Устройство для измерения частотных характеристик диэлектрических свойств веществ

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ , содержащее свип-генератор, емкостные датчики, поле которых взаимодействует с исследуемым веществом, амплитудные детекторы, вычислительный блок и регистратор, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности и расширения частотного диапазона измерения характеристик диэлектрических свойств веществ, в него введены коммутатор каналов, управляемый счетчиком номера канала, формирователь базы времени, дифференциатор, блок выделения максимума напряжения, фиксатор напряжения, резистивный целитель , компаратор, генератор импульсов, первый и второй преобразователи интервала времени в код, причем один выхоц свип-генератора подключен к входу формирователя базы времени, а другой выход свип-генератора подключен к вхоау каждого резонансного делителя напряжения, выходы этих делителей через амплитудные детекторы соединены с информационными входами коммутатора каналов, подключенного управляющими вхоцами к выходам счетчика номера канала, информационный выход коммутатора каналов соединен с информационным вхо цом фиксатора напряжения и через аи4 ференциатор с первым входом блока выделения максимума напряжения, второй вход которого подключен вместе с установочным входом счетчика номера канале и первым входом первого преобразоватв ля интервал времени - код к выходу формирователя базы времени, при этом первый выход блока выделения максимума соединен с информационным входом счетчика номера канала, управляющим (Л входом фиксатора напряжения и первым jBXOuoM второго преобразователя интерс вал времени - код, второй выхоц блока выделения максимума напряжения соединен с вторыми входами первого и BTCpOi го преобразователей интервал времеянкоц , при этом третьи входы этих преобразователей подключены к выходу генераел тора импульсов, четвертый вход второго преобразователя соединен с выходом компаратора , к первому входу которого поцел ел ключен выход резистивного целителя, вход которого соединен с первым выходом фиксатора напряжения, а к второму входу компаратора подключен второй выход фиксатора напряжения, выходы кодов обоих преобразоваггелей интервал временн-код, выходы счетчика номера каналов и третий выход блока выделения максимума напряжения объединены в общую шину, к которой подключен вхоп вычислительного блока, выход которого связан с входом регистратора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) 3(50 0 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHO!VlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

tlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ (21) 3455768/18-21 (22) 18.06.82 (46) 30.10.83. Бюл. hh 40 (72) З. И. Арш, Д. П, Сивцов и А. К. Флоров (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного. Знамени государственный университет им. 300-летия воссоеаинения Украины с Россией (53) 621.317.791 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 381044, кл. G 01 К 27/26, 1972.

2. Арш Э. И. Применение токов высокой частоты в горном аеле. M., 1967, с. 129-132 рис.80. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ CBOACTB BElllECTB, содержашее свил-генератор, емкостные датчики, поле которых взаимо аействуег с исследуемым вешеством, амплитуцные детекторы, вычислительный блок и регистратор, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью увеличения чувстви гельности и расширения частотного диапазона измерения характеристик диэлектрических свойств вешеств, в него введены коммутатор каналов, управляемый счетчиком номера канала, формиро ватель базы времени, аифференциатор, блок выцеления максимума напряжения, фиксатор напряжения, реэистивный делитель, компаратор, генератор импульсов, первый и второй преобразователи интервала времени в коц, причем один выход свил-генератора подключен к входу формирователя базы времени, а другой выхоа свил-генератора поцключен к входу кажаого резонансного аелителя напряжения, BblxoQbl этих целителей через амплитудные детекторы соецинены с информационными входами коммутатора каналов, подключенного управляюшими входами к выхоцам счетчика номера канала, информационный выход коммутатора каналов соединен с информационным вхо» цом фиксатора напряжения и через диф» ференциатор с первым входом блока выцеления максимума напряжения, второй вход которого подключен вместе с уста новочным BxoQQM счетчика номера канале и первым вхоаом первого преобразовате ля интервал времени - код к выходу формирователя базы времени, при этом первый выхоц блока выделения максимума соединен с информационным входом сче гчика номера канала, управляюшим входом фиксатора напряжения и первым

, входом второго преобразователя интервал времени - коц, второй выход блока выцеления максимума напряжения соединен с вторыми входами первого и второ го преобразователей интервал времени код, при этом третьи BxoQb) этих преоб разователей подключены к выхоцу генератора импульсов, четвертый вхоц второго преобразователя соединен с выходом компаратора, к первому входу которого подключен выхоа резистивного делителя, вхоц которого соединен с первым выхо»дом фиксатора напряжения, а к второму вхоцу компаратора поцключен второй выход фиксатора напряжения, выхоцы кодов обоих преобразователей интервал времени-код, выхоцы счетчика номера каналов и третий выхоц блока выделения максимума напряжения объединены в обшую шину, к которой подключен вход вычислительного блока, выход Ко» торого связан с вхоаом регистратора 1051455

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано

wa измерения частотных характеристик диэлектрических свойств вешеств с целью нераэрушаюшего,контроля сложных срец. 5

Известно устройство для измерения частотных характеристик диэлектрического свойства вешеств, содержашее свип-генератор, емкостные делители напряжения, векторомерные фазомегры, фаэоврашатели, вычислительные блоки и панорамные регисгрируюшие приборы (1).

Однако данное устройство принципиально не может обеспечить высокую точность и чувствительность измерений 15

1(3 в широком диапазоне частот, так как не может быть обеспечена полная идентичность фазочастотных и амплитудно-частотных характеристик вхоцных цепей приборов, подключаемых к выходам 20 рабочего и эталонного емкостных целителей напряжения.

Иэвесгно также устройство для автоматизации измерений частотных херВК» теристик диэлектриков, которое соцержит два емкостных датчика, включенных в качестве конденсаторов колебательных контуров первого и второго свип-генераторов, амплитудные детекторы, преобразователи частоты в напряжение, вы числительные блоки и регистратор, состояший из усилителей горизонтального и вертикального отклонения, смесителя, маркера и электроннолучевой трубки.

Первый емкостной датчик заполняется исслецуемым вешеством, тогца как второй служит эталоном. Выходы обоих свипгенераторов соединены параллельно с вхоцами соответствуюших преобразова40 телей частоты в напряжение и амплитудных цетекторов, выходы которых подключены к входам вычислительных блоков, соединенных между собой таким образом, что напряжение на их выходах пропорци45 онально диэлектрической проницаемости, тангенсу угла потерь (gal и коэффициенту потерь е =Е th) измеряемого вешества. Любой их выходов вычислительных блоков может быть подключен к входу усилителя вертикального отклонения, соединенного по выхоцу с вертикальными отклоняюшими пластинами электроннолучевой трубки, горизонтальные откльняюшие пластины которой подключены к выходу усилигеля горизонтального отклонения, соециненного также с входами ! обоих свип-генераторов. Измерения E

40 8 и C вешества производятся посредствс сравнения цобротности и резо» нансных частот колебательных контуров первого и второго (эталонного) свипгенераторов. Поскольку выходное напряжение усилителя горизонтального отклонения является также и напряжением, модулируюшим частоту обоих свип-генераторов, то на экране регистратора наблюдаются кривые изменения С, 1 8 и от частоты f2)

НедостатКом известного устройства является зависимость точности измерений от идентичности характеристик свипгенератора, детекторов и преобразователей частоты в напряжение.,другой сушественный недостаток заключается 8 противоречии между шириной полосы перекрываемых свип-генератором частот и чувствительностью устройства по1б8. ь

Это объясняется тем, что конденсаторами колебательных контуров свип-генера торов являются емкостные цаччики и, следовательно, качение частоты возможно лишь посредством изменения инцуктивности катушек этих контуров. Широкий диапазон качания частоты можно обеспечить только применением катушек с .магнитными серцечниками, однако все они обладают резкой неравномерностью частотных .характеристик, вносимых ими в контуры потерь.

Бель изобретения - увеличение чувствительности и расширение частотного циапазона измерения диэлектрических свойств вешеств.

Поставленная цель достигается тем, что B устройство цля измерения частотных характеристик диэлектрических свойств вешеств, соцержашее свип-генератор, емкостные датчики, поле которых взаимоцействует с исследуемым вешест вом, амплитудные детекторы, вычислительный блок и регистратор, введены коммутатор каналов, управляемый счет чиком номера канала, формирователь базы времени, дифференциатор, блок выделения максимума напряжения, фиксатор напряжения, резистивный целитель, компаратор, генератор импульсов, первый и второй преобразователи интервала времени в код, причем один выхоц свип-генератора поцключен к входу формирователя базы времени, а другой выход свив-генератора подключен к входу каждого резонансного делителя напряже« ния, выходы этих целителей через амплитуцные детекторы соецинены с информа« ционными входами коммутатора канало

1051 Ю5 „55 подключенного управляюшими вхоцами к выхоаам счетчика номера канала, информационный выход коммутатора каналов соеаинен с информационным вхоцом фиксатора напряжения и через цифференциатор с первым вхопом блока вьщеления максимума напряжения, второй вход которого поцключен вместе с установочным входом счетчика номера канала и первым входом первого преобразователя интервалвремени коа к выхопу формирователя базы времени, при этом первый выход блока выделения максимума соединен с информационным входом счетчика номера канала, управляюшим входом фиксатора напряжения и первым входом второго преобразовагеля интервал времени-код, второй выхоц блока вьщеления максимума напряжения соецинен с вторыми вхоцами первого и второго преобразователей интервал времени-коц, при этом третьи вхоцы этих преобразователей поаключены

К вьиопу генератора импульсов, четвертый вхоа второго преобразователя соеаинен с выходом;:oMIIQpQTopQ к первому входу которого поцключен выхоц резистивного целителя, вхоп которого соединен с первым выходом фиксатора напряжения, а к второму входу компаратора поцключен второй выхоц фиксатора напряжения, выхоцы коаов обоих преобразователей интервал времени-коп, вы,хоцы счетчика номера каналов и третий выход блока выделения максимума напряжения объединены в .обшую шину, к которой поцключен вхоа вычислительного блока, BblxoQ которого связан с входом регистратора.

На фиг. 1 представлена схема прецлагаемого устройства; на фиг. 2— схема блока выделения максимума напряжения; на фиг. 3 — 8 - временные диаграммы, поясняюшие работу устройства, Устройство с одержит свип-генератор 1 с линейным законом изменения частоты выходного сигнала, который поцается на входы всех делителей

2 напряжения, каждый из которых состоит из резистора и колебательного контура, в котором роль конденсатора играет емкостный аатчик. Выходы целителей напряжения через амплитуаные детекторы 3 соеаинены с соответствуюшими информационными входами коммута гора 4 каналов, который своими управляюшими входами соединен с выходами ctIåò÷èка 5 номера канала, сброс которого

50 обеспечивается подключением его уста- новочного входа к выходу формироютеля 6 базы времени. Выход коммутатора 4 каналов соецинен с вхопом фиксатора 7 напряжения, который совместно с подключенными к нему резистивным делителем 8 и компаратором 9 фиксирует максимальнсе напряжение на выхоце коммутатора и каналов, соединенного также через цифференциатор 10 с бло-, ком 11 выделения максимума напряжения, выходы которого подключаются к вхо дам первого 12 и второго 13 преобразователей интервал времени-коц, тактируемых генератором 14 импульсов, к информационному вхоцу счетчика 5 номера канала и вместе с выходами счетчика 5 номера канала и выхоцами обоих преоб1мзователей 12 и 13 интервал времени-KQQ к вхоцу вычислительного блока 15, управляюшего регистра- тором 16.

Формирователь 6 базы времени содержит компаратор 17, жпуший мультивибратор 18 и источник 19 опорного напряжения, подключенный к второму входу компаратора 17. Фиксатор 7 напряжения состоит из пикового цетекто» ра 20, управляемого по вхоцу переключателем 21, а по выходу - ключом 22. Ре» зистивный аелитель 8 образован пвумя резисторами 23 и 24. Блок 11 выделе ния максимума напряжения (фиг. 2) содержит компараторы 25 и 26, соединен ные своими вторыми входами с источниками 27 и 28 опорных напряжений, триггер 29, управляемый с помошью логического элемента ИЛИ 30, логичео- кие элементы HE 31 и И 32 и ИЛИ 33, пругой триггер 34, управляемый по установочному входу логическим элементом

ИЛИ 35, и компаратор 36, управляемый ключом 37.

Первый преобразователь 12 интервал времени-коц (фиг. 1) собран на суммируюшем счетчике 38 и регистре 39, управляемыми жпушими мультивибрато рами 40 и 41 и логическим элемен том И 42. Второй преобразователь 13 интервал времени-sou собран на суммируюшем счетчике 43, который управляет» ся по установочному вхопу формировате» лем 44 импульсов, а по информацион» ному - логическими элементами И 45 и HE 46.

Вычислительный блок содержит про» цессор 47, запоминаюший блок 48, первый 49 и второй 50 интерфейсные

10 блоки. Каналы указаннь1х блоков 47

50, а также их ацресные каналы и каналы управления соединяются в три соответствующие общие шины.

Устройство работает слелую1цим образом.

Напряжение цикпически изменяющейся по линейному закону частоты подается с выхода свин-генератора 1 на входы всех цепитепей 2 нап ряжения. График .изменения мгновенной ча1-.тоты

1 генератора от времени 1: в течение одного цикпа показан на фиг, 3. Прямая а-б иллюстрирует рабочий участок - прямой хоц изменения частоты, а прямая б-в-! участок возврата от максимальной частоты до нулевой - "обратный ход". Период качания частоты равен интервалу времени

1 между точками а-б на оси Т, а ширина

ЛОлОстя качания числеH H o равна MBKc H - мальной частоте генерации (цостигается в точке б). Параллельные колебальные контуры делителей 2 напряжения настраиваются на частоты i f>, 13 ... и т.il., Х лежащие в пределах шиоины полосы кача ——

25 ния, при этом зависимость от времени напряжения, снимаемого с выхода кажцого амплитудного детектора 3, совпа= дает по форме с зависимостью выходно:го напряжения соответствующего делите= 0 ля от частоты и отличается от последней только масштабом по оси абсцисс, 1асштабный коэффициент, как это следует из графика (фиг. 3 ), численнО pBBQH TBH H су угла наклона прямой а-б к оси вре- з мени 1., так что при линейном законе

1 ка,чания частоты теку:лее время Т и мгновенная частота (p. пределах рабоче.го участка цикла B-Fl связаны соо-:нс=шением1=11 . Величина сопротивления 40 каждого резистора делителей 2 напряжения выбрана значительно большей, чем значение резонансного сопротивления соответствующего контура, так что при этом амплитудно-частотная характеристи-- 45 ка делителя напряжения практически не отличается от резонансной кривой по напряжению соответствующего колебательного контура. Входные сопротивпе= ния амплитудных детекторов шунтируют 0 контуры делителей 2 и несколько снижают чувствительность стенда по диэлект рической проницаемости и потерям. ВНесение измеряемого вещества в поля емкостных датчихов изменяет резонансную с; частоту и ширину полосы llропускания каждого колебательного контура. При этОм резонансн1!е ьз(тот1-l и т.д. становятся более низкими и резонанснь1е кривые уширяются.

HB фиг. 3 в координатах напряжение х — частота т показано изменение напряжения на выходе,амппитуцного детектора 3 цо и после внесения вещества в емкостной датчик. Лля определенности взят целитель напряжения, настроенный на частоту т(, и соответствующий амплитудный детектор. Остальные делители и детекторы работают совершенно аналогично., Из фиг. 3 следует, что если цо внесения вещества резонансная частота была ф, амплитуда p830HGHGB tj и IIIHpHHB резонансной кривой на уровне 1 2 равна h f 1 а ПОСЛЕ ВНЕСЕНИЯ ВЕШЕСтВа ЭтИ HBPr ."Ет ры равны соответственно 1, 1 1% (1

Л то максимум напряжения на выходе амппитуцного детектора зафиксируется в первом случае через f c, B во втором случае — через т с относктельно

I начала цикла качания частоты (точка а

HB фиг.3). При этом отрезки времени, в течение которых напряжение на выходе детектора 3 превышает величину (1/ 2)Ув первом случае и (1 Г!) ороМ, р„„ы „„, -„Н, Е, с. Разность интервалов времени (.1I пропорциональна диэлектрической проницаемости вещества, а разность

Ь (.»- Iit< Завиеыт От ВнесЕННЫх вЕШЕСтвом в емкостной датчик диэлектрических потерь, Аналогичные данные, полученные посредством остальных целителей напряжения и амплитудных детекторов, дают информацию о значениях диэлектрических параметров вешества

Г1 1 на других частотах т, 4 и т.ц, лежа1цих в диапазоне 1астот, не превосхоцяшем ширины полосы качания свипгенератора., Измерение врзменных интервалов .

1х, -1 1-1 и других аналогичных, а также прсобразование этих интервалов в цифровой код выполняется блоками 4 — 8 и 10 — 13 (фиг, 1).

Вычислительный бпок 15 произво-. дит преобразование цифровых кодов интервапов времени в цифровые коць1 диэлектрической проницаемости и потерь в соответствии с формулами, приводимыми ниже. Вся совокупность данных о проницаемости и потерях вещества, ф

HBMepBHHbIX HB L3CTOTOX 1 . (р и т.ц,, препставпяет частотные характеристики диэлектрических свойств вешеств в дискретной форме. Поскольку выходные сигналы амплитудных детекторов 3 прохоаят через максимум в различные моменты времени,., 1 и т.д., обработка этих сигналов ведется последовательно во времени, что пает значительную экономию аппаратуры при сохранении быстродействия стенда.

Выходные сигналы амплитудных пе4

to текторов 3 последовательно считываются коммутатором 4 каналов, который управляется счетчиком 5 номера канала.

Амплитудные детекторы 3 с соответствуюшими пелителями 2 попключены к вхо» пам коммутатора 4 в поря пке возрастания резонансных частот колебательных контуров. При этом, если счетчик 5 номера канала нахоаится в состоянии 0, то к выходу коммутатора 4 подключен канал, содержащий петектор и делитель с резонансной частотой 3<, если счетчик 5 находится в состоянии «1", то подклюГ чен канал с резонансной частотой "., если счетчик 5 в состоянии «2 ", то подключен канал с резонансной частотой и т,п.

B начале кажпого цикла качания час,тоты счетчик 5 номера канала сбрасывается в состояние 0 импульсом, вырабатываемым формирователем 6 базы времени, а установка каждого слепуюшего состояния 1, 2, 3 и т.п. - управляющими импульсами, формируемыми блоком ll максимума, причем очередное переключение счетчика 5 и коммутатора 4 35 происхоаит только после того, как обработана информация, поступившая от данного аелителя 2.

Временная анаграмма, поясняюшая работу формирователя 6 базы времени показана на фиг. 4. Пилообразное напряжение развертки и (О, вырабатываемое свип-генератором, управляет качанием его частоты так, что линейное нарастание напряжения tl (6) (участок а-б, фнг. 4) соответствует линейному росту мгновенной частоты от нуля до максимума (участок а-б, фнг. 3), а спад напряжения п(т.) (участок б-в, фиг. 4) уменьшению мгновенной частоты по нуля (участок б-в, фиг. 3), Напряже50 ние Б (Ц сравнивается компаратором 17 с опорным напряжением источника 19gp, которое выбрано из условия надежного срабатывания компаратора 17. На выхоае компаратора появляются импульсы Хц, длительность которых определяется временем сушествования условия П(1) 3 Uq (фиг. 4), а периоп равен периоду качания частоты. Пля повышения точности фиксации момента начала цикла качания (базьt времени) применен ждуший мультивибратор 18, запускаемый по заднему фронту импульса 1 . Задний фронт импульса мультивибратора )(t> определяет базу времени.

Обработка амплитудно-частотных характеристик делителей 2 напряжения, снимаемых с амплитудных детекторов 3, которые поочередно подключаются к выходу коммутатора 4 каналов, произ» водится следующим образом.

Эпюра выходного напряжения Х4 на выхопе коммутатора 4 показана на фиг. 5. Максимальное значение напряжения равно А, ширина полосы резонанс ного цикла определяется на станпартном уровне (1 t l 2)А. Напряжение Х4 аифференцируется по времени a,èôôåðåíöèàòîром 10 (эпюра ",о, фиг, 5). Момент перехода напряжения Х а на выходе дифференциатора через ноль фиксируется компаратором 36 блока 11 выделения максимума. Для блокировки ложных срабатываний компаратора 36 в моменты переключения коммутатора 4 каналов предусмотрено стробирование компаратора 36 с помощью двух дополнительных компараторов 25 и 26, вторые вхопы которых подключены к источникам 27 и 28 опорных напряжений (Ц1 ) и (IJ@ ).

Импульс 3>< появляющийся, на выходе компаратора 25 при условии /)(а11 U, своим передним фронтом устанавливает триггер 29 в единичное состояние, а сбрасывается в нулевое состояние этот триггер либо посредством импульса (, поступаюшего с выхода компаратора 26 при выполнении условия t (io > 0д, либо в начале каждого цикла качания часто» ты импульсов ждущего мультивибратора 18. Выхопной импульс,l(уд, триггера 29 стробирует ключ 37, замыкающий первый вход компаратора 36 лишь на время, равное длительности участ ка г-д-е-ж кривой напряжения Хщ на выхопе аифференциатора 10 (фиг. 5), Таким образом, импульсов )(gq вырезается" лишь тот участок кривой Х о, I который содержит лишь опик перехоа через ноль, чем и постигается цель стро бирования компаратора 36, Задний фронт Bblxol1Horo импульса К j, компаратора 36 фиксирует момент аости жения максимального напряжения на вы ходе данного амплитудного детектора 3, или момент совпадения мгновенной час105 1 455 тоти свиттгенератора 1 с резонансной частотой параллельно т"о колебательного контура соответствуютцего целителя 2 напряжения.

Измерение ширины полосы пропуска 5 ния резонансной кривой по напряжению этого колебательного контура своцится к измерению интервала времени, в течение которого напряжение на выходе соответствуюшего амттлитудного детектора превышает уровень, равный 1/ от максимального, равного А. Поскольку значение А заранее неизвестно, то опрецеляется лишь правая полуширина резонансной кривой. Фиксация максималт ного напряжения выполняется фиксатором 7 напряжения, пиковый детектор 20 которого подключается переключателем 21 и коммутатором 4 каналов к выходу цанпого детектора 3. 11ереключатель 21 20 и ключ 22 управления строб-импульсом (фиг. 5 и 6), вырат атываемым блоком ll выделения максимума посрецством триггера 29 и логических элементов 31 - 33. Строб-импульс при- 25 нимает значение логической "1" при условии истинности логи"теского выражения (Xq> Л Хгч т Ч Х7„ (фиг. 5), при этом к;тю i 22 разомкнут и переключатель 21 соединяет выход 30 коммутатора 4 с входом пикового детектора 20 и вторым входом компаратора 9,, Эпюрьт напряжений "г и Х20 на выхс З5 дах переключателя 21 и ключа 22 соответственно даны на фиг. 6. Пунктиром на эпюре " показана резонансная кривая, относяшаяся к данному целителю 2 напряжения (то же, что и эпюра на

40 фиг. 5), а сплошной линией — "вырезаемый переключателем 21 участок этой кривой. Пиковый цетектор 20 фиксирует максимальное значение напряжения Х,, (т равное А в течение времени, равного длительности строб-импульса Х, Пунктиром на эпюре 20, которая соответствует BblxoQHOMy напряжению пикового детектора 20, показано изменение его вхоцноFo напряжения. Резисторы 23 и 24 резистивного делителя 8 подобраны так, что его выходное напряжение равно входному напряжению, деленному на Ц так,и что уровень логической "1 на выходе Х у компаратора g сушествует лишь при вы55 полнении условия Х г ? (14 г ) д (фиг. ), Интервал времени gt межтту задними фронтами выходнттх импульсов (q и Х т,; компараторов . и 3Г соответствует тто» лосе частот а1 =\(Ь(,, равной полуширине резонансной кривой. После окончания действия строб-импульса Х т1, т.е, когда принимает значение логической "1 переключатель 21 и ключ 22 закорачивают на корпус вхоц и соответственно выход пикового цетектора, что приводит к его разряду и установке в исходное состояние, Преобразование интервалов времени, соответствуюших резонансным частотам и значениям полуширины резонансных кривых целителей 2 напряжения, в цифровой коц производится соответственно первым 12 и вторым 13 преобразователями интервал времени-код. Источником счетных импульсов цля обоих преобразователей служит генератор 14 импульсов.

Фиг, 6 — 8 иллюстрируют временные диаграммы преобразования, На фиг. 7 показана обработка только цвух первых пар интервалов tq, Ь и

Остальные пары 1 .т, г 1.1 и тд. обрабатываются совершенно аналогично в прецелах цанного цикла качания частоты, Интервалы времени (-т, т-2 и т.д. измеряются относительно базы времени (задний фронт импульса )(18 жцушего мультивибратора 18, фиг, 4 и 7). Их измерение основано на поцсчете числа периодов счетных импульсов генератора 1 4, укладываюшихся в этих интервалах. т тттфровой коц инте рвалов т, и т.д. формируется за оцин цикл частоты счетчиком 38, работаюшим в режиме непрерывного счета. По установочному входу он сбрасывается в начале каждого цикла качания частоты импульсом базы времени Х1g. Коп, сформированный счетчиком 38, заносится в регистр 39 подачей короткого импульса от жцушего мультивиРратора 41 на управляюший вхоц этого регистра, Запуск мультивибра гора 41 происходит по заднему фронту выходного импульса Apt, компаратора 36 (фиг, 7). Поскольку импульсы Х т., не могут быть синхронизированы со счетными импульсами генератора 14 импульсов (резонансные частоты заранее неизвестны}, то прямая перезапись кода из счетчика 38 в регистр 39 может оказаться ошибочной, если она происходит тогда, когда переходные процессы очеречного переключения в счетчике 38»е окончены.

Вероятность сбойной записи приблизительнo равна отношению времени установки i с Ч счетчика, >Н с к ттнтервалу времени можп тактов! тми ихт ;. тьсттми и мс>1051455 жет реально составить величину поряпка 1/100. Для увеличения надежности работы первого преобразователя 12 интервал времени-код в него введен дополнительный ждуший мультивибратор 40 и 5 логический элемент И 42.

Процесс блокировки сбойной записи иллюстрируется временной диаграммой (фиг. 8). Ждуший мультивибратор 40 генерирует отрицательный импульс Х40, стробируюший поступление счетных импульсов на информационный вход счетчика 38 через логический элемент И 42.

Длительность импульса )(40 превышает время, необходимое для перезаписи zona 15 иэ счетчика 38 в регистр 39, и удовлет» воряет тн ениюто -2 М40410 гпе 70г

О 0 01 период, а - длительность счетных импульсов )(4 генератора 14 импульсов.

Длительность положительного импульса 20

$ 4< мультивибратора 41 должна быть больше времени установки счетчика 1.Си. .При этих условиях с вероятностью, близкой к вероятности сбойной записи, заблокируется только один счетный импульс 25

)(ц, что дает непосчет" епиницы младшего разряда счетчика 38 и очень малую погрешность преобразования.

На фиг. 8 показан случай частичной блокировки счетного импульса )(t4 (им- 30 пульс а), пунктиром выпелена "вырезанная" часть импульса, поступаюшая на счетчик 38. Если длительность этого сигнала все же постаточна, чтобы переключить счетчик 38, то в этом случае" недосчета" единицы младшего

paapsqa не происходит и через интервал времени tpt. код счетчика 38 эафиксируется в регистре 39. Смена zona на выходных шинах Х регистра 39 показана на 4, фиг. 8. Если же задний фронт импуль,са Х «омпаратора 36 попадает в промежуток между счетными импульсами Х, го текуший счетный импульс (б) не блокируется, а слепуюший (в) блокируе 45 ся полностью и при этом код, записанный в регистр 39, отличается от истинного на единицу младшего разряда (фиг. 8).

Формирование кода, соответс гвуюшего значениям ширины полосы пропу кания реэскансных кривых, производится счетчиком 43 второго преобразователя 13 интервал времени-код. При этом производится подсчет числа периодов тактовых

° 55 импульсов генератора 14 счетных импульсов, уклапываюшихся в интервал времени между моментами фиксации максимального напряжения А на выхопе данного амплитудного детектора 3 и моментом равенства выходного напряжения этого детектора величине (1/ 2) А. Этот ин тервал равен времени межпу задними фронтами импульсов "9 компаратора 9 и импульсов Ng6 компаратора 36. Счет» чик 43 обнуляется посредством формирователя 44 импульсов, выходной сит нал (44 которого формируется по перепнему фронту строб-импульса Х qg блока 11 вьшеления максимума напряжения перед подсчетом очередной порции счетных импульсов. Порция вьщеляется иэ непрерывной последовательности, вырабатываемой генератором 14 импуль ° сов с помошью логических элементов

HE 46 и И 45, которые реализуют логическое выражение

)(„=х лх„ х„,„ гпе Х 4 — выходная последовательность импульсов генератора 14; (4 - "порохня" импульсов на инфор» мадионном входе счетчика 43 (фиг. 6).

Изменение состояния счетчика 43 условно показано на фиг. 7 (эпюра )(4g).

Низкие потенциалы сигнала Х р соответ ствуют сбросу счетчика 43 в ноль, а высокий потенциал - хранению зафиксированного кода.

Формирование кодов, соответствую1 пи, а4, 2, ... и т.п., оканчивается к моментам времени 4 <64< Ь (-2 ... и т.п.. Счетчик 5 номера канала фиксирует свое очередное состояние несколько позже, по заднему фронту строб-импульса Х q y. Смена состояний счетчика 5 условно изображена эпю» рой Ng на фиг. 7. Готовность кодов, сформированных преобразователями 12 и 13 и счетчиком 5 номера канала, фиксируется установкой в "1 триггера 34 блока 11 выделения максимума напряжения. Этот триггер устанавливается в 1" по заднему фронту строб импульса Х у, а сбрасывается в 0 на время формирования кодов либо импульсам базы времени $g, либо выхопным импуль сом Х> компаратора 25 (фиг. 7), Выход триггера 34 вместе с выходами обоих преобразователей 12 и 13 интервал времени-код и выходами счетчика 5 нбмера канала обьединены в обшую шину и подключены к вхопному каналу вычис лительного блока 15, причем информаций об очередной резонансной кривой зафиксирована на входе этого блока в теченя времени Т (фиг. 7).

1051

1:3

° 1

Структура и принцип работы вычислительного блока 15, используемого в предлагаемом устройстве, хорошо известны. Каналы данных процессора 47, запомннаюшего блока 48, выходной канал цанных первого интерфейсного блока 49 н входной канал данных второго интерфейсного блока 50 объединены в цвунаправленную обшую шину.

Адресные и управляюшие каналы этих блоков также объединены обшими шинами. Второй интерфейсный блок 50 прецназначен цля обеспечения связи с регистратором 16.

Обработка информации, поступаюшей на, вхоц вычислительного блока 15, производится им на основе формул, вытекаюших из известного резонансного метоца вариации частоты, применяемого для измерения диэлектрических свойств вешеств.

20

Таким образом, за один цикл качания \ .частоты получаются значения Г (1 )

Е(f,)". и т.ц.,tбб( и т.ц., цаюшие дискретное йредставление частотных характеристик диэлектрических свойств вешества. Если эти свойства изменяются во времени, например щ зависят от температуры вец ества, то измерения при многократно по.вторяюшихся циклах качания частоты позволяют наблюдать динамику изменений их частотных характеристик.

Вычислительный блок последовательно принимает и обрабатывает коды интервалов времени и соотвегствуюшие номера каналов (или делителей 2 напряжения) по сигналу готовности триггера 34, а затем выводит полученную информацию череэ интерфейсный блок 50на регистр 16, Технико-экономический эффект изобретения связан с повышением точности измерений, малым временем, затрачиваемым на получение данных во многих точках частотного диапазона, и простотой обслуживания устройства, обусловленной его автоматизацией.

В качестве известного устройства принят измеритель добротности типа

ВМ-409(фирмы "XE5LA", который в комплекте с держателем образцов диэлекч риков типа BP 4090 этой же фирмы используется как измеритель частотных характеристик диэлектрических свойств вешества. Преимушеством предлагаемого устройства по сравнению с известным является значительно более высокая производительность труда при измерениях диэлектриков в широком диапазоне частот. (1051455

1 05 1455

1051455

1051 455

0 о

105!455

1 051455

1051455

1051455

Составитель Л. Сорокина

Репи«тор M. Рвчкуию ен Те«реп Л.П«кипение Kappa««op M. Йенни« вниз 8858/44 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент., r. Ужгород, ул. Проектная, 4