HU186095B - Circuit arrangement for measuring resonance frequency - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya áramköri elrendezés mechanikus, elektromechanikus és elektroakusztikus elemek és rendszerek rezonanciafrekvenciájának a mérésére, amely áramköri elrendezésnek szintsza- bá’yoz.ott, visszacsatolt erősítő áramkörből felépített oszcillátora van, amelynek a mérendő objektum a frekvencia meghatározó része. A mérendő objektumra meghajtó és érzékelő jelátalakító csatlakozik. Fi g. 1 -1-The present invention relates to a circuit arrangement for measuring the resonance frequency of mechanical, electromechanical and electroacoustic elements and systems, the circuit arrangement being a scaled, oscillator built up from a feedback amplifier circuit, the object to be measured being a determining part of the frequency. A drive and sensor transducer is connected to the object to be measured. Fi g. 1 -1-

Description

A találmány tárgya áramköri elrendezés mechanikus, elektromechanikus és elektroakusztikus elemek és rendszerek rezonanciafrekvenciájának a mérésére, amely áramköri elrendezésnek szintszabá’yoz.ott, visszacsatolt erősítő áramkörből felépített oszcillátora van, amelynek a mérendő objektum a frekvencia meghatározó része. A mérendő objektumra meghajtó és érzékelő jelátalakító csatlakozik.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a circuit arrangement for measuring the resonance frequency of mechanical, electromechanical and electroacoustic elements and systems, which is an oscillator of a level-controlled feedback amplifier circuit, the object of which to measure is the frequency determining element. A drive and sensor transducer are connected to the object to be measured.

Fig. 1Fig. 1

-1186 095-1186,095

A találmány tárgya áramköri elrendezés rezonanciafrekvencia mérésére, amelynek segítségével mechanikus, elektromechanikus és elektroakusztikus alkatrészek és rendszerek rezonanciafrekvenciája egyszerűen mérhető.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a circuit arrangement for measuring resonance frequencies by which the resonance frequency of mechanical, electromechanical and electroacoustic components and systems can be easily measured.

A találmány szerinti áramköri elrendezés egyik célszerű alkalmazási területe tetszőleges típusú hangszórók és hangsugárzók rezonanciafrekvenciájának mérése.A preferred application of the circuit arrangement of the present invention is the measurement of the resonance frequency of any type of loudspeakers and speakers.

Az eddig ismert rezonanciafrekvencia méréseknél a mérendő eszközt, szükség esetén meghajtó jelátalakító segítségével szinuszhullámú generátorra kapcsolták és mérték az eszközön fellépő rezgések amplitúdójának a nagyságát.In prior art resonance frequency measurements, the device to be measured was coupled to a sine wave generator, if necessary by means of a drive signal converter, and the magnitude of the oscillation of the device was measured.

A generátor frekvenciáját változtatva lesznek olyan helyek, ahol a mérendő eszközön lévő rezgések amplitúdójának helyi szélsőértéke van. A helyi szélsőérték lehet maximum vagy minimum. A generátor frekvenciáját 0 Hz-től változtatva az első maximumhoz tartozó frekvencia a párhuzamos rezonanciafrekvencia, az első minimumhoz tartozó frekvencia a soros rezonanciafrekvencia.By changing the frequency of the generator there will be places where the amplitude of the vibrations of the device to be measured has a local extreme value. The local extreme can be maximum or minimum. By changing the generator frequency from 0 Hz, the frequency of the first peak is the parallel resonance frequency, and the frequency of the first minimum is the series resonance frequency.

Ezt a mérési módszert alkalmazzák az ipar számos területén. Hangszórók, hangsugárzók rezonanciafrekvenciájának a mérése például a következő: a hangszórót a szinuszhullámú generátorra egy soros ellenálláson keresztül kapcsolják. Az ellenállásra vagy a hangszóróra egy csővoltmérőt csatlakoztatnak és ezzel indikálják a helyi szélsőértékeket. A frekvenciát a szinuszhullámú generátorhoz csatlakozó frekvenciamérőről olvassák le.This measurement method is used in many areas of the industry. For example, the measurement of the resonance frequency of speakers, speakers, is as follows: the speaker is connected to a sine wave generator via a series resistor. A tube voltmeter is connected to the resistor or loudspeaker to indicate local extremes. The frequency is read from the frequency meter connected to the sine wave generator.

Ezt a mérési elvet ajánlja a Brüel és Kjaer cég által 1974-ben kiadott Master Catalogue „Loudspeaker Measurement” című fejezet, és a Philips MBLE Components and Matériái Part 3 January C3 01-81 Loudspeakers című kiadvány A14 oldalThis measurement principle is recommended in the "Loudspeaker Measurement" section of the Master Catalog, published by Brüel and Kjaer in 1974, and in the Philips MBLE Components and Materials Part 3 January C3 01-81 Loudspeakers Page A14

3. pontja, valamint az Audax Loudspeaker Catalog Ns 66 1979/1980 6. oldal 6a pontja.6 of the Audax Loudspeaker Catalog Ns 66 1979/1980.

Ezt írja elő a DIN 45 573 Szabvány 1980. júliusThis is required by DIN 45 573, July 1980

1. rész 2. lap 5.2 pontja,\és az MSZ 16 680/7—19 1979. október 1. „Hangszórók és hangsugárzók vizsgálati módszerei”-re vonatkozó szabvány.Part 1, Sheet 2, Item 5.2, and Standard MSZ 16,680 / 7-19, October 1, 1979, "Test Methods for Speakers and Speakers".

Az említett módszer több hátránnyal is rendelkezik. Mint ismeretes a feszültség a rezonanciafrekvencia közelében lassan változik, így igen nehéz pontosan meghatározni a feszültség helyi szélsőértékének tényleges helyét. Hosszú a mérési idő, mivel a generátort kézzel kell beállítani, ezenkívül a mérés műszer igénye nagy: szinuszhullámú generátor, csővoltmérő, frekvenciamérő.This method has several disadvantages. As it is known, the voltage changes slowly near the resonance frequency, so it is very difficult to determine the exact location of the local extreme of the voltage. The measuring time is long, because the generator has to be set manually, and the measuring instrument is very demanding: sinusoidal oscillator, tube voltmeter, frequency meter.

A találmány célja a fenti hátrányok kiküszöbölése és olyan mérési módszer kidolgozása, melynél a mérendő eszközt csak csatlakoztatni kell és a rezonanciafrekvencia közvetlenül leolvasható,SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above drawbacks and to provide a measuring method in which the device to be measured only needs to be connected and the resonance frequency can be read directly,

A találmány szerinti áramköri elrendezés azon a felismerésen alapul, hogy egy alkatrész vagy egy rendszer rezonanciafrekvenciája meghatározható úgy is, hogy az alkatrészt vagy rendszert egy oszcillátor frekvenciameghatározó elemeként használjuk.The circuit arrangement of the present invention is based on the recognition that the resonance frequency of a component or system may be determined by using the component or system as a frequency determining element of an oscillator.

A feladat megoldására olyan áramköri elrendezést hoztunk létre, amely oszcillátoráramkörként van kialakítva, és amely mérendő eszközre csatlakoztatott meghajtó jelátalakító és érzékelő jelátalakítót, valamint frekvencia mérőt tartalmaz. A ta2 lálmány szerint a meghajtó jelátalakító bemenetén korrekciós tagon keresztül az érzékelő jelátalakítóra csatlakoztatott erősítő van, ahol a mérendő eszköz az így kialakított oszcillátoráramkör frekvencia meghatározó eleme.To accomplish this task, we have provided a circuit arrangement which is designed as an oscillator circuit and includes a drive converter and sensor converter connected to a device to be measured, and a frequency meter. According to the invention, an amplifier is connected to the sensor transducer via a correction member at the input of the drive transducer, wherein the device to be measured is the frequency determining element of the oscillator circuit thus formed.

A találmány szerinti áramköri elrendezéssel kialakított oszcillátorkor a pozitív, vagy a negatív bemenetére visszacsatolt, a pozitív, vagy negatív bemenetén szintszabályozással rendelkező mérőerősítő áramkör, melynek kimenetére, szükség esetén meghajtó jelátalakító segítségével csatlakozik a mérendő eszköz.An oscillator with a circuit arrangement according to the invention has a measuring amplifier circuit connected to its positive or negative input, having a positive or negative input level control, the output of which is connected, if necessary, by means of a drive signal converter.

Mechanikai alkatrészek és rendszerek rezonanciafrekvenciájának a mérésénél szükséges egy érzékelő jelátalakítóval a mechanikus rezgések elektromossá alakítása a villamos jel-visszacsatolás megvalósítása érdekében.Measuring the resonance frequency of mechanical components and systems requires the use of a sensor transducer to convert mechanical vibrations to electrical in order to provide electrical signal feedback.

Több helyi szélsőértékkel rendelkező alkatrészek vagy rendszerek mérése esetén a mérő-erősítő amplitúdó és fázis karakterisztikájának a megfelelő megválasztásával, és a mérőkörbe kapcsolt korrekciós taggal kell biztosítani, hogy az előzőeknek megfelelően felépített mérőoszcillátor a kívánt tartományban legyen rezgőképes.When measuring components or systems with multiple local extremes, the appropriate selection of amplitude and phase characteristics of the measuring amplifier and the correction circuit connected to the measuring circuit shall ensure that the measuring oscillator, as constructed above, is oscillating in the desired range.

A találmányt részletesen kiviteli példák kapcsán rajz segítségével ismertetjük. A mellékelt rajzokon az 1. ábra a találmány szerinti áramköri elrendezés blokksémája, a 2. ábra a találmány szerinti áramköri elrendezés egy előnyös kiviteli alakját ismerteti, ahol a mérendő eszköz elektrodinamikus hangszóró, a 3. ábrán a találmány szerinti áramköri elrendezés egy másik kiviteli alakja látható, a 4. ábra a találmány szerinti áramköri elrendezés egy további kiviteli alakját ismerteti, nyg az 5. ábra a 4. ábra szerinti áramköri elrendezéshez hasonló megoldást ismertet.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention will be described in detail with reference to the drawings. In the accompanying drawings, Fig. 1 is a block diagram of a circuit arrangement according to the invention, Fig. 2 illustrates a preferred embodiment of a circuit arrangement according to the invention, wherein the device to be measured is an electrodynamic speaker; Figure 4 illustrates a further embodiment of the circuit arrangement according to the invention, and Figure 5 illustrates a solution similar to the circuit arrangement of Figure 4.

Az 1. ábra szerinti áramköri elrendezésben 5 mérendő eszköz 4 meghajtó jelátalakítón keresztül csatlakozik 1 erősítő kimenetére. Az 1 erősítő bemenetel 3 korrekciós tagon keresztül 6 érzékelő jelátalakítóval vannak összekötve. A 6 érzékelő jelátalakító az 5 mérendő eszköz mechanikus rezgéseit alakítja elektromos jellé a pozitív visszacsatolás megvalósítása érdekében. Az 1 erősítőre csatlakoztatott 9 frekvenciamérő, a rezgések frekvenciájának a mérésére alkalmas. A 2 szintszabályozó áramkör, amely szabályozhat akár a pozitív, akár a negatív bemenetén az 1 erősítőnek, az 1 erősítő erősítését állítja be úgy, hogy a rezgések amplitúdója állandó és szinuszos legyen.In the circuit arrangement of Fig. 1, the device 5 to be measured is connected to the output of the amplifier 1 via a drive converter 4. The amplifier input 1 is connected via a correction member 3 to a sensor transducer 6. The sensor transducer 6 converts the mechanical vibrations of the device 5 to be measured into an electrical signal in order to achieve positive feedback. The frequency meter 9 connected to the amplifier 1 is suitable for measuring the frequency of vibrations. The level control circuit 2, which can control either the positive or negative input of the amplifier 1, adjusts the gain of the amplifier 1 so that the amplitude of the vibrations is constant and sinusoidal.

A 2. ábra az 1. ábra szerinti áramköri elrendezés egy lehetséges kiviteli alakja abban az esetben, amikor az 5 mérendő eszköz elektrodinamikus hangszóró. A hangszóró elektroakusztikus elem, így az 1 erősítő (mely áll a 10 műveleti erősítőből és a 7 impedanciából) kimenetére közvetlenül meghajtó jelátalakító nélkül csatlakoztatható, a 7 impedancián keresztül. A meghajtó elem maga a hangszóró lengőcsévéje. Az érzékelő jelátalakítást is a lengőcséve végzi, igy a hangszóró tartalmazza a 4 meghajtó jelátalakítót és a 6 érzékelő jelátalakítót. A hangszóró másik kivezetése földpotenciálra csatlakozik. A 7 impedancia értéke nagyságrendekkel nagyobb a hangszóró impedanciájánál, ezáltal aFigure 2 is a possible embodiment of the circuit arrangement of Figure 1 in which the device 5 to be measured is an electrodynamic speaker. The loudspeaker can be connected directly to the output of the amplifier 1 (consisting of the operational amplifier 10 and the impedance 7) without the need for a drive signal converter via the impedance 7. The drive element itself is the swivel of the speaker. The sensor signal conversion is also performed by the swivel, so that the speaker includes the drive 4 converter and the sensor 6 converter. The other terminal of the speaker is connected to ground potential. The impedance value of 7 is an order of magnitude greater than the impedance of the speaker, thus

-2i i bő 09b hangszóró áramgenerátoros meghajtást kap. A 7 impedancia értéke a mérendő tartományban tisztán ohmos jellegű. Rezonanciafrekvencián a hangszórón levő feszültségnek maximuma van és az erősítő fázisforgatása zéró. Ha ezt a feszültséget, vagyis a 7 impedancia és a hangszóró közös pontját, a 10 műveleti erősítő pozitív bemenetére csatlakoztatjuk, a rendszer a pozitív visszacsatolás miatt begerjed. A pozitív visszacsatolás ágába elhelyezett 3 korrekciós tag a rezonanciafrekvenciánál magasabb frekvenciájú rezgések csillapítására szolgál. A 2 szintszabályzó áramkör, amelynek bemenete a 10 műveleti erősítő kimenetére, kimenete pedig a 10 műveleti erősítő negatív bemenetére csatlakozva negatív visszacsatolást hoz létre, állítja be a 10 műveleti erősítő erősítését, vagyis a rezgések amplitúdójának a nagyságát úgy, hogy a rezgések jelalakja a hangszórón tiszta szinusz legyen. A 9 frekvenciamérő a hangszóró és a 7 impedancia közös pontjára csatlakoztatható.-2i i more 09b speakers are powered by a current generator. The impedance value 7 is purely ohmic in the range to be measured. At resonant frequency, the voltage across the speaker is at its maximum and the amplifier's phase rotation is zero. When this voltage, i.e. the common point of the impedance 7 and the loudspeaker, is connected to the positive input of the operational amplifier 10, the system heats up due to the positive feedback. The 3 correction members placed in the positive feedback branch serve to dampen vibrations at higher frequencies than the resonance frequency. The level control circuit 2, the input of which is connected to the output of the operational amplifier 10 and output to the negative input of the operational amplifier 10, adjusts the amplification of the operational amplifier 10, i.e., the amplitude of the vibrations so that the vibrations be a sinus. The frequency meter 9 can be connected to the common point of the speaker and the impedance 7.

Egy másik lehetséges kiviteli alak a 3. ábrán látható. A 10 műveleti erősítő kimenetére csatlakozik a 7 impedancián keresztül a hangszóró. A hangszóró másik kivezetése földpotenciálra van kötve. A 7 impedancia és a hangszóró közös pontját a 3 korrekciós tagon keresztül csatlakoztatjuk a 10 műveleti erősítő pozitív bemenetére. Ennél a megoldásnál a 2 szintszabályzó áramkör bemenete a 10 műveleti erősítő kimenetére, kimenete viszont a 10 műveleti erősítő pozitív bemenetére csatlakozik. A 10 műveleti erősítő negatív bemenete a földpotenciálra van kötve. A 9 frekvenciamérő a 7 impedancia és a hangszóró közös pontjára csatlakoztatható.Another possible embodiment is shown in Figure 3. The loudspeaker is connected to the output of the operational amplifier 10 via the impedance 7. The other terminal of the loudspeaker is grounded. The common point of the impedance 7 and the speaker is connected via the correction member 3 to the positive input of the operational amplifier 10. In this embodiment, the input of the level control circuit 2 is connected to the output of the operational amplifier 10, while its output is connected to the positive input of the operational amplifier 10. The negative input of the operational amplifier 10 is connected to ground potential. The frequency meter 9 can be connected to the common point of the impedance 7 and the speaker.

Az előzőekkel egyenértékű a 4. ábrán lévő áramköri elrendezés, melynél a hangszóró közvetlenül a 10 műveleti erősítő kimenetére csatlakozik. A hangszóró másik sarka a 7 impedancián keresztül földpotenciálra van kötve. A 7 impedancia értéke nagyságrendekkel kisebb a hangszóró impedanciájánál.Equivalent to the foregoing is the circuit arrangement of FIG. 4, wherein the speaker is connected directly to the output of the operational amplifier 10. The other corner of the loudspeaker is connected to ground potential via the impedance 7. The impedance value of 7 is an order of magnitude less than the impedance of the speaker.

A pozitív visszacsatolás megvalósítása érdekében a 10 műveleti erősítő kimenete a 3 korrekciós tagon keresztül össze van kötve a 10 műveleti erősítő pozitív bemenetével. A hangszóró és a 7 impedancia a kimeneti jelre nézve feszültségosztót képez. E két elem közös pontja csatlakozik a 10 műveleti erősítő negatív bemenetére, mely által negatív visszacsatolás jön létre a rendszerben. Rezonanciafrekvencián a hangszóró impedanciája maximális, vagyis a feszültségosztó felső tagja megnövekszik, ami a feszültségosztó kimeneti feszültségének a csökkenését eredményezi, mely által csökken a rendszer negatív visszacsatolása, ennek megfelelően a pozitív visszacsatolás válik hatásossá. így a rendszer rezonanciafrekvencián fog gerjedni. Ennél a megoldásnál a 2 szintszabályzó áramkör bemenete a hangszóró és a 7 impedancia közös pontjára, a kimenete a 10 műveleti erősítő pozitív bemenetére csatlakozik. A 9 frekvenciamérő a 10 műveleti erő⁵ sitő és a hangszóró közös pontjára csatlakoztatható.To achieve positive feedback, the output of the operational amplifier 10 is connected via the correction member 3 to the positive input of the operational amplifier 10. The loudspeaker and the impedance 7 form a voltage divider at the output signal. The common point of these two elements is connected to the negative input of the operational amplifier 10, whereby a negative feedback is generated in the system. At resonant frequency, the impedance of the loudspeaker is maximal, that is, the upper part of the voltage divider increases, resulting in a decrease in the voltage divider output voltage, which reduces the negative feedback of the system, and thus the positive feedback becomes effective. Thus, the system will be excited at resonance frequency. In this solution, the input of the level control circuit 2 is connected to the common point of the loudspeaker and the impedance 7, and its output is connected to the positive input of the operational amplifier 10. The frequency meter 9 can be connected to the common point ^{5 of} the operating force 10 and the speaker.

Hasonló megoldás látható az 5. ábrán. Itt azonban a 2 szintszabályzó áramkör nem a pozitív, hanem a negatív visszacsatoló ágban szabályoz. 1 θ Emiatt szükséges egy újabb 8 erősítő. Itt a 3 korrekciós tag kimenete nem a 10 műveleti erősítő pozitív bemenetére, hanem a 8 erősítő pozitív bemenetére csal’akozik. A 8 erősítő kimenete van összekötve a 10 műveleti erősítő pozitív bemenetével. A 2 szint15 szabályzó áramkör kimenete pedig a 8 erősítő negatív bemenetére van kötve.A similar solution is shown in Figure 5. Here, however, the level control circuit 2 controls not the positive but the negative feedback loop. 1 θ Therefore, another 8 amplifiers are required. Here, the output of the correction member 3 is hooked not to the positive input of the operational amplifier 10, but to the positive input of the amplifier 8. The output of amplifier 8 is connected to the positive input of operational amplifier 10. The output of the level 2 control circuit 15 is connected to the negative input of amplifier 8.

A találmány szerinti áramköri elrendezés az ipar számos területén alkalmazható a megfelelő jelátalakító és érzékelő jelátalakító segítségével.The circuit arrangement of the present invention can be applied in many fields of the industry by means of a suitable transducer and sensor transducer.

²⁰ A találmány legfőbb előnye, hogy a mérendő objektumot csak csatlakoztatni keli és a rezonanciafrekvencia közvetlenül leolvasható, valamint az eddigi mérésekkel ellentétben a tényleges rezonanciafrekvenciát méri, mivel a fáziskarakterisztika zé25 ró voltát is figyelembe veszi. Előnyös az is, hogy a mé’ési idő igen rövid, valamint a méréshez szükséges mérőműszerek száma kevesebb. ²⁰ The main advantage of the invention is to be the object to be measured and the resonance frequency can only be connected directly read, and in contrast to previous measurements measures the actual resonance frequency, since the phase characteristics taking into account the nature also imposes zé25. Advantageously, the measuring time is very short and the number of measuring instruments required for measuring is smaller.

Claims (5)

Szabadalmi igénypontokPatent claims Áramköri elrendezés rezonanciafrekvencia mérésére, amely oszcillátoráramkörként van kiala35 kítva és amely mérendő eszközre csatlakoztatott meghajtó jelátalakítót és érzékelő jelátalakítót, valamint frekvenciamérőt tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a meghajtó jelátalakító (4) bemenetén korrekciós tagon (3) keresztül az érzékelő jelátalakítóraA circuit arrangement for measuring a resonance frequency, which is designed as an oscillator circuit, comprising a drive transducer and a sensor transducer connected to a device to be measured and a frequency meter characterized in that the transducer (3) 40 (6) csatlakoztatott erősítő (1) van, ahol a mérendő eszköz (5) az így kialakított oszcillátoráramkör frekvenciameghatározó eleme.An amplifier (1) is connected (40), wherein the device (5) to be measured is a frequency determining element of the oscillator circuit thus formed. 2. Az 1. igénypont szerinti áramköri elrendezés, azzal jellemezve, hogy az erősítő (2) szintszabályo45 zóval (2) van ellátva.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the amplifier (2) is provided with a level control (2). 3. Áz 1. vagy 2. igénypont szerinti áramköri elrendezés, azzal jellemezve, hogy a meghajtó jelátalakító (4), az érzékelő jelátalakító (6) és a mérendő eszköz (5) együtt elektrodinamikus hangátalakí50 tóként van kiképezve.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the drive signal converter (4), the sensor signal converter (6) and the device to be measured (5) are arranged as an electrodynamic audio converter. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az erősítő (!) áramgenerátoros kimenetű.4. A circuit arrangement according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the amplifier (!) has a current generator output. 5. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti kap55 csolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az erősítő (1) feszüllséggenerátoros kimenetű.5. A cap assembly according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the amplifier (1) has a voltage generator output. 5 db ábra5 pieces of figure -3186 095-3186 095