SU742828A1 - Измеритель параметров кварцевых резонаторов - Google Patents

Description

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может найти применение при разработке, производстве и использовании кварцевых резонаторов.

Известно устройство [1] для измерения кварцевых резонаторов, содержащее генератор высокой частоты, аттенюатор, четырехполюсник с измеряемым кварцевым резонатором, гетеродин с системой автоподстройки частоты, преобразователи частоты сигнала на промежуточную частоту, фазовращатели и фазовый детектор, с которого заведена обратная связь для управления частотой генератора. Измерение добротности производится по сдвигу частоты гснера- ₎₅ тора при введении в один или оба канала суммарного фазового сдвига ±45°. Добротность определяется как Θ =^~ .

Недостатком устройства является значительпая погрешность измерения за счет нестабильности частоты измеряемого кварцевого резонатора, особенно для резонаторов с высокой добротностью.

Известно также устройство для измерения эквивалентных динамических параметров пьезоэлектрических резонаторов, содержащее генератор высокой частоты с измеряемым резонатором, колебания которого периодически срываются с помощью генератора низкой частоты. На кварцевом резонаторе возникают затухающие колебания, которые поступают на амплитудный детектор и далее на двухпороговую пусковую схему, с выхода которой запускается симметричный триггер. На выходе симметричного триггера имеют место импульсы, длительность которых пропорциональна постоянной времени кварцевого резонатора. Эти импульсы подаются на интегрирующую цепь с регулируемой постоянной времени. Выбранное определенное отсчетное значение индикатора будет при равенстве постоянных времени: кварцевого резонатора и интегрирующей цепи [2].

Производимые с помощью известного устройства измерения имеют большую погрешности при наличии даже далеко отстоящих от основного нежелательных, резонансов, и частотный диапазон практически ограничен 5—10 МГц.

Наиболее близкое к предлагаемому устройство содержит каскадно включенный генератор высокой частоты, амплитудный модулятор (чечетырехполюсник с измеряемым резонатором), преобразователь, амплитудный ц фазовый детекторы. Имеется также генератор низкой частоты, с которого сигнал поступает на амплитудный модулятор и второй вход фазового детектора [3]. С выхода фазового детектора сигнал поступает на индикатор. Сущность работы устройства заключается в том, что на резонатор подается модулированное синусоидальное по ам. пЛитуде колебание резонансной частоты. После прохождения через резонатор огибающая оказывается сдвинутой по фазе. Добротность резонатора определяется по формуле

Θ =~ tgGO.

2F где f₀ - частота резонатора;

F — частота модуляции.

Недостатком устройства является значительная погрешность измерения добротности за счет Нелинейной характеристики передачи фазового детектора.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в измеритель параметров кварцевых резонаторов, содержащий последовательно включенные генератор высокой частоты, амплитудный модулятор, многополюсник с измеряемым кварцевым резонатором, первый преобразователь, первый амплитудный детектор, фазовый детектор, опорный вход которого через второй амплитудный детектор и второй преобразователь соединен со вторым выходом многополюсника, а также генератор низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом амплитудного модулятора, введены умножитель частоты, частотомер, амплитудный компаратор и источник опорного напряжения, причем опорный вход амплитудного компаратора соединен с источником опорного напряжения, управляющий вход соединен с выходом фазового детектора, а выход подсоединен к управляющему входу генератора низкой частоты, второй выход которого через умножитель частоты подключен к первому входу частотомера, вторым входом присоединенного к выходу генератора высокой частоты.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Измеритель содержит генератор 1 высокой частоты, амплитудный модулятор 2, многополюсник с измеряемым кварцевым резонатором 3, первый и второй преобразователи 4 и 5, первый и второй амплитудные детекторы 6, 7 и фазовый детектор 8. Кроме того, в состав устройства входят источник 9 опорного напряжения амплитудный компаратор 10, генератор 11 низкой частоты, умножитель 12 частоты и ’астотомер 13.

Сигнал с генератора 1 высокой частоты поступает на амплитудный модулятор 2 и далее на вход многополюсника с измеряемым кварцевым резонатором 3. Многополюсник имеет два выхода, с которых сигналы поступают на преобразователи 4 и 5 и далее на амплитудные детекторы 6, выходы которых соединены со входами фазового детектора 8. Сигнал с выхода фазового детектора 8 поступает на амплитудный компаратор 10, где сравнивается с сигналом источника опорного напряжения, и разностный сигнал поступает на управление частотой генератора И низкой частоты. С генератора 11 низкой частоты синусоидальный сигнал поступает на амплитудный модулятор 2 и с другого выхода — на умножитель 12 частоты с коэффициентом умножения два.

На один из выходов частотомера 13, установленного в режиме измерения отношения частот, поступает сигнал с генератора 1 высокой частоты, да второй вход — сигнал с умножителя 12.

Устройство работает следующим образом.

На многополюсник подается амплитудномодулированный сигнал с несущей частотой, равной резонансной частоте кварцевого резонатора 3. Сигнал на первом выходе многополюсника пропорционален напряжению на кварцевом резонаторе 3, на втором - току, протекающему через кварцевый резонатор 3. Такое соотношение обеспечивает фазовый сдвиг между огибающими напряжений на обоих выходах, определяемый только добротностью кварцевого резонатора. Далее сигналы усиливаются, при необходимости преобразуются в промежуточную частоту и детектируются. На выходе детекторов 6 и 7 выделяются огибающие, которые поступают на фазовый детектор 8. В компараторе происходит сравнение сигналов фазового детектора 8 и источника 9 опорного напряжения, их разность управляет частотой генератора низкой частоты и устанавливает такую частоту, при которой кварцевый резонатор 3 вносит фазовый сдвиг в огибающую, соответствующий напряжению на выходе фазового детектора 8, почти равному напряжению опорного источника 9.

Величина добротности при этом равна © =Δ. _tg kU_on> где k — постоянное число.

Выбирая φ = 45°, что соответствует границам полосы пропускания, имеем

Θ =-U 2F

Сигнал частоты F умножается и подается на счетчик, работающий в режиме отношения частот. При этом показание счетчика равно добротности кварцевого резонатора 3.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может найта применение при разработке, производстве и использовании квар цевых резонаторов. Известно устройство 1 дл  измерени  кварцевых резонаторов, содержащее генератор высокой частоты, аттенюатор, четырехполюсник с измер емым кварцевым резонатором, гетеродин с системой автонодстройки частоты, преоб разователи частоть сигнала на нромежуточную частоту, фазовращате/ш и фазовый детектор, с которого заведена обратна  св зь дл  упраллени  частотой генератора. Измере ше добротности производитс  но сдвигу частоты генератора при введении в один или оба канала сум марного фазового сдвига ±45°. Добротность f как в определ етс  Недостатком устройства  вл етс  значительна  пог| еишость измерени  за счет нестабильности частоты измер емого кварцевого резонатора , особенно дл  резонаторов с высокой добротностью. Известно также устройство дл  измереш{  эквивалентных динамических параметров пьезоэлектрических резонаторов, содержащее генератор высокой частоты с измер е а 1М резонатором , колебани  которого периодически срываютс  с помощью генератора низкой частоты. На кварцевом резонаторе воз1шкают затухающие колеба ш , которые поступают на амплитудный детектор и далее на двухпороговую пусковую , с выхода которой запускаетс  симметричный триггер. На выходе симметричного триггера имеют место импульсы, длительность которых пропорщгональна посто нной времени кварцевого резонатора. Эти импульсы подаютс  на интегрирующую цепь с регулируемой посто нной времени. Выбрагпюе определенное отсчетное значегше индикатора будет нри равенстве посто нных времегш: кварцевого резонатора и интегрирующей цепи 2. Производимые с помощью известного устройства измереш1  имеют большую погрешности нри наличии даже далеко отсто щих от основного нежелательных, резонансов, и частотный диапазон практически ограничен 5-10 МГц. Наиболее близкое к предлагаемому устрийствр содержит каскадно включенный генератор высокой частоты, амплитудный модул тор (чечетырехполюсник с измер емым резонатором), преобразователь, амплитудный ц фазовый детекторы . Имеетс  также генератор низкой частоты , с которого сигнал поступает на амплитуд ный модул тор и второй фазового детектора 3. С выхода фазового детектора сигнал поступает на индикатор. Сущность работы устройст1аа заключаетс  в том, что на резонатор подаетс  модулированное синусоидальное по ам . пЛитуде колебание резонансной частоты. После прохождени  через резонатор огибающа  оказываетс  сдвинутой по фазе. Добротность резонатора определ етс  по формуле в - 2F где fo - частота резонатора; F - частота модул ции. Недостатком устройства  вл етс  значительна  погрешность измерени  добротности за счет Нелинейной характеристики передачи фазового детектора. Цель изобретени  - повь1шение точности из мерений. Указанна  цель достигаетс  тем, что в измеритель параметров кварцевых резонаторов, содержащий последовательно включеьшые генератор высокой частоты, амплитудньш модул тор , многополюсник с измер емым кварцевым резонатором, первый преобразователь, первый амплитудньш детектор, фазовый детектор, опор ный вход которого через второй амплитудный детектор и второй преобразователь соединен со вторым выходом многополюсника, а также генератор низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом амплитудного модул тора , введены умножитель частоты, частотомер , амплитудный компаратор и источник опор ного напр жени , причем опорный вход амплитудного компаратора соединен с источником опорного напр жени , управл ющий вход соединен с выходом фазового детектора, а выход подсоединен к управл ющему входу генератора низкой частоты, второй выход которого через умножитель частоты подключен к первому входу частотомера, вторым входом присоединенного к выходу генератора высокой частоты . На чертеже представлена блок-схема устрой ства. Измеритель содержит генератор 1 высокой частоты, амплитудный модул тор 2, многополю ник с измер емым кварцевым резонатором 3, первый и второй преобразователи 4 и 5, первый и второй амплитуднь1е детекторы 6, 7 и фазовый детектор 8, Кроме того, в состав уст ройства вход т источник 9 опорного напр жени  амплитудный компаратор 10, генератор 11 низкой частоты, умножитель 12 частоты и астотомер 13. Сигнал с генератора 1 высокой частоты поступает на амплитудный модул тор 2 и далее на вход многополюсника с измер емым кварцевым резонатором 3. Многополюсник имеет два выхода, с которых сигналы поступают на преобразователи 4 и 5 и далее на амплитудные детекторы 6, выходы которых соединены со входами фазового детектора 8. Сигнал с выхода фазового детектора 8 поступает на амплитудный компаратор 10, где сравниваетс  с сигналом источника опорного напр жени , и разностньгй сигнал поступает на управление частотой генератора 11 низкой частоты. С генератора 11 низкой частоты синусоидальный сигнал поступает на амплитудный модул тор 2 и с другого выхода на умножитель 12 частоты с коэффициентом умножени  два. На один из выходов частотомера 13, установленного в режиме измерени  отнощени  частот, поступает сигнал с генератора 1 высокой частоты, а второй вход - сигнал с умножител  12. . . Устройстао работает следующим образом. На МНОГОПОЛЮС1ШК подаетс  амплитудномодулированный сигнал с несущей частотой, равной резонансной частоте кварцевого резонатора 3. Сигнал на первом выходе многополюсника пропорционален напр жению на кварцевом резонаторе 3, на втором - току, протекающему через кварцевый резонатор 3. Такое соотношение обеспечивает фазовый сдвиг между огибающими напр жений на обоих выходах, определ емый только добротностью кварцевого резонатора . Далее сигналы усиливаютс , при необходимости преобразуютс  в промежуточную частоту и детектируютс . На выходе детекторов 6 и 7 выдел ютс  огибающие, которые поступают на фазовый детектор 8. В компараторе 10происходит сравнение сигналов фазового детектора 8 и источника 9 опорного напр жени , их разность управл ет частотой генератора 11низкой частоты и устанавливает такую частоту , при которой кварцевый резонатор 3 вносит фазовый сдвиг в огибающую, соответствующий напр жению на выходе фазового детектора 8, почти равному напр жению опорного источника 9. Ве1шчина добротности при этом равна 0 tg kU, где k - посто нное число. Выбира  (р 45°, что соответствует границам полосы пропускани , имеем © ta. 2F Сигнал частоты F умножаетс  и подаетс  на счетчик, работающий в режиме отношени  частот. При этом показание счетчика равно добротности кварцевого резонатора 3. Формула изобретени  Измеритель параметров кварцевых резонаторов , содержащий последовательно включенные генератор высокой частоты, амплитудный модул тор, многополюсник с измер емым квар цевь1М резонатором, первый преобразователь, первый амплитудный детектор, фазовый детек тор, опорный вход которого через второй амплитудный детектор и второй преобразователь соединен со вторым выходом многополюсника , а также генератор низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом амплитудного модул тора, отличающий с   тем, что, с целью повышени  точности измерений , введены умножитель частоты, частотомер , амплитудный компаратор и источник опорного напр жени , причем опорный вход амплитудного компаратора соединен с источником опорного напр жени , управл ющий вход соединен с выходом фазового детектора, а выход подсоединен к управл ющему входу генератора низкой частоты, второй выход которого через умножитель частоты подключен к первому входу частотомера, вторым входом подключенного к выходу генератора высокой частоты. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 516003, кл. G 01 R 29/22, 1975.
2. 2.Авторское свидетельство СССР N 418812, кл. G 01 R 27/28, 1974. 3.lames F. N. Ргос. JEE, р. 13, 1959, 106, № 29.