disk, so that ver different quartz disks with the high-frequency measuring device in Be brought in contact.

Die Hochfrequenz-Meßschaltung wird von einem Wobbelgenerator gespeist, der so eingestellt wird, daß die Resonanzfrequenzen der in der Läppmaschine befindlichen Quarzscheiben in dem vom Wobbelgenerator überstrichenen Frequenzbereich liegen. Zur Bestimmung der Resonanzfrequenz wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich die elektrische Impedanz einer Quarzscheibe in charak teristischer Weise verändert, wenn der zugeführte Hochfrequenz strom die Resonanzfrequenz der Quarzscheibe durchläuft. Die damit verbundene Amplitudenänderung der an der Meßelektrode auftretenden Hochfrequenzspannung kann z. B. mit einem Scheitelwert-Detektor (Peak-Detektor) ausgewertet werden, um die Lage der Resonanzfrequenz innerhalb des vom Wobbelgenerator überstrichenen Frequenzbereiches zu ermitteln. Erschwert wird die Auswertung allerdings dadurch, daß die Quarzscheiben sich jeweils nur sehr kurze Zeit (etwa 5-10 Millisekunden) unter der Meßelektrode befinden.The high-frequency measuring circuit is operated by a wobble generator fed, which is set so that the resonance frequencies of the quartz disks in the lapping machine in the from Wobble generator swept frequency range. For Determination of the resonance frequency takes advantage of the fact that the electrical impedance of a quartz disc is in charak changed teristically when the supplied high frequency current passes through the resonance frequency of the quartz disk. The associated amplitude change at the measuring electrode occurring high-frequency voltage can e.g. B. with a Peak value detector (peak detector) can be evaluated to the position of the resonance frequency within that of the wobble generator to determine the swept frequency range. Is made more difficult the evaluation, however, in that the quartz disks themselves only a very short time (about 5-10 milliseconds) below the Measuring electrode.

Bei einem bekannten Gerät dieser Art, das von der Firma Transat Corp., Solon, Ohio, USA, hergestellt wird, wird gemäß der Firmenschrift "Operating Manual, Automatic Lapping Controller Model ALC, Rev. 12/83" die Messung im Prinzip etwa folgenderma ßen durchgeführt: Bei der Erzeugung des Wobbelsignals wird von einem Taktsignal ausgegangen, das einen digitalen Aufwärts- Abwärts-Zähler steuert. Die Ausgänge dieses Zählers sind mit den Eingängen eines Digital-Analog-Umsetzers (DAC) verbunden. Der DAC liefert somit eine linear ansteigende und absinkende Spannung von im wesentlichen dreieckförmigem zeitlichem Ver lauf. Dieses Dreiecksignal mit einer zusätzlich überlagerten Gleichspannung steuert einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer (VFC), dessen Frequenz durch Frequenzvervielfachung in den Hochfre quenzbereich übersetzt wird. Unter idealen Voraussetzungen, d. h. exakter Linearität von DAC und VFC, besteht somit zwischen dem aktuellen Zählerstand des Aufwärts-Abwärts-Zählers und der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals eine genaue, lineare Beziehung. Parallel zu dem Aufwärts-Abwärts-Zähler läuft entsprechend dieser linearen Beziehung ein zweiter Digitalzäh ler, der Anzeige-(Display-) Zähler, dessen jeweiliger Zähler stand zahlenmäßig den jeweils aktuellen Frequenzwert des Hochfrequenzsignals repräsentiert. An die Ausgänge des Anzeige Zählers ist ein Speicherregister angeschlossen, das die Resonanzfrequenz-Anzeige steuert. Das Speicherregister über nimmt den aktuellen Zählerstand des Anzeige-Zählers jeweils in dem Augenblick, in dem die Frequenz des Hochfrequenzsignals die Resonanzfrequenz einer Quarzscheibe durchläuft. Dies wird dadurch bewirkt, daß ein mit der Hochfrequenz-Meßschaltung verbundener Peak-Detektor mit einem Impuls den Speicherbefehl für die Übernahme des Frequenzwertes aus dem Anzeigezähler in das Speicherregister auslöst.In a known device of this type, which is made by Transat Corp., Solon, Ohio, USA, is manufactured in accordance with the Company lettering "Operating Manual, Automatic Lapping Controller Model ALC, Rev. 12/83 "the measurement in principle approximately as follows ß performed: When generating the wobble signal from a clock signal that digital upward Down counter controls. The outputs of this counter are included connected to the inputs of a digital-to-analog converter (DAC). The DAC thus provides a linearly rising and falling Voltage of essentially triangular temporal ver run. This triangular signal with an additionally superimposed DC voltage controls a voltage-to-frequency converter (VFC), whose frequency by frequency multiplication in the Hochfre quenz range is translated. Under ideal conditions, d. H. exact linearity of DAC and VFC, therefore exists between the current count of the up-down counter and the Frequency of the high-frequency signal generated is an accurate, linear Relationship. Runs in parallel with the up-down counter a second digital counter according to this linear relationship ler, the display (display) counter, its respective counter the current frequency value of the High frequency signal represents. To the outputs of the display A memory register is connected to the counter Controls resonance frequency display. The storage register over takes the current counter reading of the display counter the moment the frequency of the radio frequency signal reaches the Passes through the resonance frequency of a quartz disk. this will thereby causing a with the high frequency measuring circuit connected peak detector with a pulse the store command for taking over the frequency value from the display counter in triggers the memory register.

Bei diesem Verfahren bestehen wesentliche Fehlerquellen in den Nichtlinearitäten und der zeitlichen Inkonstanz des Digital- Analog-Umsetzers (DAC) und des Spannungs-Frequenz-Umsetzers (VFC). Sie führen dazu, daß die Frequenz des erzeugten Hochfre quenzsignals nicht im gesamten überstrichenen Frequenzbereich mit dem für die Anzeige der Resonanzfrequenz maßgebenden Zählerstand des Anzeige-Zählers übereinstimmt, und daß z. B. infolge von Temperaturveränderungen der Zusammenhang zwischen Frequenz und Zählerstand zeitlichen Schwankungen unterliegt. Auf diese Weise entstehen bei der Bestimmung der Resonanzfre quenzen Meßfehler in der Größenordnung von 0,1 Prozent (1000 ppm), was schon bei mäßigen Ansprüchen als unbefriedigend gilt.There are major sources of error in this procedure in the Non-linearities and the temporal inconsistency of the digital Analog converter (DAC) and the voltage-frequency converter (VFC). They cause the frequency of the generated high frequency frequency signal not in the entire swept frequency range with the one decisive for the display of the resonance frequency Counter reading of the display counter matches, and that z. B. due to temperature changes the relationship between Frequency and meter reading are subject to fluctuations in time. In this way, the resonance frequency is determined measuring errors of the order of 0.1 percent (1000 ppm), which is considered unsatisfactory even with moderate demands.

Aus GB 21 90 753 A ist eine andere Meßvorrichtung zum Messen von Quarz-Resonanzen bekannt. Hierbei wird ein spezielles Meßsignal angewandt, das durch Mischen eines Hochfrequenzsi gnals mit einem Niederfrequenzsignal gewonnen wird. Eines der entstehenden Seitenbänder wird als eigentliches Meßsignal verwendet. Aus dem hochfrequenten Signalanteil, der das Meßob jekt passiert hat, wird durch Rückmisch-Demodulation ein niederfrequenter Signalanteil gebildet. Die Resonanz ist gefunden, wenn dieser niederfrequente Signalanteil dieselbe Phase hat wie das ursprüngliche Niederfrequenzsignal. Dieses Verfahren soll ein einfaches Auffinden der Resonanzfrequenz ohne vorausgehende Kompensation von Parallelkapazitäten des Quarzresonators ermöglichen. Das Problem, die Resonanzfrequenz im Wobbelbetrieb bei nur kurzzeitig angeschlossenem Meßobjekt mit hoher Auflösung zu messen, wird mit diesem Verfahren jedoch nicht ohne weiteres gelöst.Another measuring device for measuring is known from GB 21 90 753 A. known from quartz resonances. Here is a special Measuring signal applied by mixing a high-frequency si gnals is obtained with a low frequency signal. One of the emerging sidebands is used as the actual measurement signal used. From the high-frequency signal component that the Meßob has happened through backmix demodulation low-frequency signal component formed. The response is found if this low-frequency signal component is the same Phase has like the original low frequency signal. This The aim of the method is to simply find the resonance frequency without prior compensation of the parallel capacities of the Enable quartz resonators. The problem, the resonance frequency in sweep mode with a test object connected only for a short time Measuring with high resolution is, however, using this method not easily solved.

Aus DE 20 36 449 A1 ist eine Wobbelschaltung bekannt, mit deren Hilfe die Bestimmung der einem markierten Zeitpunkt zugeordne ten Frequenz eines stetig modulierbaren Senders möglich ist. Hierbei öffnet ein zur Markierung des Zeitpunkts dienender Komparatorimpuls eine Torschaltung zu einem Impulszähler, der direkt die momentane Senderfrequenz ermittelt.From DE 20 36 449 A1 a wobble circuit is known, with which Help determine the assignment of a marked time th frequency of a continuously modulated transmitter is possible. Here, one serving to mark the time opens Comparator pulse a gate circuit to a pulse counter that the current transmitter frequency is determined directly.

Auch die aus DE 39 17 511 C1 bekannte Einrichtung zum Bestimmen des zu einem vorbestimmten Ereigniszeitpunkt vorliegenden Frequenzwertes eines Wobbeloszillators mißt im Prinzip direkt die momentane Oszillatorfrequenz, wenngleich hier über eine Berechnung aus Ausgangsfrequenz, Anzahl von überstrichenen Festfrequenzmarken und dem Zählwert eines Interpolationszählers für die Lage des Ereigniszeitpunkts zwischen zwei Festfrequenz marken.The device for determining known from DE 39 17 511 C1 the present at a predetermined event time In principle, the frequency value of a wobble oscillator measures directly the current oscillator frequency, although here over a Calculation from output frequency, number of swept Fixed frequency marks and the count value of an interpolation counter for the position of the time of the event between two fixed frequencies Brands.

Mit dem DE 21 53 670 A1 bekannten Verfahren soll eine Momentanfrequenz eines frequenzveränderlichen Signals durch Frequenzvergleich mit der momentanen Frequenz eines gesteuerten Vergleichsoszillators bestimmt werden. Dabei wird als der Meßfrequenz entsprechendes Signal aber nicht die Frequenz des Vergleichsoszillators genommen, sondern der zugehörige Wert der Steuerspannung. Ähnlich wie bei dem erwähnten Verfahren der Transat Corp. wird hierbei jedoch eine definierte Beziehung zwischen dem Wert des Steuersignals und der Oszillalorfrequenz vorausgesetzt, die nur schwer mit ausreichender Genauigkeit zu gewährleisten ist.A method known from DE 21 53 670 A1 is said to Instantaneous frequency of a variable frequency signal Frequency comparison with the current frequency of a controlled Comparison oscillator can be determined. It is called the Measuring frequency corresponding signal but not the frequency of the Comparison oscillator taken, but the associated value of the Control voltage. Similar to the mentioned method of Transat Corp. however, this becomes a defined relationship between the value of the control signal and the oscillator frequency provided that it is difficult to do this with sufficient accuracy guarantee is.

Task

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Resonanzmessung an piezoelektrischen Bauteilen und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung zu entwickeln, bei dem eine hohe Genauigkeit und Auflösung der gemessenen Resonanzfrequenz auch dann erreicht wird, wenn das Meßobjekt nur sehr kurzzeitig mit der Meßvorrichtung in Verbindung steht.The invention was based on the object of a method for Resonance measurement on piezoelectric components and one too its implementation to develop suitable device at a high accuracy and resolution of the measured resonance frequency is also achieved if the measurement object only is in contact with the measuring device for a very short time.

Ein weiteres Ziel war, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem die geforderte hohe Genauigkeit mit einfachen Mitteln erreichbar ist und der Einsatz von Präzisionsbauteilen auf ein Minimum beschränkt werden kann.Another goal was to develop a method and an apparatus create where the required high accuracy with simple Funding is achievable and the use of precision components can be kept to a minimum.

solution

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und hinsicht lich der Vorrichtung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 gelöst.With regard to the procedure, this task is performed by the Features in the characterizing part of claim 1 and with respect Lich the device by the features in the characterizing part of claim 4 solved.

Im einzelnen besteht das Verfahren also aus einer Kombination der folgenden Maßnahmen:In detail, the process consists of a combination of the following measures:

a) Generation of a swept high-frequency signal in Frequency range of the resonances to be measured in itself known manner such that the frequency generated the Instantaneous values of a low-frequency scanning signal follows
b) supply of a measuring circuit with which the test object in Connected to the swept radio frequency signal.
c) generation of a pulse by the measuring circuit in itself known manner at the moment when the Current frequency of the high-frequency signal with the resonance frequency of the test object matches,
d) Storage of the current value of the low frequency Scanning signal at the moment the resonance occurs,
e) interrupting the wobble and replacing the low frequency Sampling signal by the one stored at the moment of resonance Instantaneous value of the scanning signal,
f) subsequent measurement of the (now constant) frequency of the generated high-frequency signal,
g) after measuring the frequency, return to sweep mode according to point a).

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.Further properties and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments.

Embodiments

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Abbildungen ist darge stellt:The invention is based on exemplary embodiments explained in more detail. In the accompanying pictures is Darge represents:

Fig. 1: Ein vereinfachtes Blockschema zur Veranschaulichung wesentlicher Grundelemente des Verfahrens und der Vorrichtung entsprechend der Erfindung, FIG. 1 shows a simplified block diagram for illustrating essential basic elements of the method and apparatus according to the invention,

Fig. 2 ein ausführlicheres Blockschema, das weitere Details zur technischen Gestaltung einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung wiedergibt, Fig. 2 is a more detailed block diagram of further details of the technical design of a device suitable for carrying out the method reproduces,

Fig. 3 ein Ausschnitt aus dem Blockschema von Fig. 2 mit einer modifizierten Umschalteinrichtung, Fig. 3 shows a detail of the block diagram of Fig. 2 with a modified switch means,

Fig. 4 ein Blockschema zu einem dritten Ausführungsbeispiel. Fig. 4 is a block diagram for a third embodiment.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 enthält einen Taktgenerator 10, der einen digitalen Zähler 12 steuert, um periodisch eine steigende oder fallende digitale Zahlenfolge zu erzeugen. Eine aktuell an den parallelen Ausgängen des Zählers 12 vorhandene Zahl kann jederzeit durch einen Steuerimpuls auf der Leitung 14 in dem digitalen Speicher 16 gespeichert werden. Die Ausgänge des Zählers 12 und des Speichers 16 stehen mit den Eingängen eines elektronischen Umschalters 18 in Verbindung, der mit einem Steuersignal auf der Leitung 20 betätigt wird. An den paralle len Ausgängen des Umschalters 18 (Datenleitung 22) erscheint also je nach Stellung des Umschalters entweder der aktuelle Zählerstand des Zählers 12 oder ein zu einem früheren Zeit punkt gehöriger Zählerstand, der in dem Speicher 16 gespeichert wurde. Von den Ausgängen des Umschalters 18 wird der Hochfre quenzgenerator 24 gesteuert. Die von diesem erzeugte Frequenz variiert entsprechend dem als digitale Eingangsinformation zugeführten Zahlenwert.The arrangement according to FIG. 1 contains a clock generator 10 which controls a digital counter 12 in order to periodically generate a rising or falling digital sequence of numbers. A number currently present on the parallel outputs of the counter 12 can be stored in the digital memory 16 at any time by a control pulse on the line 14 . The outputs of the counter 12 and the memory 16 are connected to the inputs of an electronic switch 18 , which is actuated with a control signal on the line 20 . At the parallel outputs of the selector switch 18 (data line 22 ), depending on the position of the selector switch, either the current meter reading of the meter 12 or a meter reading belonging to an earlier point in time was stored in the memory 16 . From the outputs of the switch 18 , the Hochfre frequency generator 24 is controlled. The frequency generated by this varies according to the numerical value supplied as digital input information.

Wenn der Umschalter 18 die Ausgänge des Zählers 12 mit den Steuerungseingängen des Hochfrequenzgenerators 24 verbindet, werden Hochfrequenzschwingungen erzeugt, deren Frequenz ent sprechend der Schrittfolge des Zählers so variert, daß der interessierende Frequenzbereich, in dem die Resonanzfrequenz des Meßobjekts liegt, in auf- und/oder absteigender Richtung periodisch überstrichen wird (Wobbelbetrieb). Das digitale Ausgangssignal des Zählers 12 stellt in diesem Zusammenhang das niederfrequente Abtastsignal dar, das einem niederfrequenten Analog-Abtastsignal von z. B. sägezahn- oder dreieckförmigem zeitlichem Verlauf gleichzusetzen ist. Die Schrittweite, mit der sich die Frequenz der Hochfrequenzschwingung verändert, muß nur genügend klein gewählt werden, d. h. kleiner als die geforderte Auflösung bei der Bestimmung der Resonanzfrequenzen, damit das erzeugte Hochfrequenzsignal einem Hochfrequenzsignal mit stetig varierender Frequenz gleichwertig ist.If the switch 18 connects the outputs of the counter 12 to the control inputs of the high-frequency generator 24 , high-frequency oscillations are generated, the frequency of which varies according to the step sequence of the counter so that the frequency range of interest, in which the resonance frequency of the measurement object lies, in and / or descending direction is swept periodically (wobble mode). In this context, the digital output signal of the counter 12 represents the low-frequency scanning signal which corresponds to a low-frequency analog scanning signal of e.g. B. sawtooth or triangular shape over time. The step size with which the frequency of the high-frequency oscillation changes must only be chosen to be sufficiently small, ie smaller than the required resolution when determining the resonance frequencies, so that the generated high-frequency signal is equivalent to a high-frequency signal with a continuously varying frequency.

Wenn der Umschalter 18 die Ausgänge des Speichers 16 mit den Steuerungseingängen des Hochfrequenzgenerators 24 verbindet, ist der Wobbelbetrieb unterbrochen. Der Hochfrequenzgenerator erzeugt stattdessen eine konstante Frequenz, die einen Zwi schenwert des beim Wobbeln überstrichenen Frequenzbereiches darstellt. Diese Frequenz kann mit Hilfe des an den Hochfre quenzgenerator angeschlossenen Frequenzmessers 26, der vorzugs weise als digitaler Frequenzzähler ausgebildet wird, sehr genau gemessen werden. Die erreichbare Auflösung, entsprechend dem kleinsten meßbaren Frequenzunterschied, hängt von der Länge der Torzeit (=Zähldauer) des Frequenzzählers ab, die Genauigkeit der Frequenzmessung von der Genauigkeit, mit der die Torzeit definiert ist. Es ist Stand der Technik, die Torzeit von einem zum Frequenzzähler gehörigen Quarzoszillator abzuleiten, womit z. B. eine Genauigkeit von 10 ppm ohne weiteres erreichbar ist.When the switch 18 connects the outputs of the memory 16 to the control inputs of the high-frequency generator 24 , the sweeping operation is interrupted. Instead, the high-frequency generator generates a constant frequency that represents an intermediate value of the frequency range swept during wobbling. This frequency can be measured very precisely with the aid of the frequency meter 26 connected to the high frequency generator, which is preferably designed as a digital frequency counter. The achievable resolution, corresponding to the smallest measurable frequency difference, depends on the length of the gate time (= counting time) of the frequency counter, the accuracy of the frequency measurement on the accuracy with which the gate time is defined. It is state of the art to derive the gate time from a quartz oscillator belonging to the frequency counter. B. an accuracy of 10 ppm is easily achievable.

Das vom Hochfrequenzgenerator 24 erzeugte Signal wird der Meßschaltung 28 zugeführt, an die das Meßobjekt 30 angeschlos sen ist. In der Meßschaltung werden die charakteristischen Impedanzänderungen des Meßobjekts, die beim Durchlaufen der Resonanzfrequenz auftreten, in dem Sinne ausgewertet, daß bei Resonanz ein Steuerimpuls ausgelöst wird, der über die Steue rungseinheit 29 und die Leitung 14 dem Speicher 16 zugeführt wird, um den aktuellen Stand des Zählers 12 in den Speicher zu übernehmen.The signal generated by the high-frequency generator 24 is fed to the measuring circuit 28 to which the measurement object 30 is connected. In the measuring circuit, the characteristic changes in impedance of the test object, which occur when passing through the resonance frequency, are evaluated in the sense that a resonance triggers a control pulse which is supplied to the memory 16 via the control unit 29 and the line 14 to the current state of the counter 12 in the memory.

Nach Auftreten einer Resonanz wird zur genauen Messung der Resonanzfrequenz über die Steuerungseinheit 29 der Umschalter 18 betätigt, so daß das vom Zähler 12 kommende niederfrequente digitale Abtastsignal durch den Speicherinhalt ersetzt wird, der den Augenblickswert des Abtastsignals zum Zeitpunkt der Resonanz repräsentiert. Dann wird der Frequenzmesser 26 akti viert und nach Ablauf der Torzeit die Resonanzfrequenz ange zeigt und/oder als Digitalwert zur weiteren Auswertung weiter geleitet. Anschließend wird der Umschalter 18 wieder in seine Normalstellung zurückgebracht, so daß sich das System wieder im Wobbelbetrieb befindet, um die nächste Resonanz zu suchen.After a resonance occurs, the switch 18 is actuated by the control unit 29 to measure the resonance frequency precisely, so that the low-frequency digital scanning signal coming from the counter 12 is replaced by the memory content which represents the instantaneous value of the scanning signal at the time of the resonance. Then the frequency meter 26 is activated and after the gate time the resonance frequency is indicated and / or passed on as a digital value for further evaluation. Then the switch 18 is returned to its normal position so that the system is again in sweep mode to look for the next resonance.

Die technische Realisierung der in Fig. 1 schematisch darge stellten Anordnung bietet für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der elektronischen Meßtechnik keine besonderen Schwie rigkeiten. Impulsgeneratoren, Zähler, Speicher und elektroni sche Umschalter (10, 12, 16, 18) werden in Form integrierter Halbleiterschaltkreise von vielen Herstellern angeboten. Ihre Anwendung ist in den entsprechenden Datenbüchern und Applika tionsschriften beschrieben. Für den Hochfrequenzgenerator 24 mit digitaler Steuerung der Frequenz sind ebenfalls vorgefer tigte Schaltkreise, sogenannte Synthesizer, von verschiedenen Herstellern zusammen mit entsprechender Applikationsliteratur verfügbar, so daß eine genauere Beschreibung überflüssig erscheint. Entsprechendes gilt auch für den digitalen Frequenz zähler. Die Meßschaltung 28 kann beispielsweise aus einer zwischen der Hochfrequenz-Speiseleitung und dem Anschluß für das Meßobjekt eingefügten Impedanz, einem Hochfrequenzgleich richter (AM-Demodulator) für die am Anschluß des Meßobjekts auftretende Spannung und einem nachgeschalteten Peak-Detektor bestehen. Peak-Detektoren, mit denen die Lage des Maximums eines Spannungsverlaufes ermittelt werden kann, sind in zahl reichen Veröffentlichungen, z. B. in dem Buch J.G.Graeme, Designing with Operational Amplifiers, McGraw-Hill Book Compa ny, beschrieben. Die oben beschriebenen Schaltvorgänge zur Betätigung des Umschalters 18 und zur Aktivierung des Frequenz zählers 24 sowie zur Rückschaltung in den Wobbelbetrieb nach beendeter Frequenzmessung sind mittels einfacher Schaltungen, wie Flipflops und Monoflops, die in der Steuerungseinheit 29 vereinigt sind, ebenfalls leicht zu realisieren, so daß eine detailliertere Beschreibung überflüssig erscheint.The technical implementation of the arrangement shown schematically in FIG. 1 does not present any particular difficulties for the person skilled in the art in the field of electronic measurement technology. Pulse generators, counters, memories and electronic switches ( 10 , 12 , 16 , 18 ) are offered by many manufacturers in the form of integrated semiconductor circuits. Their application is described in the corresponding data books and application notes. For the high-frequency generator 24 with digital control of the frequency also prefabricated circuits, so-called synthesizers, are available from various manufacturers together with the corresponding application literature, so that a more precise description appears to be superfluous. The same applies to the digital frequency counter. The measuring circuit 28 can, for example, consist of an impedance inserted between the high-frequency feed line and the connection for the measurement object, a high-frequency rectifier (AM demodulator) for the voltage occurring at the connection of the measurement object and a downstream peak detector. Peak detectors, with which the position of the maximum of a voltage curve can be determined, are available in numerous publications, e.g. B. in the book JG Graeme, Designing with Operational Amplifiers, McGraw-Hill Book Compa ny described. The switching operations described above for actuating the switch 18 and for activating the frequency counter 24 and for switching back to the wobble mode after the frequency measurement has ended are also easy to implement by means of simple circuits, such as flip-flops and monoflops, which are combined in the control unit 29 , so that a more detailed description seems superfluous.

Das in Fig. 2 angegebene Blockschena zeigt weitere Einzelheiten eines anderen Ausführungsbeispiels, bei dem zwar das gleiche Funktionsprinzip angewandt wird, bei dem zur Realisierung, insbesondere des Hochfrequenzgenerators, jedoch andere Mittel angewandt werden, wobei die Vorteile des Verfahrens gegenüber dem bisherigen Stand der Technik noch deutlicher erkennbar sind.The block diagram shown in FIG. 2 shows further details of another exemplary embodiment, in which the same functional principle is used, in which, however, other means are used for the realization, in particular of the high-frequency generator, the advantages of the method compared to the prior art yet are more clearly recognizable.

Die Funktionen des Taktgenerators 10, des Zählers 12, des Speichers 16 und des Umschalters 18 stimmen im wesentlichen mit denen des Beispiels von Fig. 1 überein. Der Zähler ist ein 12-Bit-Binärzähler. Die beim Zählen der Taktimpulse an den 12 parallelen Ausgangsleitungen des Zählers auftretenden Signale entsprechen somit der Zahlenfolge 0 . . . 4095, wie es in dem zugeordneten Schaubild dargestellt ist. Diese periodisch durchlaufene Zahlenfolge tritt bei der angedeuteten Stellung des Umschalters 18 auch am Ausgang des Umschalters 18 auf und repräsentiert ein niederfrequentes digitales Abtastsignal, mit dem die vom Hochfrequenzgenerator erzeugte Hochfrequenzschwin gung gewobbelt (frequenzmoduliert) wird. Das niederfrequente digitale Abtastsignal wird über die Datenleitung 22 dem Funkti onsblock 24 zugeführt, der dem Hochfrequenzgenerator 24 in Fig. 1 äquivalent ist.The functions of the clock generator 10 , the counter 12 , the memory 16 and the switch 18 essentially correspond to those of the example in FIG. 1. The counter is a 12-bit binary counter. The signals occurring when counting the clock pulses on the 12 parallel output lines of the counter thus correspond to the number sequence 0. . . 4095, as shown in the associated diagram. This periodic sequence of numbers occurs at the indicated position of the switch 18 also at the output of the switch 18 and represents a low-frequency digital scanning signal with which the high-frequency generator generated high-frequency oscillation is swept (frequency-modulated). The low-frequency digital scanning signal is supplied via the data line 22 to the function block 24 , which is equivalent to the high-frequency generator 24 in FIG. 1.

Bei einer typischen Anwendung des Meßverfahrens, der Messung der Resonanzfrequenzen von Quarzscheiben während des Läppens, beträgt die Verweilzeit der Quarzscheiben unter der Meßelektro de typischerweise 5-10 Millisekunden. Dementsprechend sollte die Periodendauer des Abtastsignals, d.h die Zeit, in der der gesamte interessierende Frequenzbereich durchlaufen wird, ebenfalls in dieser Größenordnung liegen und z. B. etwa 4 ms betragen. Bei 4096 Abtastschritten entspricht dies einer Taktfrequenz des Taktgenerators 10 von ca. 1 MHz, aus der sich eine Abtastfrequenz (Sweepfrequenz) von 1MHz/4096 oder rund 250 Hz ergibt.In a typical application of the measuring method, the measurement of the resonance frequencies of quartz disks during lapping, the dwell time of the quartz disks under the measuring electrode is typically 5-10 milliseconds. Accordingly, the period of the scanning signal, ie the time in which the entire frequency range of interest is run through, should also be of this order and z. B. be about 4 ms. With 4096 sampling steps, this corresponds to a clock frequency of the clock generator 10 of approximately 1 MHz, from which a sampling frequency (sweep frequency) of 1 MHz / 4096 or approximately 250 Hz results.

Der Funktionsblock 24 enthält den Hochfrequenzoszillator 32, ein Einstellnetzwerk 34 für Mittenfrequenz und Wobbelhub, d. h. für die Lage und Breite des beim Wobbeln abgetasteten Hochfre quenzbereiches, sowie einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 36. Der DAC 36 setzt das über die Leitung 24 zugeführte digitale Abtastsignal in analoge Spannungswerte um, die, wie gezeigt, ein analoges niederfrequentes Abtastsignal von etwa sägezahn förmigem zeitlichem Verlauf ergeben. Im Einstellnetzwerk 34 wird ein am Potentiometer 38 einstellbarer Teil des DAC- Ausgangssignals mit einer am Potentiometer 40 einstellbaren Gleichspannung überlagert. Die resultierende Spannung UC wird einer Kapazitätsdiode 42 zugeführt, die Bestandteil des fre quenzbestimmenden Schwingkreises in der Oszillatorschaltung 32 ist. Die Kapazität der Kapazitätsdiode 42 ist von der anliegen den Spannung abhängig, so daß die erzeugte Frequenz f eine Funktion der Spannung UC ist, wie in dem Schaubild angedeutet. Eine solche Anordnung wird auch als spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) bezeichnet. Die Einstellung der beiden Poten tiometer bestimmt, welcher Abschnitt der Funktion f(UC) beim Wobbeln überstrichen wird. Die zweckmäßige Einstellung richtet sich nach den zu messenden Resonanzfrequenzen und danach, wie genau diese bereits bekannt sind.The function block 24 contains the high-frequency oscillator 32 , a setting network 34 for the center frequency and wobble stroke, ie for the position and width of the high-frequency range scanned during wobbling, and a digital-to-analog converter (DAC) 36 . The DAC 36 converts the digital scanning signal supplied via the line 24 into analog voltage values which, as shown, produce an analog low-frequency scanning signal with an approximately sawtooth-shaped course over time. In the setting network 34 , a part of the DAC output signal that can be set on the potentiometer 38 is superimposed with a direct voltage that can be set on the potentiometer 40 . The resulting voltage UC is fed to a capacitance diode 42 , which is part of the frequency-determining resonant circuit in the oscillator circuit 32 . The capacitance of the capacitance diode 42 is dependent on the applied voltage, so that the frequency f generated is a function of the voltage UC, as indicated in the diagram. Such an arrangement is also referred to as a voltage controlled oscillator (VCO). The setting of the two potentiometers determines which section of the function f (UC) is swept when sweeping. The appropriate setting depends on the resonance frequencies to be measured and how exactly they are already known.

Die Funktion f(UC), die Abstimmcharakteristik des Hoch frequenzoszillators, kann erheblich nichtlinear sein und darüber hinaus eine Temperaturdrift aufweisen. Ebenso kann auch die Kennlinie des Digital-Analog-Umsetzers 36 nichtlinear und temperaturabhängig sein, wie in dem zugehörigen Schaubild angedeutet. Diese Nichtlinearitäten und Temperaturdriften würden normalerweise eine genaue Bestimmung der Resonanzfre quenz sehr problematisch erscheinen lassen. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung liegt aber gerade darin, daß diese Unzulänglichkeiten keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben. Dadurch, daß nach jedem Abtastvorgang, bei dem eine Resonanz auftritt, das Ausmessen der Resonanzfrequenz an der gleichen Stelle der Kennlinien erfolgt, an der auch die Resonanz festgestellt wurde, hat die Nichtlinearität keinen Einfluß auf das Meßergebnis. Da die Messung innerhalb weniger Millisekunden nach Auftreten der Resonanz erfolgt, bleibt auch der Einfluß von temperaturbedingten Veränderungen der Kennli nien vernachlässigbar gering, da diese vergleichsweise nur äußerst langsam vor sich gehen.The function f (UC), the tuning characteristic of the high frequency oscillator, can be considerably non-linear and can also have a temperature drift. Likewise, the characteristic curve of the digital-to-analog converter 36 can also be non-linear and temperature-dependent, as indicated in the associated diagram. These non-linearities and temperature drifts would normally make an exact determination of the resonance frequency seem very problematic. A major advantage of the method according to the invention lies in the fact that these shortcomings have no influence on the measurement result. Because the resonance frequency is measured at the same point on the characteristic curve at which the resonance was determined after each scanning operation in which resonance occurs, the non-linearity has no influence on the measurement result. Since the measurement takes place within a few milliseconds after the occurrence of the resonance, the influence of temperature-related changes in the characteristics remains negligibly small, since these are comparatively slow.

Mit Ausnahme des Frequenzmessers 26 erfordert die nach dem Verfahren entsprechend der Erfindung arbeitende Vorrichtung also keine Bauteile von besonderer Präzision. Sämtliche Ge nauigkeitsprobleme sind gewissermaßen auf den Frequenzmesser verlagert. Eine hohe Genauigkeit des Frequenzmessers ist jedoch nach dem Stand der Technik sehr leicht dadurch zu erreichen, daß er als digitaler Frequenzzähler mit quarzgesteuerter Torzeit ausgebildet wird. With the exception of the frequency meter 26 , the device operating according to the method according to the invention therefore does not require any components of particular precision. All Ge accuracy problems are to a certain extent shifted to the frequency meter. A high accuracy of the frequency meter is, however, very easy to achieve according to the prior art in that it is designed as a digital frequency counter with a quartz-controlled gate time.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung liegt darin, daß ohne besonderen Aufwand eine hohe Auflösung bei der Messung der Resonanzfrequenzen erreichbar ist. Bei einer typischen Anwendung des Meßverfahrens, der Ermittlung von Resonanzfrequenzen von Schwingquarzen während des Läppvorgan ges, ist die Verweilzeit einer Quarzscheibe unter der Meßelek trode, wie erwähnt, nur sehr kurz (5-10 ms), danach tritt jedoch eine relativ lange Pause ein, bis die nächste Quarz scheibe unter die Meßelektrode gelangt. Die gleiche Situation liegt auch bei den meisten anderen Anwendungen vor, da die Meßobjekte der Meßapparatur normalerweise nacheinander mecha nisch zugeführt werden.Another advantage of the method according to the invention lies in that a high resolution in the Measurement of the resonance frequencies is achievable. At a typical application of the measuring method, the determination of Resonance frequencies of quartz crystals during the lapping process is the dwell time of a quartz disk under the measuring electrode trode, as mentioned, only very briefly (5-10 ms), then occurs however, take a relatively long break until the next quartz disc gets under the measuring electrode. The same situation is also available in most other applications because the Objects of the measuring apparatus normally mecha one after the other niche are fed.

Das Verfahren entsprechend der Erfindung bietet die Möglich keit, diese Pausenzeiten zu nutzen. Dies geschieht, indem der Frequenzmesser 26 mit einer relativ langen Torzeit betrieben wird, die eine entsprechend hohe Auflösung erlaubt. Beispiels weise ergibt eine Torzeit von 20 ms eine Auflösung der Reso nanzfrequenzanzeige auf 50 Hz, was für Anwendungen dieser Art einen sehr guten Wert darstellt. Bei einer Periodendauer des Abtastsignals von 4 ms und einer Torzeit von 20 ms muß der beschriebene Meßablauf nicht länger als 24 ms dauern, so daß pro Sekunde 40 Messungen durchgeführt werden können.The method according to the invention offers the possibility of using these pause times. This is done by operating the frequency meter 26 with a relatively long gate time, which allows a correspondingly high resolution. For example, a gate time of 20 ms results in a resolution of the resonance frequency display to 50 Hz, which is a very good value for applications of this type. With a period of the scanning signal of 4 ms and a gate time of 20 ms, the measuring procedure described does not have to last longer than 24 ms, so that 40 measurements can be carried out per second.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 kann unter Beibehaltung des beschrie benen Funktionsprinzips in verschiedener Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann auf den Umschalter 18 verzichtet werden, wenn man für den Zähler 12 integrierte Schaltkreise benutzt, die mit sogenannten Preset-Eingängen ausgestattet sind. Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 skizziert. Bei Auftre ten des vom Resonanzsignal abgeleiteten Steuerimpulses auf der Leitung 14 wird der aktuelle, zur Resonanzfrequenz gehörige Zählerstand in dem Speicher 16 gespeichert. Danach, vorzugswei se am Ende der aktuellen Abtastperiode, wird durch das Um schaltsignal auf der Leitung 20 der Preset-Enable-Eingang des Zählers aktiviert, so daß die an den Preset-Eingängen des Zählers liegenden Daten aus dem Speicher 16 in den Zähler übertragen werden und an dessen Ausgängen auf der Leitung 22 anstehen, solange der Preset-Eingang aktiviert ist.The arrangement according to FIG. 2 can be modified in various ways while maintaining the described functional principle. For example, the switch 18 can be dispensed with if integrated circuits are used for the counter 12 , which are equipped with so-called preset inputs. Such an arrangement is outlined in FIG. 3. When the control pulse derived from the resonance signal occurs on line 14 , the current counter reading associated with the resonance frequency is stored in memory 16 . Then, preferably at the end of the current sampling period, the preset enable input of the counter is activated by the switch signal on line 20 , so that the data at the preset inputs of the counter are transferred from the memory 16 into the counter and are present at its outputs on line 22 as long as the preset input is activated.

Eine noch weitergehende Vereinfachung ist möglich, wenn der Zähler selbst als Speicher genutzt wird, indem nan ihn bei Auftreten des vom Resonanzsignals abgeleiteten Steuerimpulses einfach anhält und so lange in dieser Stellung beläßt, bis die Frequenzmessung (entsprechend der Torzeit der Frequenzzählers) beendet ist, um dann den Wobbelbetrieb fortzusetzen. Speiche rung des aktuellen Wertes, Unterbrechung des Wobbelbetriebes und Ersetzen des Abtastsignals durch den gespeicherten Wert bilden in diesem speziellen Fall einen identischen Schritt im Funktionsablauf. Allerdings bedeutet dies zugleich, daß der Zeitpunkt, in dem die Umschaltung zum Ersatz des Abtastsignals durch den für den Augenblick der Resonanz geltenden Wert nicht mehr frei wählbar ist. Im allgemeinen ist es zweckmäßiger, diese Umschaltung erst am Ende der laufenden Abtastperiode vorzunehmen, d. h. nach Durchlaufen des gesamten abzutastenden Frequenzbereiches. Der Grund hierfür liegt darin, daß evtl. mehrere Resonanzstellen (Haupt- und Nebenresonanzen) vorhanden sind, und daß von diesen normalerweise nur eine, d. h. diejenige mit der größten Resonanzamplitude, ausgewertet werden soll.A further simplification is possible if the Counter itself is used as memory by nan him Occurrence of the control pulse derived from the resonance signal just stop and leave it in this position until the Frequency measurement (corresponding to the gate time of the frequency counter) is finished, in order to continue the sweep operation. Spoke current value, interruption of sweep operation and replacing the strobe signal with the stored value form an identical step in the special case Functional flow. However, this also means that the Time at which the switch to replace the scanning signal not by the value valid for the moment of resonance is more freely selectable. In general, it is more convenient this switchover only at the end of the current sampling period make, d. H. after going through the whole to be scanned Frequency range. The reason for this is that several resonance points (main and secondary resonances) available and that usually only one of them, i.e. H. the one with the largest resonance amplitude.

Diese Selektion der Resonanzstelle mit der größten Resonanzam plitude leistet ein Peak-Detektor automatisch dann, wenn sich die Auswertung auf den gesamten abzutastenden Frequenzbereich erstreckt.This selection of the resonance point with the greatest resonance plitude a peak detector automatically performs when there is the evaluation of the entire frequency range to be scanned extends.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem statt des digitalen Abtastsignals unmittelbar von einem Analog-Abtastsignal ausge gangen wird, ist in Fig. 4 gezeigt. Das niederfrequente Abtast signal von z. B. dreieck- oder sägezahnförmigem Verlauf mit einstellbarer Amplitude und einstellbarem überlagertem Gleich spannungsanteil wird von dem Generator 44 erzeugt. Zur Speiche rung des momentanen Spannungswertes beim Auftreten einer Resonanz dient der Analogwert-Speicher 16 in Form einer Sample and-Hold-Schaltung. Über den Analogschalter 18 gelangt entweder das Abtastsignal oder der bei einer Resonanz gespeicherte Zwischenwert zu der Kapazitätsdiode im frequenzbestimmenden Schwingkreis des Hochfrequenzgenerators 24. Die übrigen Be standteile und Funktionen dieser Anordnung entsprechen denen von Fig. 1 und Fig. 2.A further exemplary embodiment in which an analog scanning signal is used instead of the digital scanning signal is shown in FIG. 4. The low-frequency scanning signal from z. B. triangular or sawtooth-shaped course with adjustable amplitude and adjustable superimposed DC voltage component is generated by the generator 44 . The analog value memory 16 in the form of a sample and hold circuit serves to store the instantaneous voltage value when a resonance occurs. Via the analog switch 18 either the scanning signal or the intermediate value stored in the event of a resonance reaches the capacitance diode in the frequency-determining resonant circuit of the high-frequency generator 24 . The remaining Be constituents and features of this arrangement correspond to those of FIG. 1 and FIG. 2.

Die Meßschaltung 28 enthält bei diesem Beispiel einen Phasende tektor 46 zur Auswertung der Phasendifferenz zwischen der am Meßobjekt liegenden Spannung und dem durch das Meßobjekt fließenden Strom. Die beim Durchlaufen der Resonanzfrequenz auftretende Phasenänderung ist sehr charakteristisch, so daß eine solche Anordnung für eine genaue Bestimmung der Resonanz frequenz besonders geeignet ist.In this example, the measuring circuit 28 contains a phase detector 46 for evaluating the phase difference between the voltage on the test object and the current flowing through the test object. The phase change occurring when passing through the resonance frequency is very characteristic, so that such an arrangement is particularly suitable for an accurate determination of the resonance frequency.

Die Anordnung gemäß Fig. 4 mit rein analoger (nicht-digitaler) Erzeugung, Weiterleitung und Speicherung des Abtastsignals hat den Vorteil besonderer Einfachheit. Ein weiterer Vorteil, besonders bei großem Wobbelhub, besteht darin, daß die Abta stung des interessierenden Frequenzbereiches stufenlos erfolgt.The arrangement according to FIG. 4 with purely analog (non-digital) generation, forwarding and storage of the scanning signal has the advantage of particular simplicity. Another advantage, especially with a large sweep stroke, is that the scanning of the frequency range of interest takes place continuously.

Bei den Anordnungen mit digitalem Abtastsignal gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ist die Auflösung dagegen davon abhängig, wieviel Bit das digitale Abtastsignal aufweist.In the arrangements with digital sample signal of FIG. 1 and FIG. 2 is the resolution, however, depend on how many bits having the digital scanning signal.

Claims

1. A method for measuring resonance frequencies on piezoelectric components, in which the frequency range in which the resonance frequencies lie is scanned with a high-frequency sweep generator controlled by a low-frequency scanning signal and generates a pulse marking the time of the resonance on the basis of the signal changes characteristic of the resonance is characterized in that by means of the pulse the instantaneous value of the low-frequency scanning signal valid for the time of the resonance is stored, the sweep operation is interrupted and the low-frequency scanning signal is replaced by the stored value and the now constant frequency of the high-frequency sweep generator is measured with a frequency meter .

2. The method according to claim 1, characterized in that the Replace the scanning signal with the stored value in each case at the end of a sampling period in which there is a resonance occured.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that to determine the resonance the phase shift between the voltage present on the test object and the through the measuring object flowing current is evaluated.

4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 with means ( 10 , 12 ; 44 ) for generating a periodic digital or analog scanning signal of low frequency, a high-frequency sweep generator ( 24 ) controlled by this scanning signal, the frequency of which corresponds to the time course of the scan Signals periodically sweeps the frequency range to be examined, a measuring circuit ( 28 ) fed by the high-frequency wobble generator and connected to the test object for generating a pulse at the moment of resonance by evaluating the characteristic signal changes occurring when a resonance frequency is reached, characterized by one of the Measuring circuit-controlled device ( 16 ) for storing the instantaneous value for the resonance of the low-frequency scanning signal, a device ( 18 ) for temporarily replacing the low-frequency scanning signal with the stored value and a frequency measurement Sser ( 26 ) in the form of a digital counter for counting the oscillation periods generated by the high-frequency wobble generator in the time in which the periodic scanning signal is replaced by the stored value.