Brevet FR2427589A1 — publié le 19791228

La présente invention se rapporte aux dispositifs de mesure des paramètres électriques des résonateurs piézo-électriques et a notamment pour objet un dispositif de mesure des fréquences de résonance et d'antirésonance de ces résonateurs, qui peut être utilisé dans les appareils de mesure électriques destinés à l'apprdoiation des paramètres électriques des résonateurs à quartz et piézo-céramiques. On connait un mesureur des fréquences de résonance et d'antirésonance des résonateurs piézo-électriques, colportant un oscillateur harmonique contrôlé, dont la sortie est connectée à l'entrée d'un fréquencemètre, et est reliée par l'intermédiaire d'un quadripôle resistif associé au résonateur à mesurer et un convertisseur de tension alternative en tension continue, à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel dont l'entrée non-inverseuse est connectée, par l'intermédiaire d'un commutateur, à l'entrée d'une source de tension continue de référence, et dont la sortie, par 1'intermédiaire d'un intégrateur, est reliée électriquerent à l'entrée de commande de l'oscillateur har ontique. Dans ce mesureur connu, le signal de sortie du résonateur à mesurer, appliqué à l'entrée inverseusede l'amplificateur opérationnel, est comparé avec la tension continue de référence qui est appliquée à l'entrée noninverseuse de l'amplificateur opérationnel. En cas d'égalité de ces tensions, lors de la mesure de la fréquence de résonance, l'accroissement de la fréquence de ltoscillateur harmonique prend fin par suite de la contre-réaction de sortie de l'amplificateur opérationnel appliquée par l'in termédiaire d'un intégrateur à l'entrée de commande de l'oscillateur. Si la tension continue de référence appliquée à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel est copmensurable avec la tension de résonance de sortie du résonateur piézo-électrique à mesurer possédant un haut facteur de qualité, la fréquence de résonancé d'un résonateur à faible facteur de qualité peut ne pas entre déterminée. Ceci peut avoir lieu parce que la tension de résonance de sortie d'un tel résonateur peut s'avérer plus faible que la tension de référence. Au noient où est atteinte la fréquence de résonance, le signe de la tension à la sortie de l'am- plificateur opérationnel ne change pas et la fréquence de l'oscillateur continue de croître. La valeur finale de cette dernière, dans ce cas, est déterminée non pas par la fréquence de résonance du résonateur à mesurer, mais par la valeur de la tension de la source de tension de référence. En conséquence, la fréquence de résonance du résonateur piézoélectrique possédant un faible facteur de qualité est mesurée avec une erreur importante. Donc, le nesureur connu est caractérisé par une erreur de mesure importante au cas où les résonateurs piézoélectriques dont les fréquences de résonance et d'antirésonance sont à mesurer diffèrent sensiblement l'un de l'autre par leurs facteurs de qualité. L'invention vise par conséquent up mesureur des fréquences de résonance et d'antirésonce des résonateurs piézoélectriques, dans lequel, gràce à l'introdmetien d'un circuit de réaction d'un amplificateur opérationnel, serait assurée la précision de mesure nécessaire des fréquences de résonance et d'antirésonance de résonateurs piézo-électriques différant considérablement l'un de l'autre par leurs facteurs de qualité. Ce problème est résolu à l'aide d'un mesureur des fréquences de résonance et d'antirésonance des résonateurs piézo-électriques, qui comporte un oscillateur harmonique contrôlé dont la sortie est connectée à l'entrée d'un fré quencemètre et est reliée, par l'intermédiaire d'un quadri polie resistif associé au résonateur à mesurer et un convertisseur de tension alternative en tension continue, à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel dont entrée noninverseuse est raccordée, par l'intermédiaire d'un commutateur, à la sortie d'une source de tension continue de référence, et dont la sortie, par l'intermédiaire d'un intégrateur, est reliée électriquement à l'entrée de commande d'un oscillateur harmonique, ledit mesureur de fréquences étant selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte un compteur binaire réversible, un convertisseur numérique analogique aux entrées duquel sont connectées les sorties dudit compteur, et dont la sortie, par l'intermédiaire d'un commutateur, est connectée à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel, un bloc de commande d'inversion du compteur binaire, dont les sorties sont connectées aux en trées dudit compteur et dont l'entrée est connectée à la sortie de 1 'amplificateur opérationnel, un circuit à retard électronique dont l'entrée est connectée, par l'intermédiaire d'un commutateur à la sortie de la source de tension continue de référence, et dont la sortie est connectée à l'entrée d'un dispositif de mise à l'état initial du compteur binaire réversible, et un auto-oscillateur à impulsions rectannu- laires, dont la sortie est connectée à l'entrée de comptage du compteur binaireréversible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description, qui va suivre, d'un exemple de réalisation concret mais non limitatif, faite et en se référant au dessin unique annexé sur lequel est représenté le schéma synoptique d'un mesureur des fréquences de résonance et d'antirésonance des résonateurs piézo-électriques, selon l'invention. Le mesureur des fréquences de résonance et d'antirésonance des résonateurs piézo-électriques comporte un oscillateur harmonique contrôlé 1, un circuit quadripôle resistif 2 pour la connexion du résonateur à mesurer, dont l'entrée est connectée à la sortie de l'oscillateur 1, et un convertisseur de tension alternative en tension continue 3, dont l'entrée est connectée à la sortie du circuit quadripôle résistif 2. L'appareil de mesure comporte également un amplificateur opérationnel 4 dont l'entrée inverseuse 5 est connectée à la sortie du convertisseur 3 et dont l'entrée non-inverseuse 6 est connectée, par l'intermédiaire d'un commutateur 7, à une source de tension continue de référence 8. Le mesureur comprend un intégrateur 9 dont l'entrée est connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 4 et dont la sortie est connectée à l'entrée de commande de l'oscillateur harmonique 1. La sortie de l'oscillateur 1 est également connectée à l'entrée d'un fréquencemètre 10. En outre, le mesureur comporte un compteur binaire réversible 11, un convertisseur numérique-analogique 12 dont les entrées sont connectées aux sorties du compteur binaire 11, un bloc 13 de commande d'inversion du compteur binaire 11, un circuit à retard électronique 14 réalisé sous la forme d'un multivibrateur bloqué, et un auto-oscillateur 15 à impulsions rectangulaires. La sortie du convertisseur numérique-analogique 12 est connectée à un contact 16 du commutateur 7, dont le contact 17 est connecté à la sortie d'une source de tension continue de référence 8. Les sorties du bloc de commande d'inversion ss réalisé sous la forme d'une bascule ayant un circuit à seuil à son entrée, sont connectées aux entrées 18 et 19 du compteur binaire 11. L'entrée 20 de mise à l'état initial de ce dernier est connectée à la sortie du circuit à retard électronique 14, dont l'entrée est connectée, par l'intermédiaire d'un commutateur 7, à la sortie de la source de tension continue de référence 8. L'entrée d'inversion 21 du compteur binaire réversible Il est raccordée à la sortie de l'auto- oscillateur 15 à impulsions rectangulaires. Le mesureur des fréquences de résonance et d'antirésonance des résonateurs piézo-électriques, selon l'invention, fonctionne de la manière suivante. Le résonateur piézo-électrique destiné à btre mesuré est placé dans un dispositif de fixation du quadripôle résistif 2. Le commutateur 7 est branché sur le contact 17 et le mesureur commence à revenir à son état initial. A l'entrée non-inverseuse 6 de l'amplificateur opérationnel 4, à partir de la source de tension de référence 8, est alors appliquée une tension à polarité négative qui dépassant considérablement la tension à l'entrée inverseuse 5 de l'amplificateur opérationnel 4. Etant donné la présence d'une faible tension à l'entrée de l'intégrateur 9, sa capacité est chargée jusqu'à un potentiel minimal, tandis qu'à la sortie de l'oscillateur contrôlé 1 s'établit une fréquence minimale d'oscillations harmoniques. En même temps, au moment de la fermeture du contact 17, à la sortie du circuit à retard électronique 14 apparait une impulsion de polarité négative qui est appliquée à l'entrée 20 du compteur binaire réversible Il et met celui-ci à l'état initial. Le signal continu arrivant pendant la période initiale à l'entrée 18 du compteur Il à partir d'une des sorties du bloc de commande d'inversion 13, met le compteur binaire Il en condition de réalisation de l'opération d'addition. Après la fermeture du contact 16 du commutateur 7, une tension initiale de sortie du convertisseur numériqueanalogique 12 est appliquée à l'entrée non-inverseuse 6 de 1'amplificateur opérationnel, ladite tension initiale étant choisie inférieure à la tension de résonance minimale du résonateur à mesurer. Cette tension initiale de sortie du convertisseur nusérique-analogique 12 est maintenue, pendant la durée de 1 'impulsion de polarité négative, à la sortie du circuit à retard électronique 14. A ce moment la capacité de l'intégrateur 9 est chargée jusqu'à une valeur de potentiel initiale, tandis que la fréquence des oscillations de l'oscillateur 1 s'accroît en se rapprochant de la fréquence de résonance du résonateur à mesurer. A l'entrée inverseuse 5 de l'amplificateur opérationnel 4 est appliquée une tension redressée à partir du convertisseur de tension alternative en tension continue 3. Au moment de l'égalisation des tensions aux deux entrées 5 et 6 de l'amplificateur opérationnel 4, la fréquence de l'oscillateur harmonique 1 cesse de s'accroître et est maintenue automatiquement à un niveau constant. En cas de variation de la fréquence des oscillations de l'oscillateur 1 dans le sens d'une diminutation ou d'une augmentation, la tension à la sortie de l'amplificateur opérationnel 4 varie toujours en phase opposée à la variation de la tension d'entrée. La durée de l'impulsion de polarité négative envoyée à partir de la sortie du circuit à retard électronique 14 est choisie supérieure au temps nécessaire à l'égalisation des tensions aux entrées 5 et 6 de l'amplificateur opérationnel 4. A la fin de ladite impulsion, entre en action le compteur binaire réversible Il mis en position d'addition par un signal appliqué à son entrée 18. Les impulsions de sortie de l'auto-oscillateur 15 à impulsions rectangulaires, appliqués à 1'entre d'addition 21 du compteurîI,sxtadditionnées dans ce dernier et envoyées aux entrées du convertisseur numérique analogique 12. A la sortie du convertisseur nuxérique-analogique 12 il se forme une tension résultante qui se compose des tensions initiale et à paliers, cette dernière augmentant d'un palier à chaque impulsion appliquée à l'entrée 21 du compteur 11. Quand la tension à l'entrée 6 de l'amplificateur 4 augmente d'un palier, la tension à sa sortie augmente elle aussi, ce qui entraine une croissance de la fréquence des oscillations de l'oscillateur 1, mais la tension à la sortie de l'amplificateur opérationnel 4 qui correspond à ce palier n'entraîne pas le fonctionnement du bloc 13 de commande d'inversion du compteur binaire 11. Si la résonance vraie n'est pas encore atteinte, à l'entrée inverseuse 5 de l'amplificateur opérationnel 4 apparat aussi une tension égale à la valeur d'un palier, et la tension de sortie de l'amplificateur 4 devient de nouveau égale à zéro. Si au moment de l'une des augmentations sucessives par paliers de la tension à l'entrée non-inverseuse 6 de l'amplificateur opérationnel 4 de la tension de sortie de ce dernier ne revient pas à la valeur zéro, cela témoigne du fait que la résonance vraie est passée. La tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 4 correspondant à deux paliers d'augmentation à ses entrées 5 et 6 provoque le fonctionnement du bloc 13 de commande d'inversion du compteur binaire 11. A ce moment le signal continu disparait à l'entrée 18 du compteur binaire réversible Il et apparait à son entrée 19, en mettant ainsi le compteur 17 en position de soustraction. A ce régime, l'impulsion suivante appliquée à entrée 21 du compteur Il est soustrait de la somme des impulsions appliquées précédemment. La tension résultante à la sortie du convertisseur numérique-analogique 12, à l'arrivée de chaque impulsion à entrée 21 du compteur 11, diminue d'un palier. La tension à l'entrée non-inverseuse 6 de l'amplificateur opérationnel 4 prend alors de nouveau une valeur correspondant à la résonance du résonateur à mesurer, et la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 4 devient de nouveau égale à zéro. De cette manière, après l'obtention de la résonance vraie, il se produit autour de la tension de résonance des "oscillations" de valeur correspondant à un palier. Plus la valeur de ce palier est faible, plus la précision avec laquelle est déterminée la résonance du résonateur piézoélectrique mesuré est élevée. La mesure de la fréquence d'antirésonance s'effectue d'une manière analogue à celle qui vient d'être décrite avec cette différence que la valeur de la tension initiale dans ce régime est établie maximale pour assurer à l'état initial une fréquence maximale, pour la gamme donnée, de l'oscillateur harmonique 1. Les fréquences de résonance et d'antirésonance du résonateur piézo-électrique mesuré sont fixées par le fréquencemètre 10. L'application de l'appareil de mesure considéré pour la détermination des fréquences de résonance et d'antirésonance des résonateurs piézo-céramiques et à quartz permet d'assurer la précision nécessaire lors de la détermination des fréquences de résonateurs qui diffèrent considérablement l'un de l'autre par leurs facteurs de qualité. Le plus grand effet est obtenu quand l'appareil de mesure selon l'invention est utilisé au cours du montage de certains types de filtres à-bandes et d'arrêt, montés en pont ou en escalier. Une erreur minimale de mesure de la fréquence de résonateurs ayant des facteurs de qualité différents est obtenue grace à l'introduction dans le circuit de réaction de l'amplificateur opérationnel 4 du compteur binaire réversible Il avec le convertisseur numérique-analogique 12. Ceci a permis d'assurer le rapprochement de la fréquence de résonance réelle par "échelons". En augmentant la capacité du compteur binaire réversible Il on peut choisir la valeur-du pas d'augmentation de tension qui assurera une erreur minimale lors de la mesure des fréquences de résonateurs ayant un facteur de qualité minimal admissible et des résonateurs ayant un haut facteur de qualité. Ceci permet d'augmenter le rendement en filtres sains utilisant des résonateurs piézo-électriques, d'augmenter la fiabilité des filtres, ainsi que de diminuer le nombre d'éléments du filtre sans provoquer une dégradation de ses paramètres électriques. Bien entendu, l'invention n1 est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qutà titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la revendication qui suit. REVEND i CAT iON Dispositif de mesure des fréquences de résonance et d'antirésonance des résonateurs piézo-électriques, du type dans lequel la sortie d'un oscillateur harmonique con trôlé est connecté à entrée d'un fréquencemètre et est relié par l'intermédiaire d'un quadripôle résistif destiné au résonateur à mesurer et convertisseur de tension alternative en tension continue, à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel dont l'entrée non-inverseuse est connectée, par l'intermédiaire d'un commutateur, à la sortie d'une source de tension continue de référence, et dont la sortie, par l'intermédiaire d'un intégrateur, est reliée électriquement à l'entrée de commande de l'oscillateur harmonique, caractérisé en ce qu'il comporte un compteur binaire réversible, un convertisseur nusérique-analogique aux entrées duquel sont connectées les sorties dudit compteur, la sortie dudit convertisseur étant reliée par l'intermédiaire d'un commutateur à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel un bloc de commande d'inversion du compteur binaire reversible, dont les sorties sont connectées aux entrées dudit compteur et dont l'entrée est connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel, un circuit à retard électronique dont l'entrée est connectée, par l'intermédiaire d'un commutateur, à la sortie de la source de tension continue de référence, et dont la sortie est connectée à l'entrée d'un dispositif de mise à 1 'état initial du compteur binaire réversible, et un auto-oscillateur à impulsions rectangulaires, dont la sortie est connectée à l'entrée de comptage du compteur binaire réversible.