SU1441462A1 - Устройство дл контрол качества электроакустических преобразователей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к ультразвуковой технике и может быть использовано при изготовлении, настройке и исследовании электроакустических преобразователей (ЭП), например дл  ультразвуковой микррсварки интегральных микросхем и микроэлектронных , преобразователей информации колебани ми широкого спектра частот. Цель изобретени  - расширение функа циональных возможностей - достигаетс  за счет полного анализа входного сопротивлени  преобразовател . При этом о качестве суд т по величине и соотношению трех составл ющих входного сопротивлени  Zg R + + jfX, преобразовател , а также зависимости Zg от ширины спектра, подаваемого на его вход электрического сигнала .(ЭС), и/или от положени  спектра ЭС на частотной оси и/или от спектральной плотности ЭС. По отклонению этих характеристик от характеристик высококачественных преобразователей производитс  отбраковка провер емых ЭП. Схема устройства дл  про верки качества ЭП содержит УЗ генератор 1, ЭП 2, спектральный фазовращатель 3, квадраторы 4 и 7, перемножители 5 и 6, вычислительный блок 8, перестраиваемый фильтр 9, измерительное сопротивление 10 и переключатель 11. 1 ил. S (Л п LiJTffULrT U/ /1 //М/М п 4 4

Description

3

/

8

)(г

Изобретение относитс  к ультразвуковой технике и может быть использовано при изготовлении, настройке и исследовании электроакустических преобразователей ,например, дл  ультразвуковой микросварки интегральных микросхем и микроэлектронных преобразователей информации колебани ми широкого спектра частот.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства за счет полного анализа входного сопротивлени  преобразовател .

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что о качестве электроакустических преобразователей суд т по величине и соотношению трех составл ю- щих входного сопротивлени  преобразовател .

Zc

Р

iX + JX

т

а также по зависимости входного сопротивлени  преобразовател  от ширины спектра, подаваемого на его вход электрического сигнала, и(или) от положени  спектра электрического сигнала на частотной оси и(или) от спектральной плотности электрического сигнала. По отклонению названных характеристик от характеристик высококачественных преобразователей производитс  отбраковка провер емых пре- .образователей.

Треть  составл юща  входного сопротивлени  преобразовател  - составл юща  искажени  - измер етс  при возбуждении его несинусоидальным электрическим сигналом. В качестве несинусоидального сигнала может быть использована периодическа , случайна  или псевдослучайна  последовательность импульсов различной скважности , сигнал, модулированный по амплитуде или частоте, а также шумовой сигнал с различной спектральной плотностью .

Необходимость измерени  третьей составл ющей входного сопротивлени  - составл ющей искажени  - обусловлена тем, что в случае работы преобра- зовател  в режиме возбуждени  несинусоидальным сигналом не выполн етс  условие

4

гд е S,P и Q - соответственно, полна , активна  и реактивна  мощности.

В данном случае имеет место мощность искажени 

Т

определ юща  дополнительные потери энергии. Оценка мощности потерь на искажени  Т производитс  с помощью .составл ющей искажени  входного сопротивлени  преобразовател .

Составл ющие спектрального сопротивлени  определ ютс  по основным параметрам несинусоидального напр жени  на преобразователе и тока через преобразователь с использованием

следующих выражений:

активна  составл юща 

Rp RU; /D;;

(1)

25

реактивна  составл юща 

Xfl-

(2)

Q Ui составл юща  искажени 

. X, /D;(3),

вещественный коэффициенткоррел 35

ции

RI,; lim 1/2T- f U(t)i(t)dt;(4)

T- ллJ

-T

МНИМЫЙ коэффициент коррел ции

t-T

,k.

(Цг к

lira 1/2T. U (t)i(t)dt

.т

(5)

-т

45

коэффициент коррел ции искажени 

RU; л|оиО-(и;) () ; (6)

дисперси  тока

50

D; lim 1/2Т-J i(t) dt; (7)

-т дисперси  напр жени 

4Т

2

Вц lira 1/2Т- j и (t)dt, (8)

-т

где U(t) и i(t) - напр жение на преобразователе и ток через него;

иЧо

напр жение, сформированное из U(t), в котором кажда  гармоника повернута Нй IT/2.

Период Т при осуществлении способа выбираетс  из услови  Т 10 Т,, где Tnian период самой низкочастотной гармоники возбуждающего сигнала. Дл  повышени  точности отбраковки некачественных преобразователей производитс  контроль зависимости составл ющих входного импеданса Z от ширины спектра возбуждающего си1- нала uf и(или) от расположени  его на частотной оси (от величины средне частоты спектра ) и(или) от спек

ральной плотности сигнала S(f).

Многомерный контроль (по нескольким зависимост м) уменьшает веро тность попадани  параметров некачественных п эеобразователей в область параметров качественных преобразователей . 1

Изменение входного спектрального сопротивлени  при изменении ftf, и S(f) обусловлено следующими обсто тельствами . В случае варьировани  величины if, например при ее увеличении , процесс злектроакустического преобразовани  сигнала происходит на все большем количестве частот, в том числе и резонансных частот отдельных элементов преобразовател . Поглощение энергии на этих частотах отражаетс  на величине входного сопротивлени  преобразовател , контролиру , которое, можно судить о величине поглощаемой энергии преобразователем т.е. о его качестве. Диапазон варьировани  величины U f выбирают равным 20-200 кГц.

В случае изменени  спектра производитс  сканирование всего спекра рабочих частот преобразовател , который включает участки, содержащие как частоты резонансов, положительно сказьшающихс  на качестве технологического процесса,, так и частоты резонансов , отрицательно вли ющих на качество технологического процесса, Контроль входного спектрального сопротивлени  Zg при изменении поз - вол ет вьщелить указанные участки частотного спектра преобразовател  и оценить поглощение энергии на данных участках.

0

5

0

5

0

Пределы изменени  величины 1:, выбирают равными 50-250 кГц.

Далее, контроль входного спект- рального сопротивлени  при изменении спектральной плотности сигнала позвол ет вы вить нелинейность параметров преобразовател . Величину спектральной плотности S(f) измен ют в 0 пределах 10-10 мВ/Гц .

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ультразвуковой генератор 1, электроакустичес- кий преобразователь 2, спектральный фазовращатель 3, первый квадратор 4. первый 5 и второй 6 перемножители, второй 7 квадратор, вычислительный блок 8, перестраиваемый фильтр 9, , измерительное сопротивление ( 10 и переключатель 11.

Выход ультразвукового генератора 1- 1 подключен напр мую или через пере- страиваемьгй фильтр 9 (в зависимости от положени  переключател  11) к входу злектроакустического преобразовател  2, второму входу перемножител  5, входам спектрального фазовращател  3 и второго квадратора 7. Выход злектроакустического преобразовател  2 подключен к входу первого квадратора 4, первым входам перемножителей 5 и 6 и измерительному сопротивлению 10. Выход спектрального фазовращател  3 соединен со вторым входом перемиожител  6, Выходы квадраторов 4 и перемножителей 5 и 6 подключены.к входам вычислительного блока 8.

Устройство работает следующим образом .

Ультразвуковой генератор 1 вырабатывает несинусоидальный электрический сигнал, которьй через переключатель 11 в положении 1 поступает на входы электроакустического преобразовател  2, спектрального фазовращател  3, квадратора 7 и второй вход перемножител  5. Благодар  подключенному измерительному сопротивлению 10 на выходе электроакустического преобразовател  2 присутствует напр жение, пропорциональное протекающему через преобразователь току. Это напр жение поступает на вход квадратора 4, с выхода которого снимаетс  сигнал, пропорциональный i ft). Сигнал с выхода злектроакустического преобразовател  2 поступает также на первые входы перемножителей 5 и 6. Таким образом, на выходе перемножител  5 присутствует сигнал , пропорциональный U(t) i (t), а на выходе перемножител  6 - пропорциональный U (t)i(t), так как на второй вход перемножител  6 поступает сигнал и (t) с выхода спектрального фазовращател  3. На выходе квадратора 7 сигнал пропорционален U(t). Далее сигналы i(t), U(t)i(t)

и (t)i(t), и (t) поступают соответственно на первый - четвертый входы вычислительного блока 8, который выполн ет математические операции по формулам (1) - (8). В результате на первом - третьем выходах (цифровых индикаторах) вычислительного блока 8 имеютс  численные значени  трех составл ющих входного спектрального сопротивлени  преобразовател , величины которых и их соотнощение определ ют качество электроакустического преобразовател .

В случае контрол  зависимости входного Спектрального сопротивлени  от ширины спектра и(или) положени  спектра на частотной оси, и(или) спектральной плотности сигнала напр жение несинусоидальной формы подаетс  с выхода ультразвукового генера- тора 1через переключатель 11 в положении 2 и перестраиваемый фильтр 9. С помощью перестраиваемого фильтра 9 производитс  изменение указанных спектральных характеристик сигнала в зависимости от которых измен ет

Claims (1)

1. с  величина спектрального сопротивлени  . Формула изобретени 

   Устройство дл  контрол  качества электроакустических преобразователей , содержащее ультразвуковой генератор , две клеммы дл . подключени  контролируемого объекта, одна из которых соединена с измерительным сопротивлением , другой вывод которого соединен с общей шиной, и вычислительный блок, отличающее- с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет полного анализа входного сопротивлени  преобразовател , в качестве ультразвукового генератора использован генератор несинусоидального сигнала и в устройство введены последовательно соединенные переключатель, перестраиваемый фильтр и спектральный фазовращатель, а также два квадратора , два перемножител , причем подвижный контакт переключател  соединен с выходом генератора несинусоидального сигнала, первый неподвижный контакт переключател  соединен с другой клеммой дл  подключени  контролируемого объекта, выходом перестраиваемого фильтра, и входами первого перемножител  и второго квадратора, одна из клемм дл  подключени  контролируемого объекта соединена с другими входами первого и второго перемножителей, первый вход второго перемножител  соединен с выходом спектрального фазовращател , а выходы двух квадраторов и двух перемножителей соединены с входами вычислительного блока.