RU2493543C2 - Method for measurement of hydroacoustic piezoelectric converter parametres and device for its realisation - Google Patents
Method for measurement of hydroacoustic piezoelectric converter parametres and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2493543C2 RU2493543C2 RU2011153639/28A RU2011153639A RU2493543C2 RU 2493543 C2 RU2493543 C2 RU 2493543C2 RU 2011153639/28 A RU2011153639/28 A RU 2011153639/28A RU 2011153639 A RU2011153639 A RU 2011153639A RU 2493543 C2 RU2493543 C2 RU 2493543C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric transducer
- digital
- signal
- frequencies
- analog
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров гидроакустических пьезоэлектрических преобразователей, входящих в состав гидролокаторов, систем гидроакустической связи, телеметрии, комплексов гидроакустического телеуправления, при их настройке и регулировке. Основу пьезоэлектрического преобразователя составляет пьзоэлемент, жестко связаный с герметичным металлическим корпусом. Пьзоэлемент выполняется либо в виде единого монолитного блока необходимого размера [Л1, рис 6., 3a], либо в виде наборного пакета из более мелких пьезоэлементов [Л1, рис 6.1, 6.2]. Гидроакустический пьезоэлектрический преобразователь может работать в двух режимах:The invention relates to measuring technique and can be used to determine the parameters of sonar piezoelectric transducers that are part of sonars, sonar communication systems, telemetry, sonar remote control systems, when they are configured and adjusted. The basis of the piezoelectric transducer is a piezoelectric element, rigidly connected to a sealed metal casing. The piezoelectric element is either in the form of a single monolithic block of the required size [Л1, Fig. 6., 3a], or in the form of a stacked package of smaller piezoelectric elements [Л1, Fig. 6.1, 6.2]. The hydro-acoustic piezoelectric transducer can operate in two modes:
- режим приема гидроакустических сигналов, когда внешняя гидроакустическая волна создает в корпусе преобразователя, помещенном в воду, и, соответственно, в пьезоэлементе волны упругих деформаций, вследствие чего на электрических выводах пьезоэлемента будет генерироваться электрическое напряжение, воспроизводящее внешний акустический сигнал;- the mode of receiving hydroacoustic signals when an external hydroacoustic wave creates in the transducer housing placed in water, and, accordingly, in the piezoelectric element waves of elastic strains, as a result of which an electrical voltage will be generated at the electrical terminals of the piezoelectric element that reproduces the external acoustic signal;
- режим излучения гидроакустических сигналов, когда электрический сигнал, подведенный к выводам пьезоэлемента, создает в нем упругие деформации. Эти деформации заставляют вибрировать корпус преобразователя, который будучи помещенным в воду, будет являться источником гидроакустической волны.- the mode of emission of hydroacoustic signals when an electrical signal, brought to the conclusions of the piezoelectric element, creates elastic deformations in it. These deformations cause the transducer housing to vibrate, which, when placed in water, will be the source of the hydroacoustic wave.
Оптимальное использование пьезопреобразователя требует его согласования с сопрягаемыми электронными устройствами. Для этого необходимо знать его основные эксплуатационные параметры, к которым относятся: значения резонансных частот и значения импеданса на резонансных частотах. Рассмотрим эти параметры, используя эквивалентную электрическую схему пьезоэлемента, приведенную на фиг.1, где обозначено:The optimal use of the piezoelectric transducer requires its coordination with paired electronic devices. To do this, you need to know its main operational parameters, which include: the values of the resonant frequencies and the impedance values at the resonant frequencies. Consider these parameters using the equivalent piezoelectric circuit shown in figure 1, where indicated:
C0 - статическая емкость между электродами пьезоэлемента;C 0 is the static capacitance between the electrodes of the piezoelectric element;
L1, C1 - динамические параметры, характеризующие тип электромеханических колебаний пьезоэлемента;L 1 , C 1 - dynamic parameters characterizing the type of electromechanical oscillations of the piezoelectric element;
R1 - сопротивление потерь в материале пьезоэлемента.R1 is the loss resistance in the piezoelectric material.
Резонанс в такой схеме возможен на двух частотах последовательный резонанс на частоте fp=2π/(L1Ci)12, когда импеданс схемы, как двухполюсника, чисто активный и имеет минимум, равный в первом приближении R1; параллельный резонанс на частоте fa=2π/(L1C1C0/C1+C0)1/2, когда импеданс схемы также активный, но имеет максимум, равный QR1, где Q - добротность параллельного контура. Частоты fp и fa называют частотами резонанса и антирезонанса, соответственно [Л2, с.58]. На графике фиг.2 приведена зависимость импеданса Z эквивалентной схемы от частоты в виде сплошной линии. Резонансные частоты пьезопреобразователя в целом ниже резонансных частот используемого пьезоэлемента за счет инерции вибрирующего корпуса, зависящей от его массы, и выражается дополнительной последовательной индуктивностью LK в правой ветви эквивалентной электрической схемы, а потери механической энергии в корпусе и других деталях конструкции - дополнительным активным сопротивлением RK - там же. По устоявшейся терминологии частоту f1 последовательного резонанса пьезопреобразователя называют частотой механического резонанса, а частоту f1 параллельного резонанса - частотой электромеханического резонанса. Зависимость импеданса пьезопреобразователя от частоты изображена на фиг.2. пунктирной линией. Оптимальным режимом пьезопреобразователя, работающего на излучение, является равенство частоты подводимого электрического сигнала частоте механического резонанса преобразователя, когда нагрузка усилителя мощности, питающего пьезопреобразователь, будет чисто активной и минимальной величины. В этом случае легко выполняется согласование выходного сопротивления усилителя мощности сигнала с входным импедансом пьезопреобразователя, заданная мощность излучения обеспечивается при минимальном напряжении сигнала с выхода усилителя, а в цепи, соединяющей гидрофон с усилителем, будет отсутствовать циркулирующая реактивная мощность, что минимизирует потери энергии. Частота излучения, как правило, бывает заданной и пьезопреобразователь конструктивно разрабатывается так, чтобы частота его механического резонанса была близкой заданной частоте излучения. Предварительная настройка на частоту механического резонанса достигается выбором размеров пьезоэлемента и марки пьезокерамики, конструкцией и размерами корпуса. Точная настройка осуществляется установкой дополнительных, предусмотренных конструкцией, накладок разной массы на пьезоэлементы (это эквивалентно изменению индуктивности эквивалентной схемы) с контролем полученного результата. Кроме того, необходимо знать численное значение импеданса пьезопреобразователя при механическом резонансе, чтобы определить требуемое значение сигнала с усилителя для заданной излучаемой мощности.A resonance in such a circuit is possible at two frequencies, a series resonance at a frequency f p = 2π / (L 1 C i ) 12 , when the impedance of the circuit as a two-terminal is purely active and has a minimum equal to a first approximation R1; parallel resonance at a frequency f a = 2π / (L 1 C 1 C 0 / C 1 + C 0 ) 1/2 , when the circuit impedance is also active, but has a maximum equal to QR1, where Q is the quality factor of the parallel circuit. The frequencies f p and f a are called the resonance and antiresonance frequencies, respectively [L2, p. 58]. The graph of figure 2 shows the dependence of the impedance Z of the equivalent circuit on the frequency in the form of a solid line. The resonant frequencies of the piezoelectric transducer are generally lower than the resonant frequencies of the used piezoelectric element due to the inertia of the vibrating housing, which depends on its mass, and is expressed by the additional series inductance L K in the right branch of the equivalent electrical circuit, and the loss of mechanical energy in the housing and other structural details by the additional active resistance R K is in the same place. According to established terminology, the frequency f 1 of the serial resonance of the piezoelectric transducer is called the frequency of the mechanical resonance, and the frequency f 1 of the parallel resonance is called the frequency of the electromechanical resonance. The dependence of the impedance of the piezoelectric transducer on the frequency shown in figure 2. dashed line. The optimal mode of the piezoelectric transducer operating on radiation is the equality of the frequency of the input electrical signal to the frequency of the mechanical resonance of the transducer when the load of the power amplifier supplying the piezoelectric transducer is purely active and minimal. In this case, the output impedance of the signal power amplifier is easily matched with the input impedance of the piezoelectric transducer, the given radiation power is provided at the minimum signal voltage from the amplifier output, and there will be no circulating reactive power in the circuit connecting the hydrophone to the amplifier, which minimizes energy loss. The radiation frequency, as a rule, is given and the piezoelectric transducer is structurally designed so that the frequency of its mechanical resonance is close to the given radiation frequency. Pre-tuning to the frequency of mechanical resonance is achieved by choosing the dimensions of the piezoelectric element and brand of piezoceramics, the design and dimensions of the housing. Fine tuning is carried out by installing additional, provided by the design, pads of different masses on the piezoelectric elements (this is equivalent to changing the inductance of the equivalent circuit) with control of the result. In addition, it is necessary to know the numerical value of the impedance of the piezoelectric transducer during mechanical resonance in order to determine the desired value of the signal from the amplifier for a given radiated power.
При работе на прием с целью обеспечения режима максимальной чувствительности как отношения электрического напряжения на выводах пьезопреобразователя к создавшему его акустическому давлению, импеданс должен быть большим.When working for reception in order to ensure maximum sensitivity as a ratio of the voltage at the terminals of the piezoelectric transducer to the acoustic pressure that created it, the impedance should be large.
Оптимальным в данном случае является состояние электромеханического резонанса (см. фиг.2), когда частота входного сигнала равна частоте антирезонанса. Значение импеданса пьезопреобразователя в режиме электромеханического резонанса определяет технические требования к параметрам входных каскадов приемного устройства.Optimal in this case is the state of electromechanical resonance (see figure 2), when the frequency of the input signal is equal to the frequency of antiresonance. The value of the impedance of the piezoelectric transducer in the mode of electromechanical resonance determines the technical requirements for the parameters of the input stages of the receiving device.
Таким образом, основные эксплуатационные параметры пьезопреобразователя, требующие контроля на стадиях его изготовления и периодической поверки, это частоты механического и электромеханического резонансов и импеданс на этих частотах.Thus, the main operational parameters of the piezoelectric transducer, requiring control at the stages of its manufacture and periodic verification, are the frequencies of mechanical and electromechanical resonances and the impedance at these frequencies.
Известно устройство для контроля параметров пьезопреобразователя по заявке на изобретение RU№2000119380, в котором через пьезопреобразователь пропускают тестовый сигнал и измеряют параметры отклика пьезопреобразователя на подаваемый тестовый сигнал.A device is known for monitoring the parameters of the piezoelectric transducer according to the application for invention RU№2000119380, in which a test signal is passed through the piezoelectric transducer and the response parameters of the piezoelectric transducer to the supplied test signal are measured.
Ближайшим аналогом предлагаемого способа измерения параметров пьезоэлектрического преобразователя и устройства для его осуществления может служить установка для измерения резонансных и антирезонансных частот пьезокерамических элементов [Л2, с.27], структурная схема которой приведена на фиг.3.The closest analogue of the proposed method for measuring the parameters of the piezoelectric transducer and device for its implementation can serve as a setup for measuring the resonant and antiresonant frequencies of piezoelectric elements [L2, p.27], the structural diagram of which is shown in Fig.3.
Данная установка работает следующим образом: при измерении резонансной частоты на испытуемый пьезоэлемент с генератора G подается синусоидальный сигнал заданной амплитуды и с частотой, соответствующей области вероятного нахождения резонансных частот пьезоэлемента. Напряжение контролируют вольтметром PV1, а частоту - частотомером PVE. К контактам стенда PI XS8, XS9 подсоединяют нагрузочный резистор Rн, с сопротивлением порядка нескольких сотен Ом.This setup works as follows: when measuring the resonant frequency, a sinusoidal signal of a given amplitude and frequency corresponding to the region of the probable finding of the resonant frequencies of the piezoelectric element is supplied to the test piezoelectric element from generator G. The voltage is controlled by a PV1 voltmeter, and the frequency is controlled by a PVE frequency meter. A load resistor Rн, with a resistance of the order of several hundred ohms, is connected to the contacts of the PI XS8, XS9 stand.
Напряжение на Rн контролируют вольтметром PV2. Один вход фазометра Р2 подсоединяют к нагрузочному резистору, а второй к выводу пьезоэлемента, соединенному с генератором. Плавно изменяя частоту генератора G, добиваются максимального отклонения стрелки вольтметра PV2 и нуля фазы по показаниям фазометра Р2. Нулю фазы будет соответствовать резонансная частота пьезоэлемента, которую измеряют частотомером PVE. По показаниям вольтметров PV1 и PV2 и известному значению Rн рассчитывается значение импеданса пьезоэлемента на резонансной частоте. При измерении антирезонансной частоты к контактам стенда XS8, XS9 подсоединяют нагрузочный резистор Rн с сопротивлением порядка нескольких десятков кОм.The voltage at Rn is controlled by a PV2 voltmeter. One input of the phasometer P2 is connected to a load resistor, and the second to the output of the piezoelectric element connected to the generator. By smoothly changing the frequency of the generator G, the maximum deviation of the arrow of the voltmeter PV2 and phase zero according to the readings of the phasemeter P2 are achieved. The phase resonance frequency of the piezoelectric element, which is measured by the PVE frequency meter, will correspond to phase zero. According to the voltmeters PV1 and PV2 and the known value of Rн, the impedance value of the piezoelectric element at the resonant frequency is calculated. When measuring the antiresonant frequency, a load resistor Rн with a resistance of the order of several tens of ohms is connected to the contacts of the XS8, XS9 stand.
Плавно изменяя частоту генератора G, добиваются минимального отклонения стрелки вольтметра PV2 и нуля фазы по показаниям фазометра Р2. Нулю фазы будет соответствовать антирезонансная частота пьезоэлемента fa, которую измеряют частотомером PVE. По показаниям вольтметров PV1 и PV2 и известному значению Rн рассчитывается значение импеданса пьезоэлемента на антирезонансной частоте.By smoothly changing the frequency of the generator G, a minimum deviation of the arrow of the voltmeter PV2 and phase zero according to the readings of the phasemeter P2 are achieved. Zero phase will correspond to the antiresonant frequency of the piezoelectric element f a , which is measured by the PVE frequency meter. According to the voltmeters PV1 and PV2 and the known value of Rн, the impedance value of the piezoelectric element at the antiresonant frequency is calculated.
Недостатком такого способа измерения параметров пьезоэлемента является ручной метод измерения и связанная с ним большая трудоемкость, что увеличивает вероятность субъективных ошибок при снятии показаний измерительных приборов и их обработке, соответственно, устройство для реализации такого способа, требует наличия большого числа измерительных приборов разных типов.The disadvantage of this method of measuring the parameters of the piezoelectric element is the manual method of measurement and the associated high complexity, which increases the likelihood of subjective errors when taking readings of measuring instruments and processing them, respectively, a device for implementing this method requires a large number of measuring instruments of different types.
Технической задачей, решаемой изобретением, является создание автоматизированного способа измерения эксплуатационных параметров гидроакустических пьезоэлектрических преобразователей, позволяющего ускорить процесс измерения и повысить точность измеряемых параметров, упростить схему устройства для его реализации и увеличить надежность ее эксплуатации.The technical problem solved by the invention is the creation of an automated method for measuring the operational parameters of hydroacoustic piezoelectric transducers, which allows to accelerate the measurement process and improve the accuracy of the measured parameters, simplify the circuit of the device for its implementation and increase the reliability of its operation.
Указанная задача решается тем, что в способе измерения параметров гидроакустического пьезоэлектрического преобразователя путем воздействия на него тестового синусоидального сигнала с заданной амплитудой и в заданном частотном диапазоне, измерения параметров отклика пьезоэлектрического преобразователя на подаваемый тестовый сигнал, по значениям которых определяют частоты механического и электромеханического резонансов и импеданс пьезоэлектрического преобразователя на этих частотах, тестовый сигнал формируют из линейно нарастающей цифровой последовательности с последующим преобразованием цифровой последовательности в аналоговый сигнал с линейно нарастающей в заданном диапазоне частотой, с возможностью программного управления параметрами аналогового сигнала, преобразования параметров (тока и напряжения) отклика пьезоэлектрического преобразователя на подаваемый тестовый сигнал в цифровую форму с временным разделением измерительных каналов тока и напряжения, вычисления и вывода на индикатор амплитудно-частотной характеристики частот механического и электромеханического резонансов и значения импеданса пьезоэлектрического преобразователя в точках резонанса.This problem is solved in that in a method for measuring the parameters of a hydroacoustic piezoelectric transducer by exposing it to a test sinusoidal signal with a given amplitude and in a given frequency range, measuring the response parameters of the piezoelectric transducer to a supplied test signal, the values of which determine the frequencies of mechanical and electromechanical resonances and impedance piezoelectric transducer at these frequencies, the test signal is formed from linearly digital sequence with subsequent conversion of the digital sequence into an analog signal with a linearly increasing frequency in a given range, with the ability to programmatically control the parameters of the analog signal, convert the parameters (current and voltage) of the response of the piezoelectric transducer to the supplied test signal in digital form with a time division of the current measuring channels and voltage, calculation and output to the indicator of the amplitude-frequency characteristics of the frequencies of mechanical and electronic ktromehanicheskogo resonances and the values of the piezoelectric transducer at the resonance points of the impedance.
Для реализации данного способа в измерителе параметров гидроакустического пьезоэлектрического преобразователя, содержащего источник (формирователь) синусоидальных сигналов, подключенный через усилитель мощности к испытуемому преобразователю, формирователь синусоидальных сигналов выполнен в виде устройства прямого цифрового синтеза и дополнительно введены измерительный резистивный шунт, подключенный между усилителем мощности и испытуемым пьезоэлектрическим преобразователем, два аналого-цифровых преобразователя, выходы которых через интерфейс связи соединены с персональным компьютером, а вход первого аналого-цифрового преобразователя через делитель напряжения подключен к выходу усилителя мощности, цифровой сигнальный процессор двунаправленной шиной данных соединен с устройством прямого цифрового синтеза, выходом аналого-цифровых преобразователей и с интерфейсом связи персонального компьютера, вход второго аналого-цифрового преобразователя подключен к испытуемому преобразователю и резистивному шунту, а первый, второй и третий выходы цифрового сигнального процессора соединены соответственно с управляющими входами обоих аналого-цифровых преобразователей и устройства прямого цифрового синтеза.To implement this method, in the parameter meter of a hydroacoustic piezoelectric transducer containing a source (generator) of sinusoidal signals connected through a power amplifier to the transducer under test, the sinusoidal signal generator is made in the form of a direct digital synthesis device and an additional resistive shunt connected between the power amplifier and the test person is additionally introduced piezoelectric transducer, two analog-to-digital converters, the outputs of which through a communication interface connected to a personal computer, and the input of the first analog-to-digital converter through a voltage divider connected to the output of the power amplifier, a digital signal processor bi-directional data bus connected to a direct digital synthesis device, the output of analog-to-digital converters and to the communication interface of a personal computer, input the second analog-to-digital converter is connected to the tested converter and the resistive shunt, and the first, second and third outputs of the digital signal of the second processor are respectively connected to the control inputs of both analog-to-digital converters and the direct digital synthesis device.
На фиг.4 представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства для измерения параметров гидроакустического пьезоэлектрического преобразователя (далее пьезопреобразователь), где обозначено: 1 - испытуемый пьезопреобразователь; 2 - измерительный резистивный шунт; 3 - делитель напряжения; 4 - усилитель мощности синусоидальных сигналов; 5, 6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 7 - устройство прямого цифрового синтеза (УПЦС); 8 - цифровой сигнальный процессор (ЦСП); 9 - интерфейс связи; 10 - персональный компьютер.Figure 4 presents the structural electrical diagram of the proposed device for measuring the parameters of the sonar piezoelectric transducer (hereinafter piezoelectric transducer), where it is indicated: 1 - tested piezoelectric transducer; 2 - measuring resistive shunt; 3 - voltage divider; 4 - power amplifier sinusoidal signals; 5, 6 - analog-to-digital converter (ADC); 7 - direct digital synthesis device (UPTSS); 8 - digital signal processor (DSP); 9 - communication interface; 10 - personal computer.
Способ измерения параметров гидроакустического пьезоэлектрического преобразователя осуществляют следующим образом: формируют линейно нарастающую цифровую последовательность; преобразуют ее в тестовый аналоговый сигнал с заданной амплитудой и линейно нарастающей частотой в заданном диапазоне частот и возможностью программного управления аналоговым сигналом; подают тестовый сигнал на измеряемый (испытуемый) пьезопреобразователь; измеряют параметры отклика (тока и напряжения) пьезопреобразователя на подаваемый тестовый сигнал, по значениям которых и по заданному алгоритму сигнальный процессор автоматически определяет частоты механического и электромеханического резонансов, импеданс пьезопреобразователя на этих частотах, амплитудно-частотную характеристику.A method for measuring the parameters of a hydroacoustic piezoelectric transducer is as follows: form a linearly increasing digital sequence; convert it into a test analog signal with a given amplitude and ramp frequency in a given frequency range and the ability to program control an analog signal; apply a test signal to the measured (test) piezoelectric transducer; measure the response parameters (current and voltage) of the piezoelectric transducer to the supplied test signal, the values of which and according to the given algorithm, the signal processor automatically determines the frequencies of mechanical and electromechanical resonances, the impedance of the piezoelectric transducer at these frequencies, and the amplitude-frequency characteristic.
Измеритель параметров пьезопреобразователя содержит устройство прямого цифрового синтеза 7, подключенное через усилитель мощности 4 и через включенный последовательно с пьезопреобразователем 1 измерительный шунт 2 к испытуемому преобразователю 1. АЦП 5 и 6 соединены своими выходами через интерфейс связи 9 с персональным компьютером 10, а вход АЦП 5 через делитель напряжения 3 подключен к выходу усилителя мощности 4. ЦСП 8 двунаправленной шиной данных соединен с УПЦС 7 и выходами АЦП 5 и 6, вход АЦП 6 подключен к пьезопреобразователю 1 и измерительному резистивному шунту 2. Первый, второй и третий выходы ЦСП соединены соответственно с управляющими входами АЦП 5 и 6 и УПЦС 7.The piezoelectric transducer parameter meter comprises a direct digital synthesis device 7 connected through a power amplifier 4 and through a measuring shunt 2 connected in series with the piezoelectric transducer 1 to the transducer under test 1. The ADCs 5 and 6 are connected by their outputs via the communication interface 9 to a personal computer 10, and the ADC input 5 through a voltage divider 3 is connected to the output of the power amplifier 4. DSP 8 bi-directional data bus is connected to UPTSS 7 and the outputs of the ADC 5 and 6, the input of the ADC 6 is connected to the piezoelectric transducer 1 and the meter the first resistive shunt 2. The first, second, and third outputs of the DSP are connected respectively to the control inputs of the ADC 5 and 6 and UPTSS 7.
Сопротивление резистивного измерительного шунта 2 выбирается много меньшим, чем сопротивление пьезопреобразователя во всем исследуемом диапазоне частот, с тем, чтобы влияние шунта на точность проводимых измерений была минимальной.The resistance of the resistive measuring shunt 2 is chosen much smaller than the resistance of the piezoelectric transducer in the entire studied frequency range so that the influence of the shunt on the accuracy of the measurements is minimal.
Элементная база устройства, реализующего предлагаемый способ, состоит из доступных, серийно выпускаемых элементов. Усилитель мощности синусоидальных сигналов 4 может быть выполнен на стандартной микросхеме усилителя класса D, например, TDA8924 фирмы Philips; АЦП 5 и 6 могут быть выполнены на микросхемах AD775 фирмы Analog Devices; УПЦС 7 может быть выполнено на микросхеме AD9831 фирмы Analog Devices; в качестве ЦСП 8 могут быть использованы микроконтроллеры серии MSP430.The elemental base of the device that implements the proposed method consists of affordable, commercially available items. The power amplifier sinusoidal signals 4 can be performed on a standard class D amplifier chip, for example, Philips TDA8924; ADCs 5 and 6 can be performed on AD775 chips from Analog Devices; UPTSS 7 can be performed on the AD9831 chip from Analog Devices; microcontrollers of the MSP430 series can be used as DSP 8.
Устройство работает под управлением ЦСП 8, запрограммированного под формирование синусоидального сигнала для питания пьезопреобразователя, обработку цифровых данных о напряжении и токе, расчет амплитудно-частотной характеристики, вычисление частот механического и электромеханического резонансов и импеданса в точках резонанса. Задание значений питающего напряжения и рабочего диапазона частот осуществляется с клавиатуры персонального компьютера 10. Индикация результатов измерения осуществляется монитором компьютера 10, двухсторонняя связь устройства с компьютером производится через интерфейс связи 9. ЦСП 8 формирует линейно нарастающую цифровую последовательность, которая в УПЦС 7 преобразуется в аналоговый синусоидальный сигнал, с линейно нарастающей частотой в заданном диапазоне. Этот сигнал усиливается до необходимого значения усилителем мощности 4 и поступает на испытуемый пьезопреобразователь 1. Уровень этого сигнала можно регулировать программно, путем изменения опорного напряжения ЦАП, формирующего аналоговый сигнал и входящего в состав УПЦС 7. Напряжение на шунте 2, которое пропорционально току, через пьезопреобразователь 1 с помощью АЦП 6 преобразуется в цифровую форму, выводится на шину данных процессора 8 и заносится в его внутреннюю память. Напряжение с выхода усилителя 4, практически равное напряжению на пьезопреобразователе, делится с помощью делителя 3 и подается на вход АЦП 5, где также преобразуется в цифровую форму и выводится на шину данных процессора 8.The device operates under the control of DSP 8, programmed to generate a sinusoidal signal to power the piezoelectric transducer, process digital data on voltage and current, calculate the amplitude-frequency characteristics, calculate the frequencies of mechanical and electromechanical resonances and impedance at the resonance points. The values of the supply voltage and the operating frequency range are set from the keyboard of the personal computer 10. The measurement results are displayed by the computer monitor 10, the two-way communication of the device with the computer is made through the communication interface 9. The DSP 8 forms a linearly increasing digital sequence, which is converted into an analog sinusoidal sequence in UPTSS 7 a signal with a ramping frequency in a given range. This signal is amplified to the required value by a power amplifier 4 and fed to the tested piezoelectric transducer 1. The level of this signal can be adjusted programmatically by changing the reference voltage of the DAC, which forms an analog signal and is part of the UPSS 7. The voltage on the shunt 2, which is proportional to the current, through the piezoelectric transducer 1 using ADC 6 is converted to digital form, displayed on the data bus of processor 8 and is recorded in its internal memory. The voltage from the output of amplifier 4, which is almost equal to the voltage at the piezoelectric transducer, is divided using a divider 3 and fed to the input of the ADC 5, where it is also converted to digital form and output to the data bus of processor 8.
Формирование тактового сигнала на АЦП 5 и АЦП 6 и съем цифровых данных осуществляются процессором 8 с чередованием, чем обеспечивается временное разделение измерительных каналов тока и напряжения. В результате проведенной операции в памяти сигнального процессора 8 оказываются два массива цифровых данных, выражающих значение напряжения на пьезопреобразователе и зависимость тока через него от частоты. Сигнальный процессор 8 по заданному алгоритму производит обработку этих данных и все необходимые вычисления.The formation of a clock signal on the ADC 5 and ADC 6 and the digital data are acquired by the processor 8 with alternation, which provides a temporary separation of the measuring channels of current and voltage. As a result of the operation, two arrays of digital data appear in the memory of the signal processor 8, expressing the voltage value on the piezoelectric transducer and the dependence of the current through it on the frequency. The signal processor 8 according to a given algorithm performs the processing of this data and all the necessary calculations.
На экран монитора персонального компьютера 10 выводятся: амплитудно-частотная ^ характеристика пьезопреобразователя, в виде кривой зависимости тока от частоты при конкретном значении напряжения на нем; численные значения экстремумов амплитудно-частотной характеристики, т.е. частот механического и электромеханического резонансов; значения импеданса в точках резонанса.The following are displayed on the monitor screen of the personal computer 10: amplitude-frequency ^ characteristic of the piezoelectric transducer, in the form of a curve of the dependence of current on frequency with a specific voltage value on it; numerical values of the extrema of the amplitude-frequency characteristic, i.e. frequencies of mechanical and electromechanical resonances; impedance values at resonance points.
Предложенное устройство позволяет осуществлять непосредственное измерение параметров гидроакустического пьезоэлектрического преобразователя в автоматическом режиме, осуществляя их контроль с высокой точностью на стадии изготовления, регулировки, а также в рабочих условиях, что отвечает требованиям современного аналитического приборостроения.The proposed device allows you to directly measure the parameters of the sonar piezoelectric transducer in automatic mode, monitoring them with high accuracy at the stage of manufacture, adjustment, as well as in operating conditions, which meets the requirements of modern analytical instrumentation.
ЛитератураLiterature
1. Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. Л., «Судостроение», 1988.1. Sverdlin G.M. Hydroacoustic transducers and antennas. L., "Shipbuilding", 1988.
2. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. М., Техносфера, 2006.2. Sharapov V.M., Musienko M.P., Sharapova E.V. Piezoelectric sensors. M., Technosphere, 2006.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011153639/28A RU2493543C2 (en) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | Method for measurement of hydroacoustic piezoelectric converter parametres and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011153639/28A RU2493543C2 (en) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | Method for measurement of hydroacoustic piezoelectric converter parametres and device for its realisation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011153639A RU2011153639A (en) | 2013-07-10 |
| RU2493543C2 true RU2493543C2 (en) | 2013-09-20 |
Family
ID=48787299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011153639/28A RU2493543C2 (en) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | Method for measurement of hydroacoustic piezoelectric converter parametres and device for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2493543C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1307397A1 (en) * | 1983-07-13 | 1987-04-30 | Пензенский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Технологического Института Приборостроения | Method of tolerance checking of piezoelectric vibrators |
| US6698269B2 (en) * | 2001-04-27 | 2004-03-02 | Oceana Sensor Technologies, Inc. | Transducer in-situ testing apparatus and method |
| US20040194532A1 (en) * | 2001-04-27 | 2004-10-07 | Oceana Sensor Technologies, Inc. | Transducer in-situ testing apparatus and method |
| RU99182U1 (en) * | 2010-05-06 | 2010-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | REMOTE MEASUREMENT DEVICE FOR A PIEZO ELECTRIC ACCELEROMETER |
| EP2300790A1 (en) * | 2008-05-13 | 2011-03-30 | Brüel & Kjaer Sound & Vibration Measurement A/S | Full function test for in situ test of sensors and amplifiers |
-
2011
- 2011-12-27 RU RU2011153639/28A patent/RU2493543C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1307397A1 (en) * | 1983-07-13 | 1987-04-30 | Пензенский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Технологического Института Приборостроения | Method of tolerance checking of piezoelectric vibrators |
| US6698269B2 (en) * | 2001-04-27 | 2004-03-02 | Oceana Sensor Technologies, Inc. | Transducer in-situ testing apparatus and method |
| US20040194532A1 (en) * | 2001-04-27 | 2004-10-07 | Oceana Sensor Technologies, Inc. | Transducer in-situ testing apparatus and method |
| EP2300790A1 (en) * | 2008-05-13 | 2011-03-30 | Brüel & Kjaer Sound & Vibration Measurement A/S | Full function test for in situ test of sensors and amplifiers |
| RU99182U1 (en) * | 2010-05-06 | 2010-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | REMOTE MEASUREMENT DEVICE FOR A PIEZO ELECTRIC ACCELEROMETER |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Шарапов В.М и др. Пьезоэлектрические датчики. - М.: Техносфера, 2006, с.27. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011153639A (en) | 2013-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101322384B1 (en) | System, method, and apparatus for monitoring characterictics of rf power | |
| KR100497572B1 (en) | Portable battery-pack non-destructive test device using ac impedance measurment technology and method which it use, multi-channel measurment system with this device | |
| CN209858640U (en) | Ultrasonic transducer multi-resonance-point characteristic parameter measuring device | |
| RU2471161C1 (en) | Method for remote control and diagnosis of state of structures and engineering structures and device for realising said method | |
| CN202066962U (en) | Multifunctional ultrasonic wave measuring instrument | |
| CN204924435U (en) | Sound duct is measured in sensitivity of hydrophone low frequency | |
| RU2493543C2 (en) | Method for measurement of hydroacoustic piezoelectric converter parametres and device for its realisation | |
| KR102256047B1 (en) | Strength signal measuring method and strength signal measuring device for monitoring strength of hydration reaction materials | |
| US3413595A (en) | Ultrasonic apparatus for checking processes in liquid media | |
| CN110632537B (en) | Method for testing direct-current magnetic field intensity | |
| CN104457967A (en) | Water sound sensor sound pressure sensitivity testing method and device based on inverse piezoelectric effect | |
| CN207488395U (en) | A kind of piezoelectric ceramic devices electrical parameter rigorous analysis system | |
| Tankov et al. | Information-measuring and operating systems to test for the effects of vibration | |
| RU2734902C1 (en) | Method of measuring input and mutual resistance of antennas in frequency band | |
| CN207937801U (en) | A kind of experiment detection device of acceleration transducer | |
| CN202929143U (en) | Piezoelectric ceramic sensor detection circuit structure | |
| CN109798973A (en) | The method of testing of non-contact ultrasonic energy converter intrinsic frequency | |
| RU2492431C1 (en) | Method of measurement of power of underwater sound projector and device for implementation of method | |
| CN111929519B (en) | Method and device for testing harmonic resistance of electric energy meter | |
| CN216284038U (en) | Stress monitoring device based on dual stress wave analysis | |
| SU1008616A1 (en) | Method of simultaneous measuring of several parameters by one sensing element | |
| RU2584719C1 (en) | Digital method of measuring parameters of piezoelectric elements | |
| SU1000896A1 (en) | Electromagnetic multi-frequency device for non-destructive checking | |
| CN112462183A (en) | Method and system for determining optimum energy delivery frequency of sealed metal device | |
| RU121065U1 (en) | DEVICE FOR RESEARCHING THE DYNAMICS OF AN ELASTIC MACHINE SYSTEM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |