Измерение параметров пьезоэлектрических элементов и преобразователей необходимо при разработке и серийном изготовлении всех типов изделий пьезотехники. В настоящий момент для решения указанной задачи наиболее часто используют динамический метод [1-3], основанный на анализе частотных зависимостей электрических характеристик испытуемого объекта в рай-оне резонанса. Как правило [1,2], измерения проводят в соответствии со структурной схемой на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема испытательного стенда.
1. Генератор. 2. Испытуемый объект.
3. Набор калибровочных сопротивлений. 4. Частотомер.
Основой измерений, в соответствии с представленной схемой, является экспериментальное определение частотной зависимости проводимости, с последующей её математической обработкой и вычислением требуемых пара-метров в соответствии с различными алгоритмами [2, 3]. На практике описанные измерения реализуются с помощью специальных методов, основой которых являются амплитудно-частотные анализаторы типа Х1-36(Х1-38) и специально изготовленные магазины сопротивлений, переключаемых операторами, как при исследовании различных типов элементов, так и в процессе измерений проводимости одного и того же элемента, имеющего большой ди-намический диапазон изменения характеристик.
Описанная процедура является громоздкой, требует больших затрат времени и крайне неудобна для проведения оперативных изменений, быстрой и точной обработке результатов, их протоколирования, и последующего анализа.
В настоящей работе представлены результаты разработки программно-аппаратного комплекса (а именно его программной части) свободного от вышеупомянутых недостатков. Комплекс функционально состоит из персонального компьютера и автономного блока, функционирование которых обусловлено специально разработанным пакетом программ. Основные принципы построения указанного комплекса и соответствующего программного обеспечения может быть пояснён с помощью функциональной схемы комплекса рис 2.
Рис. 2: Функциональная схема комплекса.
1. Микропроцессор. 2. Генератор. 3. Усилитель мощности.
4. Блок реле с калиброванными сопротивлениями.
5. Выпрямитель эффективного значения. 6. Источник питания.
Программное обеспечение комплекса создано с использованием объектно-ориентированного подхода. Основная работа ведется в отдельном потоке, что позволяет избежать замедления работы интерфейса. Имеется возможность подключения плагинов. Структура программного комплекса приведена на рис.3.
Рис. 3: Структура программного комплекса.
Полученные результаты можно сохранить в наиболее популярных стандартах, таких как MS Excel, Word, текст. Имеется возможность сохранять и загружать измерения полностью, что дает широкие возможности для анализа, сравнения полученных данных. Расчет параметров пьезоэлементов ведется по методу Мартина [4] с использованием следующих формул: {Формулы}
где Ke – коэффициент связи, Cd – динамическая ёмкость, Id – динамическая индуктивность, Rd – динамическое сопротивление, Qf - фактор качества, Q – добротность, Cs - статическая ёмкость, Kc – отношение емкостей.
Кроме того, имеется возможность быстро и легко изменить расчетные формулы и сам метод расчета на любой другой. Результаты измерений представляются в виде трафиков и таблиц (см. рис.4,а,б).
Рис. 4а: Результаты измерений (график).
Рис. 4б: Результаты измерений (таблица).
В результате данной работы был разработан пакет прикладных программ для программно-аппаратного комплекса измерения параметров пьезоэлементов и пьезопреобразователей, который является его неотъемлемой частью. Разработка подобного комплекса позволила значительно ускорить и улучшить процесс измерения пьезоэлементов. Кроме того, был создан конкурентоспособный коммерческий продукт.
Литература.- ГОСТ 12370-80. Материалы пьезокерамические. Методы испыта-ний. М. Издательство стандартов, 1980.
- ОСТ 11 0444-87. Материалы пьезокерамические. Технические ус-ловия. М.: Электростандарт, 1987.
- Пьезокерамические преобразователи. Справочник / Под ред. С. И. Пугачёва. Л.: Судостроение, С.: 1984-255.
- Martin G. E. Determination of equipment – circuit constants of piezo-electrionic rezonators of moderately low Q by absolute admittance measurements. JASA, 1954, V. 23, N3, p.p. 413-420.