Устройство для измерения добротности колебательных контуров

 

О Il И С А Н И Е (iu l000934

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскин

Социалистическин

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву №892351 (22) Заявлено 30.10.81 (2 I ) 3350162/18-21 (5 () Я. I(p.

3 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

С 01 Я 27/26

Гасударственный квинтет

СССР

Опубликовано 28.02.83. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28.02.83 пе девам нзабретаннй и атнриткй (53) 0 621.317. .335.3 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. B. Молочников и H. П. Шалейк 3 1

E (73) Заявитель

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ

К ОЛЕ БА ТЕЛ Ь НЫХ К OHT УРОВ

Изобретение относится к рациоизмерительной технике и может бьггь использовано для измерения цобротности, тангенса угла потерь, активного сопротивления, емкости и инцуктивности рациоэлементов колебательных контуров. . 5

По основному авт. св. № 892351 известно устройство цля измерения добротности колебательных контуров, содер,жащее перестраиваемый генератор высо1О кой частоты, один выход которого через последовагельно соединенные первый ключ, второй вход которого поцключен к выходу частотного модулятора, и целитель частоты соединен с одним из вхоцов блока отношения частот, а другой - с первым вхоцом частотного модулятора, второй вход которого соединен с BblxogoM второго ключа, а выход - с входом измерительного блока, содержащего измерительный 20 конденсатор, цва зажима цля подключения измеряемых элеменгов, два последовательно соединенных конценсагора, включенных между первым зажимом и обшей шиной, 2 и третий ключ, включенный межцу общим выводом послецовательно включенных конценсаторов и обшей шиной, первый амплитудный детектор, вхоц которого поцключен к выходу измерительного бло ка, а выход - к входу блока поиска резонансной частоты, первый выход которого соединен с первым входом блока выделения вгорой произвоцной по частоте, а второй - с входом первого зайоминаю. щего блока, выход которого подключен к входу пересграиваемого генератора высокой частоты, генератор низкой частоты, выхоц когорого подключен к входу второго ключа и связан с вгорым вхоцом блока отношения частот, а вход подключен к выхоцу второго запоминающего блока, вход которого поцключен к выходу нульоргана, четвертый ключ, выход которого подключен к входу нуль-органа, а вхоцык входу и выходу блока выделения второй производной по частоте, блок управления, соответствующие выходы когорого подключены к управляющим вхоцам блока поиска

3 100 резонансной частоты, обоих запоминаюших блоков, второго и-третьего ключей,. блока выделения второй производной по частоте и частотного модулятора.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает о гсчета инцуктивнос ги колебательного контура в цифровом вице.

Бель изобретения - расширение функ- 3Î циональных возможностей устройства цля измерения цобротности колебательных контуров за счет обеспечения цифрового отсчета инцуктивности.

Поставленная цель достигается тем, 13 что в устройство цля измерения добротности колебательных контуров ввецены пятый, шестой и седьмой ключи, второй амплитудный детектор, операционный усилитель, формирователь прямоугольных щ импульсов и образцовая катушка инцуктивности, причем последняя включена между вторым зажимом цля подключения измеряемых элементов измерительного блока и общей шиной, а пятый ключ подключен 25 параллельно образцовой катушке инцуктивносги, а вход второго амплитудного детектора поцключен к второму зажиму цля поцключения измеряемых элементов измерительного блока, выход второго ЗО амплитудного детектора соединен с одним из вхоцов операционного усилителя, другой вход котс рого соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход последнего соединен с первым вхоцом шестого ключа, второй вхоц которого ,соецинен с другим входом операционного усилителя, а выход шестого ключа через интегратор соединен с одним из входов формирователя прямоугольных импульсов, другой вход которого соединен с выходом . перестраиваемого генератора низкой частоты и с одним из вхоцов сецьмого ключа, другой вхоц которого соединен с первым выходом формирователя прямоугольных импульсов, второй выход последнего соединен с третьим вхоцом шестого ключа, выход которого соецинен с вхоцом блока отношения частот, а управляюший вход пятого ключа соответственно соецинен с пятым выходом блока управления.

На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устрсйства," на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу устройства. устройство содержит частотный модулятор 1, пересграиваемый генератор 2 высокой частоты, ключ 3, перестраиваемый генератор 4 низкой частоты, измери0934 4 тельный блок 5, включающий измерительный конденсатор 6, цепь 7 из цвух последовательно соединенных конденсаторов, ключ 8, зажимы 9 и 10 цля подключения измеряемых элементов, образцовую катушку 11 индуктивности и ключ 12, амплитуцные детекторы 13 и 14, операционный усилитель 15, ключ 16, интегратор l7, формирователь 18 прямоугольных импульсов, ключ 19, блок 20 поиска резонансной частоты, сосгояший из блока

21 вьщеления первой производной и нуль-органа 22, запоминающий блок 23, блок 24 выделения второй йроизводной, ключ 25, нуль-орган 26, запоминаюший блок 27, ключ 28, целитель 29 частоты, блок 30-отношения частот, блок 31 управления и измеряемый элемент 32.

Устройство работает слецуюшим образом.

В режиме измерения добротности коэффициент деления целителя 29 частоты равен цвум, вход делителя 29 частоты через ключ 28 подключается к выходу пересграиваемого генератора 2 высокой частоты, ахоп нуль-органа 26 через ключ 25 — к выходу блока 24 выделения второй производной по частоте, ключи 8 и 12 закрыты. Через ключ 19 к второму входу блока 30 отношения частот подключается второй выход формирователя 18 прямоугольных импульсов.

Б режиме поиска резонансной частоты блок 31 управления на зацанное время открывает запоминаюший блок 23, закрывает второй запоминаюший блок 27 и ключ 3 и перевоцит частотный модулятор

1 в режим вьщеления несушей высокой частоты.

За это время блок 20 поиска резонансной частоты вырабатывает линейно измен я юшеес я во времен и напряжение ц (фиг. 2с), Этим напряжением изменяется частота выходного напряжения пересграиваемого генератора 2 высокой частоты, которое через частотный модулятор 1 поступает на вход измерительного блока

5. После прохождения через измеритель ный блок 5 и амплитудный детектор 13 высокочастогное напряжение с изменяюшейся частотой преобразуется в напряжение Ug, изменяющееся во времени (фиг. 2 ) и соответствуюшее амплитудно-частотной характеристике вхоцяшего в измерительный блок 5 колебательного контура, образованного измерительным конценсатором 6, двумя последовательно соециненными конценсаторами 7, образцовой индуктивносгью 11 и измеряемым гце f> - частота перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, - часгога пересграиваемого генерагора 4 низкой часгогы.

После прохождения этого напряжения через колебагельный контур, амплитудный цетектор 13 и блок 21 выделения первой произвоцной по часгоге высокочастотное напряжение с изменяющейся

% 1000 элементом 32. Это изменяющееся во вре)мени напряжение блок 21 вьщеления первой произвоцной по частоте, управляемый блоком 31 управления, дифференцируег, в результате чего íà его выхоце выделяется напряжение U$ (фиг. 2 о ), пропорциональное первой производной по частоте амплитуцно-частотной характеристики (АЧХ) колебательного конгура, r.e.

su, 03 а а гце 0 - постоянный коэффициент пропорциональности.

Эгим напряжением управляется нульорган 22, в котором при прохожцении 15 напряжения Ug через нуль устанавливается выхоцнае напряжение Ос< (фиг. 2 6 ), а следовательно, устанавливается частота выхоцного напряжения перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, равная ро собственной резонансной частоте колебательного контура.

B режиме вьшеления полосы пропускания блок 31 управления на зацанное время закрывает запоминающий блок 23, открываег вгорой запоминаюший блок 27 и ключ 3 и перевоцит часгогный моцулягор 1 в режим вьщеления боковой частоты. На это время в запоминающем блоке

23 запоминается напряжение U g (фиг. (фиг. 2 6 ), а следовательно, и часгога выхоцного напряжения пересграиваемого генератора 2 высокой частогы, равная собственной резонансной частоте колебательного контура. За это время нульорган 26 вырабатывает линейно изменяк шееся во времени напряжение 0 е (фиг. 2Ф).

Этим напряжением изменяется частота выхоцного напряжения перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, когорое через ключ 3 посгупаег на вгорой вход частогного моцулятора 1.

В результате возпейсгвия на частогный моцулятор 1 цвух напряжений с частогами 1 о и 1 на его выхопе получают напряжение с частотой

934 4 часготой преобразуется в напряжение

Ор (фиг. 2 о ), изменяющееся во времени и соответствующее первой производной по частоте АЧХ колебательного контура.

Это напряжение 24 вьщеления второй про» извопной по частоте, управляемый блоком

3l управления, пифференцируег, в резуль» гаге на его выходе вьщеляется напряжение Llq (фиг. 2 ), пропорциональное втс рой производной по частоте АЧХ колебательного контура, т.е. где Ъ вЂ” постоянный коэффициент пропорциональности.

Этим напряжением управляется нульорган 26, в котором при прохождении напряжения о ц через нуль устанавливает ся выхоцное напряжение 0 go (фиг. 28 ) и фиксируется во вгором запоминающем блоке 27, а слеповательно, фиксируется частота выхоцного напряжения перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, равная половине полосы пропускания колебательного контура межцу точками перегиба его A 1Õ.

Перехоп из режима поиска резонансной частоты в режим выделения полосы пропускания производится авгомагически блоком 31 управления через зацанные интервалы времени.

При эгом цобротносгь колебательного контура определяегся по формуле о

Я =О 707 — = 0,7Ж вЂ” о

2ь| 2F и непосрепсгвенно измеряется блоком

30 отношения частот.

Для опрецеления цоброгносги измеряемой катушки 32 инцуктивности авгоматически ввоцигся коррекция в измеренную величину Я с помощью амплитудного детектора 14, операционного усилителя 15, ключа 16, интегратора 17 и формирователя 18 прямоугольных импульсов.

Коррекция произвоцится следующим образом.

На первый и вгорой входы операционного усилителя 15 подаются напряжения соогвегственно с выходов амплитуцных детекторов 13 и 14. Указанные напряжения пропорциональны соотвегсгвенно полному напряжению на контуре и напряжению на образцовой кагушке 11 инлуктивносги. В связи с тем, чго операционный усилитель 15 рабогаег в режиме

7 1000 вычитания, на его выходе получают напряжение, пропорциональное напряжению на измеряемой катушке 32 инцуктивности.

В результаге на вхоц интегратора 17 через ключ 16 поочерецно посгупают напряжения с выхода амплигуцного детектора 13 и с выхоца операционного усилителя 15, пропорциональные соответственно полному напряжению колебательного контура и напряжению на измеряемой катушке 32 индуктивносги. Ключ 16 управляется формирователем 18 прямоугольных импульсов, который, в свою очередь, управляется генератором 4 низкой частоты и интегратором 17.

3$

При прямом интегрировании на вход интегратора 17 поцаегся напряжение с выхоца операционного усилителя 15, пропорциональное напряжению на измеряемой катушке 32 индуктивности, а время прямо о го интегрирования пропорционально периоду колебания генератора 4 низкой частоты, 1 р, При обратном интегрировании на вхоц интегратора 17 подаегся напряжение с выхоца ампллгуцного цетектора 13, пропорциональное полному напряжению на колебательном контуре, в результате время обратного интегрирования прямо пропорционально отношению напряжения на измеряемой катушке инцуктивносги к полному напряжению на колебательном контуре. При прохожцении напряжения обратного интегрирования в интеграторе 17 И через нуль на вгором выхоце формирователя 18 прямоугольных импульсов формируется прямоугольный импульс, периоц которого пропорционален огношению напряжения на измеряемой кагушке 32 инцуктивности к полному напряжению на колебательном конгуре. Указанные прямоугольные импульсы через ключ 19 поступают на второй вхоц блока 30 отношения частс т, в котором произвоцигся непосрец-45 сгвенный отсчет добротности измеряемой катушки 32 индуктивности в вице отношения периодов колебаний

= 0,707 к

-период резонансной частогы колебательного контура, $5

- периоц прямоугольных импульсов с второго выхода формирователя 18 прямоугольных импульсов, 934

Через заданное время, цостагочное для настройки перестраивае .ого генератора 2 высокой часгогы на собсгвенную резонансную частоту колебательного контура, блок 31 управления на заданное время закрывает запоминающий блок 23, открывает второй запоминающий блок 27 и ключи 3 и 12 и перевоцит частогный модулятор 1 в режим выделения боковой часготы, На это время запоминается час гота 5 О выхоцного напряжения перестраиваемого генератора 2 высокой чаототь равная собс гвенной резонансной частоге колебательного контура. Открытый ключ 12 закорачиваег образцовую катушку 11 индуктивносги и, слецовагел но, изменяег значение инцуктивности и собственной резонансной часготы колебательного контура соответственно на величины Ä 4 и Ь f . B это время нульорган 26 поц управлением блока, 21 вьщеления первой производной по часгоге начинает вырабатывать линейно изменяющееся во времени напряжение. Этим напря8

U — напряжение на измеряемой катушке 32 инцуктивности;

Ll - напряжение колебагельного контура (напряжение на выходе измеригельного блока

5).

Измерение индуктивносги на резонансной частоте осушествляегся слецуюшим образом. Делитель 29 частоты переводят в соогветствующий режим деления (на 2,4...) в зависимости от выбранного значения образцовой катушки 32 инцуктивности, его вход через ключ 28 подключают к выходу частотного моцулягора 1, а вход нуль-органа 26 через ключ 25 — к выходу блока 21 выцеления первой произвоцной по часто ге, ключ 1 2 пе ревоця г в управляемый режим. Второй вхоц блока

30 огношения частот через ключ 19 подключаюг к выходу пересграиваемого генератора 4 низкой частогы, Блок 31 управления на заданное время огкрываег запоминающий блок 23, закрывает вгорой запоминающий блок 27 и ключи 3 и 12 и перевоциг часгогный модулятор 1 в режим вьщеления несущей высокой часгогы. 3а это время производится поиск часгогы пересграиваемого генерагора 2 высокой частогы, соответствующей собственной резонансной частоте колебагельного контура, как эго осуществляегся в режиме поиска резонансной часто гы.

1ь

2F

L гце f --1оfF<- собственная резонансная частота колебательного

Формула изобретения

Устройство цля измерения добротности колебательных контуров к авт. св. ¹ № 892351, î r л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения функциоконтура при изменении значения его инцуктивности на величину ЬА, F =64 — значение величины расстройки собственной резонансной частоты колеба25 нальных возможностей, в него введены пятый, шестой и седьмой ключи, второй амплитудный детектор, операционный

- усилитель, формирователь прямоугольных импульсов и образцовая катушка инцуктивg 1000034 10 жением изменяется частота выходного Измерение индуктивности и емкости напряжения перестраиваемого генератора колебательного контура осуществляется

4 низкой частоты, которое через ключ при периодическом переключении устрой3 поступает на второй вход частотного ства блоком 31 управления из режима моцулятора 1. поиска резонансной частоты в режим

В результате на выхоце частотного расстройки колебательного контура. модулятора 1 получают напряжение с Отсчет инцуктивности и емкости колечастотой 4 = fo + F . При достижении бательного контура на резонансной чаочастотой 1 значения, равного собствен- тоте в соответствии с выражениями (1) ной резонансной частоге колебательного )O и (2), непосредственно произвоцится контура, частота F перестраиваемого блоком 30 отношения частот. генератора 4 низкой частоты фиксирует- Прецлагаемос. устройство обеспечивает ся нуль-органом 26, как это указыва- изме рение инцуктивности колебательных лось в режиме поиска полосы пропуска- контуров в цифровом вице в широком ния. .15 диапазоне частот, практически цо

При этом индуктивность измеряемой 300 МГц, что значительно повышает катушки 32 инцуктивности определяется эксплуатационные характеристики устройформулой ства. тельного контура при изменении значения его индуктивности на величину 5L

b.L, - значение индуктивносги образцовой катушки 11 индуктивности, Измерение емкости на резонансной частоте осуществляется аналогично измерению инцуктивности, при этом ключ 12 закрывают, а ключ 8 перевоцят в управ ляемый режим, Емкость колебательного контура опрецеляется формулой с

С 2F ьс, С гце 1<=1<-Fc - собственная резонансная частота колебательного контура при изменении значения его емкости на величину Ь С, - значение величины рассс тройки собственной резонансной частоты колеба тельного контура при из» менении его емкости на величину Ь С;

b, C — значение емкости образ« цового Конденсатора.

55 ности, причем последняя включена межцу вторым зажимом цля подключения измеряемых элементов измерительного блока и общей шиной, а пятый ключ подключен параллельно образцовой катушке инцуктивности, а вход второго амплитуцного цетекгора поцключен к второму зажиму цля подключения измеряем. х элементов измерительного блока, выхоц второго амплитудного детектора соединен с одним. из вхоцов операционного усилителя, цругой вхоц которого соецинен с выхо-;ом первого амплитудного детектора, а выход последнего соецинен с первым входом шестого ключа, второй вхоц которого соецинен с другим входом операционного усилителя, а выход шестого ключа через интегратор соединен с оцним из вхоцов формирователя прямоугольных импульсов, цругой вхоц которого соецинен с выходом перестраиваемого генератора низкой частоты и с одним из вхоцов седьмого клю» ча, цругой ахоп которого соединен с пер»вым выхоцом формирователя прямоугольных импульсов, второй выход послецнего соецинен с третьим вхоцом шестого ключа, выхоц которого соецинен с вхоцом блока отношения частот, а управляющий вход пятого ключа соответственно соеди» нен с пятым выходом блока управления.

1000034

1000934

Составитель Л. Сотникова

Репактор А. Лежнина Техреп А.Бабинец Корректор «Е. Рошко

Заказ 1378/48 Тираж 708 Поцписное

ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по пелам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., ц. 4/5

Филиел ППП Патент, г. Ужгороп, ул. Проектная, 4