определитель полярности пьезоэлектрических преобразователей

Формула изобретения

Определитель полярности пьезоэлектрических преобразователей, содержащий источник опорного напряжения, один выход которого соединен с инверсным входом первого компаратора, второй выход - с прямым входом второго компаратора, а прямой вход первого компаратора и инверсный вход второго компаратора объединены и являются сигнальным входом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первая и вторая схемы управления элементами памяти, первый и второй элементы памяти, первый и второй индикаторы и кнопка сброса, причем выход первого компаратора подключен к одному входу первой схемы управления, а ко второму ее входу подключен инверсный выход второго элемента памяти, выход второго компаратора подключен к одному из входов второй схемы управления, а ко второму ее входу подключен инверсный выход первого элемента памяти, выходы схем управления элементами памяти соединены с тактовыми входами соответствующих элементов памяти, прямые выходы обоих элементов памяти соединены со входами соответствующих индикаторов, а кнопка сброса одним из контактов соединена с объединенными входами сброса элементов памяти, а другой ее контакт заземлен.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для определения полярности выводов одиночных пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) и ПЭП, входящих в состав многоэлементных антенных решеток, а также для определения полярности напряжения в электрических цепях.

Используемые в гидроакустике многоэлементные антенные решетки при сборке и монтаже требуют однозначного определения полярности входящих в них пьезоэлектрических преобразователей, так как противофазное включение одного преобразователя или группы преобразователей может привести к изменению характеристики направленности антенны.

Известна [1] схема измерения и определения полярности при помощи осциллографа. Выводы ПЭП подключают: один ко входу осциллографа, а второй к его корпусу, производят механическое воздействие на приемоизлучающую поверхность ПЭП и определяют полярность первой полуволны, генерируемой ПЭП э.д.с. на экране осциллографа, при этом полярность первой полуволны однозначно определяет полярность выводов ПЭП. Способ неудобен своей громоздкостью, необходимостью визуально определить первую полуволну при скоротечности процесса и не сохраняет результаты измерений.

Наиболее близким по структуре аналогом к заявленному изобретению, выбранным за прототип, является определитель полярности тока фирмы Mitsubishi Electric Corp. по патенту Японии JP 3157960 (патент США US 00557220), использующийся для определения полярности тока в двух передающих линиях [2].

Определитель полярности содержит два преобразователя напряжения в ток, сумматор, преобразователь тока в напряжение, источник опорного напряжения и два компаратора.

Недостатками прототипа являются отсутствие - памяти о полярности в момент определения; - возможности перезапуска для повторного определения; - индикатора для визуального отображения полярности.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей определителя полярности пьезоэлектрических преобразователей.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в определитель полярности, содержащий источник опорного напряжения, два компаратора, дополнительно введены две схемы управления, два элемента памяти, два индикатора и кнопка сброса. Сущность изобретения раскрыта на фиг.1 и 2.

На фиг.1 приведена функциональная схема заявляемого определителя полярности (ОП), где приняты следующие обозначения:

1 - источник опорного напряжения (отрицательного и положительного);

2 - первый компаратор (положительного напряжения);

3 - второй компаратор (отрицательного напряжения);

4 - первая схема управления элементом памяти (положительной полярности);

5 - вторая схема управления элементом памяти (отрицательной полярности);

6 - первый элемент памяти (положительной полярности);

7 - второй элемент памяти (отрицательной полярности);

8 - первый индикатор (положительной полярности);

9 - второй индикатор (отрицательной полярности);

10 - кнопка сброса.

Источник опорного напряжения 1 выполнен традиционно на микросхеме AD 688.

Компараторы 2 и 3 выполнены на микросхеме КР1401СА1. Схемы управления 4 и 5 представляют собой логический элемент "И" и выполнены на микросхеме КР1554ЛИ1.

Элементы памяти 6 и 7 представляют собой триггер D-типа, в котором используются информационный, тактовый входы и вход сброса в ноль "R" и прямой и инверсный выходы. Они выполнены на микросхеме КР1554ТМ2.

Индикаторы 8 и 9 выполнены на индикаторах 3Л341Б. Кнопка сброса 10 выполнена кнопкой без фиксации. На фиг.2 приведена временная диаграмма работы ОП, поясняющая его работу.

Определитель полярности работает следующим образом. Вход ОП (линия Uвх на схеме фиг.1) подключают к одному из выводов пьезоэлектрического преобразователя, второй вывод преобразователя соединен с шиной 0 В. Для сброса предыдущих показаний на индикаторах 8 и 9 необходимо нажать кнопку сброса 10. Напряжение низкого уровня "Лог. 0", поступающее на вход индикаторов 8 и 9, устанавливает их в исходное состояние. Для определения полярности пьезоэлектрического преобразователя необходимо произвести механическое воздействие на приемоизлучающую поверхность ПЭП (слегка ударить по ней), что вызовет внутри ПЭП механические колебания, и преобразователь будет генерировать на своих выводах затухающую синусоидальную э.д.с. на резонансной частоте. На вход ОП поступает затухающее синусоидальное колебание, полярность первой полуволны которого необходимо определить. Рассмотрим случай, когда на вход ОП подключен положительный вывод ПЭП. Входное напряжение поступает на прямой вход первого компаратора 2 и инверсный вход второго компаратора 3. На другие входы компараторов поступают опорные напряжения: положительной полярности U_oп+ на инверсный вход первого компаратора 2 и отрицательной полярности U_oп- на прямой вход второго компаратора 3. В результате сравнения опорного напряжения _Uoп+ с напряжением первой полуволны на выходе первого компаратора 2 появляется импульс с уровнем "Лог. 1", который поступает на вход первой схемы управления 4. На вторые входы первой и второй схем управления 4 и 5 (схемы И) подан с инверсных выходов первого и второго элементов памяти 6 и 7 сигнал "Лог. 1", разрешающий прохождение сигнала с выходов компараторов. С выхода первой схемы управления 4 сигнал с уровнем "Лог. 1" поступает на тактовый вход первого элемента памяти 6 и устанавливает на его прямом выходе уровень "Лог. 1", а на инверсном выходе сигнал уровня "Лог. 0", который, поступая на второй вход второй схемы управления 5, запрещает прохождение сигналов с выхода второго компаратора 3. "Лог. 1" на входе первого индикатора (положительной полярности) 8 заставляет его индицировать, что свидетельствует о том, что вывод ПЭП, подключенный к ОП, является положительным. Первый элемент памяти 6 держит на прямом выходе уровень "Лог. 1" до нажатия кнопки сброса 10. При обратном подключении выводов ПЭП к ОП все процессы в работе ОП повторяются, но при этом работают блоки 3, 5, 7, 9.

Заявленный определитель полярности имеет небольшие размеры и вес, низкое автономное напряжение питания, малое потребление мощности - все это обеспечивает возможность мобильного использования ОП в жестких условиях эксплуатации и на судостроительных заводах.

Благодаря элементам памяти, индикации и возможности перезапуска и повторного измерения позволяет быстро и легко определить полярность включения ПЭП в многоэлементной антенной решетке при сборке, монтаже ПЭП и при любых условиях эксплуатации на корабле и лодке.

Литература.

1. РД Р9122-73. Блоки и преобразователи пьезокерамические. Методы измерений электромеханических параметров. 2. Патент Японии G 01 R 19/14. Схема определения полярности. JP 3157960 от 23.04.2001. Приоритет 205131 от 19.08.93. Заявитель Mitsubishi Electric Corp.