Конструкция экспериментальной ячейки

В качестве чувствительных элементов на поверхностно-акустических волнах использовались линии задержки ПАВ, выполненные на АТ-срезе монокристаллического кварца таким образом, что частота генерируемой поверхностно-акустической волны составляла 170 МГц. Для выполнения поставленных в данной работе задач была изготовлена экспериментальная ячейка следующей конструкции. На основание, представляющее собой пластину 100*100*10 мм из нержавеющей стали, устанавливался высокочастотный усилитель. Усилитель был помещен в металлический корпус 25х25х10 мм и его параметры были специально подобраны для использовавшихся в ходе исследований ПАВ преобразователей. В верхней грани корпуса усилителя имелись контактные отверстия, в которые вставлялись ножки стандартного ПАВ держателя. В качестве крышки ПАВ преобразователя, для исключения влияния внешних воздействий на частоту ПАВ, использовалась нержавеющая пластина 40х40х4 мм, в которой было вырезано отверстие необходимой геометрии и размеров. На верхнюю грань этой пластины напротив отверстия была приварена еще одна пластинка таким образом, что в первой пластине образовалась полость. В данную полость помещался ПАВ преобразователь. Для создания вакуумного уплотнения крышка прижималась к усилительной коробке при помощи болтов диаметром 5мм через прокладку из силиконовой резины. В верхнюю часть пластины над ПАВ преобразователем были вварены два штуцера из нержавеющих трубок 3-х миллиметрового диаметра для введения в ячейку требуемых газовых потоков, а также откачки ее на вакуум. Для исключения попадания пыли и частиц грязи на поверхность распространения поверхностно-акустической волны, в штуцеры были введены специальные фильтры, используемые в качестве вкладышей во входных штуцерах газовых редукторов. При проведении экспериментов штуцеры ячейки соединялись с соответствующими выводами универсального газового стенда.

Описание приборов и материалов

Для измерения частоты ПАВ в работе использовался частотомер электронно-счетный Ч3-54, характеристики которого представлены ниже:

Рисунок 3 Внешний вид частотомера Ч3-54

Назначение:

1. Частотомер электронно-счетный 43-54 предназначен для:

- измерения частоты синусоидальных и частоты следования импульсных сигналов;

- измерения периода синусоидальных и периода следования импульсных сигналов;

- измерения длительности импульсов и интервалов времени;

- измерения отношения частот электрических сигналов;

- суммирования электрических сигналов;

- деления частоты электрических сигналов;

- выдачи напряжений опорных частот;

- работы со сменными блоками.

2. Прибор по условиям эксплуатации предназначен для работы в условиях:

- температура окружающей среды от 243 до 323 К (от минус 30 до +50°С);

- повышенная влажность до 98% при температуре до 308 К (+35°С).

3. Прибор питается от сети переменного тока напряже­нием (220 ± 22) В частотой (50±0,5) Гц; (220±11) В или (115±6) В частотой (400_-12⁺²⁵ ) Гц.

4. В приборе предусмотрена возможность работы со сменными блоками и другими приборами.

Применение сменных блоков и других приборов позволяет производить измерение частоты в широком диапазоне и значительно расширяет возможности прибора.

При работе со сменным блоком усилителем широкополосным ЯЗЧ-31/1 прибор измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 0.1 до 60 МГц при уровне входного сигнала от 1 мВ до 10 В.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-41 прибор измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 0,1 до 1 ГГц при уровне входного сигнала от 0.05 до 1 В.

При работе со сменным блоком преобразователем частот ты ЯЗЧ-42 прибор измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 1 до 5 ГГц при уровне входного сигнала от 0.2 до 10 мВт.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-43 прибор измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 4 до 12 ГГц при уровне входного сигнала от 0.2 до 5 мВт.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты автоматическим ЯЗЧ-72 прибор измеряет частоту синусоидальных сигналов от 0.3 до 7 ГГц при уровне входного сигнала от 0.2 до 5 мВт.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты автоматическим ЯЗЧ-72 или преобразователем частоты ЯЗЧ-42 и преобразователем частоты Ч5-13 измеряется частота синусоидальных сигналов в диапазоне от 10 до 78.33 ГГц при уровне входного сигнала от 0,1 до 5 мВт (10 – 37.5) ГГц, от 0.5 до 5 мВт (37.5 - 70) ГГц и от 1 до 5 мВт (70 – 78.33) ГГц.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-87 прибор измеряет частоту синусоидальных сигналов и несущую частоту импульсно-модулированных сигналов от 0.07 до 12 ГГц при уровне входного сигнала от 0.1 до 5 мВт.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-88 прибор измеряет частоту синусоидальных сигналов и несущую частоту импульсно-модулированных сигналов от 8 до 18 ГГц при уровне входного сигнала от 0.4 мВт до 5 мВт.

5. Прибор может применяться для настройки, испытаний и калибровки различного рода приемо-передающих трактов, фильтров, генераторов, для настройки систем связи и других устройств.

Технические данные

1. Прибор измеряет:

· по ВХОДУ А частоту синусоидальных сигналов:

- в диапазоне от 0.1 Гц до 420 МГц при напряжении входного сигнала от 0.1 до 100 В эфф.;

-в диапазоне от 120 до 150 МГц при напряжении входного сигнала от 0.2 до 3 В эфф.;

· по ВХОДУ Д частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 50 до 300 МГц при напряжении входного сигнала 0.2 до 3 В эфф.;

· по ВХОДУ А частоту следования импульсных сигналов любой полярности, имеющих не более двух экстремальных значений за период, в диапазоне от 0.1 Гц до 120 МГц при напряжении входного сигнала от 0,3 до 100 В.

2. Относительная погрешность измерения частоты синусоидальных и импульсных сигналов df в пределах значений, рассчитанных по формуле:

где d₀ - относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого, генератора или внешнего источника, используемого вместо внутреннего генератора;

f_изм – измеряемая частота, Гц;

t_cч – время счета, с.

3. Номинальное значение частоты кварцевого генератора - 5 МГц. Пределы корректировки частоты кварцевого генератора при выпуске прибора не менее ±5•10^-7 относительно номинального значения частоты.

Действительное значение частоты кварцевого генератора при выпуске прибора установлено с погрешностью в пределах ±2•10^-8 относительно номинального значения частоты после времени установления рабочего режима.

4. Максимальная относительная погрешность по частоте кварцевого генератора после времени установления рабочего режима не должна быть более:

± 1.5×10^-7 в течение 1 месяца;

±2.5×10^-7 в течение 6 месяцев;

±5×10^-7 в течение 12 месяцев,

Время 1, 6 и 12 месяцев отсчитывается с момента установки действительного значения частоты с погрешностью в пределах ±2×10^-8.

5. Относительное изменение среднего значения частоты выходного сигнала кварцевого генератора за 1 сутки в пределах:

после времени установления рабочего режима ±2×10^-8;

после 24 часов непрерывной работы ± 1×10^-8;

после 72 часов непрерывной работы ±5×10^-8.

6. Среднеквадратическая относительная случайная вариация частоты кварцевого генератора при окружающей температуре, поддерживаемой с точностью ±1°С, после времени установления рабочего режима не должна быть более:

±1×10^-10 за 1 с;

±1×10^-10 зa 10 с;

±3×10^-9 за 1 ч.

7. Температурный коэффициент частоты кварцевого генератора в пределах:

±1×10^-9 на 1°С (для приборов с приемкой представителя заказчика);

±3×10^-9 на 1°С (для остальных потребителей).

8. Прибор измеряет по ВХОДУ Б единичный и усредненный (коэффициент усреднения равен 10, 10², 10³ и 10⁴) период сигналов синусоидальной, и импульсной формы любой полярности при длительности импульсов не менее 0.1 мкс в диапазоне частот от 0 до 1 МГц. Напряжение входного сигнала:

от 0.1 до 100 В эфф. для сигнала синусоидальной формы;

от 0.3 до 100 В для сигнала импульсной формы.

9. Относительная погрешность измерения периода d_т синусоидальных сигналов должна быть в пределах значений, рассчитанных по формуле:

где d₀ - относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого, генератора или внешнего источника, используемого вместо внутреннего генератора;

n - число усредняемых периодов (множитель периода);

Т_такт - период частоты заполнения (метки времени);

Т_изм - измеряемый период;

d_з - относительная погрешность уровня запуска, определяемая по формуле:

где U_ш - амплитуда шумового сигнала, В;

U_c - амплитуда входного сигнала, В.

Значения относительной погрешности d_з в зависимости от соотношения приведены ниже

 

, дБ	20	40	60
dз	3×10-2	3×10-3	3×10-4

Относительная погрешность измерения периода импульсных сигналов при длительности фронтов импульсов не более половины периода сигнала заполнения - в пределах значении, определяемых по формуле:

10. Прибор измеряет отношение частот электрических сигналов.

Диапазон высшей из сравниваемых частот (ВХОД А) от 10 Гц до 150 МГц. Диапазон низшей из сравниваемых частот (ВХОД Б) от 0 до 1 МГц.

Напряжение и форма входных сигналов соответствуют приведенным в пп. 1 и 8.

11. Относительная погрешность измерения отношения частот  - в пределах значении, определяемых по формуле:

для сигнала низшей (f₂) из сравниваемых частот синусоидальной формы или импульсного сигнала при длительности фронтов более половины периода высшей (f₁) из сравниваемых частот и в пределах значений, определяемых по формуле:

для импульсного сигнала низшей из сравниваемых частот с длительностью фронтов не более половины периода высшей из сравниваемых частот.

12. Прибор производит по ВХОДУ А счет числа (суммирование) электрических колебаний в диапазоне частот от 0 до 150 МГц за время, устанавливаемое вручную.

Напряжение и форма входного сигнала соответствуют п. 1.

13. Прибор измеряет по ВХОДАМ В и Г интервал времени в диапазоне от 0.1 мкс до 10⁵ с при внутренних частотах заполнения 10³, 10⁴, 10⁵, 10⁶, 10⁷ и 10⁸ Гц, частота внешнего сигнала заполнения от 0 до 150 МГц.

Напряжение входного сигнала импульсной формы соответствует приведенному в п. 8.

14. Относительная погрешность измерения интервалов времени при длительности фронтов измеряемых импульсов не более половины периода сигнала заполнения не должна превышать значения, определяемого по формуле:

где d₀ - относительная погрешность частоты кварцевого генератора или внешнего источника, используемого вместо внутреннего кварцевого генератора;

t_изм - измеряемый интервал, мс;

и при длительности фронтов более половины сигнала заполнения не должна превышать значения, определяемого по формуле:

где t_ф1, t_ф2 - длительность фронтов импульсов, определяющих начало и конец счета, мс.

15. Входное сопротивление и входная емкость прибора по ВХОДАМ А и Б не менее 1 МОм и не более 70 пФ.

При нажатой кнопке «50 W» входное сопротивление прибора по ВХОДУ А - 50 Ом.

16. Прибор измеряет в режиме КОНТРОЛЬ собственные опорные частоты 1, 10, 100 кГц, 1, 10, 100 МГц с целью проверки работоспособности прибора.

17.  Прибор обеспечивает непосредственный отсчет результатов измерения в цифровой форме с индикацией единиц измерения (MHz, KHz, mS, mS), переполнения (П), децимальной точки. В режиме ПАМЯТЬ прибор обеспечивает хранение результата измерения на время цикла измерения.

18. Время счета прибора при измерении частоты по ВХОДУ А 10^-3, 10^-2, 10^-1, 1 и 10 с. При измерении частоты по ВХОДУ Д время счета удваивается.

19. При автоматическом пуске прибор обеспечивает возможность плавной установки времени индикации результатов измерения от 0.1 до 5 с; с допустимым отклонением +50% от указанных величин; при ручном и внешнем пуске время индикации неограниченное.

20. Прибор делит по ВХОДУ Б частоту входного сигнала в диапазоне от 0 до 1 МГц с коэффициентом деления 1, 10, 10², 10³ и 10⁴.

Напряжение и форма входного сигнала соответствуют приведенным в п. 8.

Форма выходного сигнала - положительный импульс длительностью не менее 0.1 мкс, амплитудой не менее 2 В на нагрузке 10 кОм.

21. Прибор выдает сигналы опорных частот: 0.1; 1, 10, 100 Гц, 1, 10, 100 кГц, 1 и 10 МГц, имеющие форму положительных импульсов со скважностью не более 5 и амплитудой не менее 2 В на нагрузке 10 кОм; 5 и 50 МГц напряжением; не менее 0.5 В на нагрузке 1 кОм на конце кабеля соединительного (4.850.597-21). Форма сигнала - близкая к синусоидальной.

22. Прибор работает от внешнего источника опорной частоты 5 МГц ±100 Гц напряжением от 0.5 до 3 В на нагрузке 100 Ом вместо внутреннего кварцевого генератора.

23. Прибор выдает на регистрирующее устройство информацию о значении измеряемой величины в потенциальном виде в параллельном двоично-десятичном коде 8-4-2-1 с  уровнями напряжений на нагрузке 10 кОм;

от +2,4 до +4,5 В - логическ. «1»;

от 0 до +0,5 - логическ. «0».

24. Прибор принимает внешний сигнал запрета работы напряжением от 0 до +0.4 В.

25. После окончания счета прибор выдает командный сигнал для запуска регистрирующего устройства - положительный перепад напряжением с уровнями логического «0» от 0 до +0.5 В, логической «1» от +2.4 до +4.5 В на нагрузке10 кОм.

26. Прибор имеет автоматический, ручной и внешний сброс-пуск. Внешний сброс-пуск осуществляется импульсом положительной полярности, амплитудой от +2.4 до +4.5 В, на нагрузке 10 кОм, длительностью не менее 10 мкс при крутизне фронта не менее 0.5 В/мкс.

27. Прибор обеспечивает возможность дистанционного управления переключателями: РОД РАБОТЫ, ВРЕМЯ СЧЕТА-МНОЖИТЕЛЬ, МЕТКИ ВРЕМЕНИ, «50 W», «1V/10V», БЛОК, «150 MHz;/5 MHz», а также уровнями срабатывания усилителей по ВХОДУ А и ВХОДУ Б.

28. Прибор обеспечивает свои технические характеристики после времени установления рабочего режима, равного 2 ч. Время готовности прибора без гарантированной погрешности частоты внутреннего кварцевого генератора или работе с внешним источником опорной частоты - не более 1 мин; при работе прибора в интервале температур от 263 до 243 К (от минус 10 до минус 30°С) - не более 10 мин.

29. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением (220±22) В частотой (50±0.5) Гц, (220±11) или (115 ± 6) В частотой (400_-12⁺²⁸) Гц. Допустимое содержание гармоник до 5%.

30. В приборе обеспечена возможность автоматического подключения цепи питания кварцевого генератора к внешнему источнику постоянного напряжения +(27±3) В с потребляемым током не более 0.37 А.

31. Мощность, потребляемая прибором от сети при финальном напряжении, не превышает 100 ВА.

32. Прибор сохраняет свои технические характеристики в течение 16 ч непрерывной работы.

33. Нормальные условия эксплуатации:

температура окружающей среды - (293±5)К (20±5) ⁰С;

относительная влажность воздуха - (65±15)%;

атмосферное давление - (100±4) кПа (750±30) мм рт. ст.

34. Рабочие условия эксплуатации:

температура окружающей среды - от 243 до 323 К (от минус 30 до плюс 50°С);

повышенная влажность - до 98% при температуре до 308K (+35°C);

атмосферное давление - (100±4) кПа (750±30) мм рт. ст.

35. Предельные условия:

температура окружающей среды - от. 223 до 338 К (от минус 50 до +65°С);

пониженное атмосферное давление – 61.33 кПа (460 мм рт. ст.). После пребывания в предельных условиях время выдержки прибора в нормальных условиях не менее 2 часов.

36. Габаритные размеры прибора 490х136х480 мм. Масса прибора (без упаковки) не более 16 кг.

37. Наработка на отказ прибора - не менее 3000 ч

38. Средний срок службы прибора - не менее 10 лет. Средний ресурс - не менее 10000 часов.