Цифровой измеритель добротности резонансной системы

 

1. ЦИФРОВОЙ ИЗ ШРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ, содержащий гетеродин, смеситель, частотомер , зажимы для подключения резонансной системы, вычислительный блок и блок управления, причем выход смесителя соединен с первым входом частотомера, выход вычислительного блока соединен с входом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и расширения пределов измерения добротности, в него введены второй гетеродин, генератор резонансной частоты и четыре коммутатора , причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генератора резонансной частоты соединен с вторым входом частотомера, с первым входом смесителя и вторым входом первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, выход первого гетеродина соединен с вторым входом смесителя и вторым входом второго коммутатора , выход которого соединен с одним зажимом для подключения резонансной системы, второй зажим для подключения резонансной системы соединен с первым входом третьего коммутатора , первый выход которого соединен с-первым входом четвертого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, второй выход третьего коммутатора соединен с третьим входом вычислительного блока , первый выход блока управления соединен с третьим входом первого коммутатора, вторым входом четвертого коммутатора и четвертым входом (Л вычислительного блока, второй выход блока управления соединен с третьим входом второго коммутатора и вторым входом третьего коммутатора, третий вь|ход блока управления соединен с первыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и вто рого гетеродина, четвертый выход со о блока управления соединен с вторыми входами первого гетеродина, генератора резонасной частоты и второго гетеродина, пятый и шестой выходы блока управления соединены соответственно с третьим и четвертым входами частотомера, седьмой выход блока управления соединен с третьим входом первого гетеродина. 2. Измеритель по п. 1, о т л ичающийся тем, что вычислительный блок содержит три пиковых детектора, делитель напряжения, коммутатор и компаратор, причем первый, второй и третий входы вычислительного блока являются соответственно

„SU„„1109671

ССЮЭ СОВЕТСКИХ Х В

РЕСПУБЛИН

В у G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3579016/18-21 (22) 08.04.83 (46) 23.08.84. Бюл. Ф 31 (72) Л,Я. Ильницкий и С.В. Даниленко (71) Киевский ордена Трудового

Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (53) 621.317.75(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 824077, кл. G 01 R 27/26, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

У 940087, кл. G 01 R 27/26, 1981 (прототип). (54)(57) 1. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ, содержащий гетеродин, смеситель, частотомер, зажимы для подключения резонансной системы, вычислительный блок и блок управления, причем выход смесителя соединен с первым входом частотомера, выход вычислительного блока соединен с входом блока управления, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения добротности, в него введены второй гетеродин, генератор резонансной частоты и четыре коммутатора, причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генератора резонансной частоты соединен с вторым входом частотомера, с первым входом смесителя и вторым входом первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, выход первого гетеродина соединен с вторым входом смесителя и вторым входом второго коммутатора, выход которого соединен с одним зажимом для подключения резонансной системы, второй зажим для подключения резонансной системы соединен с первым входом третьего коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом четвертого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, второй выход третьего коммутатора соединен с третьим входом вычислительного блока, первый выход блока управления соединен с третьим входом первого коммутатора, вторым входом четвертого коммутатора и четвертым входом вычислительного блока, второй выход блока управления соединен с третьим входом второго коммутатора и вторым входом третьего коммутатора, третий выход блока управления соединен с первыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и вто рого гетеродина, четвертый выход блока управления соединен с вторыми входами первого гетеродина, генератора резонасной частоты и второго гетеродина, пятый и шестой выходы

- блока управления соединены соответственно с третьим и четвертым входами частотомера, седьмой выход блока управления соединен с третьим входом первого гетеродина.

2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что вычислительный блок содержит три пиковых детектора, делитель напряжения, коммутатор и компаратор, причем первый, второй и третий входы вычислительного блока являются соответственно

1109671 входами первого, второго и третьего пиковых детекторов, выход первого пикового детектора соединен с первый входом коммутатора, выход второго пикового детЕктора соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен - вторым входом коммутатора, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход третьего пикового детектора соединен с вторым входом компаратора, выход которого является выходом вычислительного блока, третий вход коммутатора является входом вычислительного блока.

3. Измеритель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, блок управления содержит устройство управления и два генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, причем первый, Изобретение относится к измерениям электрических и магнитных величин, в частности к измерению фобротности и может быть использовано для контроля свойств веществ в широких пределах.

Известен цифровой измеритель добротности, содержащий генератор высокой частоты, измерительный блок с широкополосным усилителем на выходе, фазочувствительный блок, первый вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, широкополосный фазовращатсль, цифровой измеритель, последовательно соединенные генератор низкой частоты, фазоинвертор, первый ключ и балансный модулятор, второй ключ, делитель частоты и блок управления, причем второй вход балансного модулятора соединен с выходом генератора высо- кой частоты и входом делителя частоты, выход которого соединен с одним из входов цифрового измерителя, другой вход которого соецинен с выходом генератора низкой частоты, а выход балансного модулятора соединен с одI ним из вхоДов широкополосного фаэовращателя, выход О которого соециО нен с входом измерительного блока и с второй, третий,четвертый и пятый выхо.ды устройства управления являются соответственно первым, вторым, третьим, пятым и шестым выходами блока управления, шестой, седьмой и восьмой выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, .выход которого является седьмым выходом блока управления, девятый, десятый и. одиннадцатый выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является четвертым выходом блока управления, вход устройства управления является входом блока управления. одним из входов второго ключа дру гой вход которого соединен с .выходом

+45 широкополосного фазовращателя, о выход второго ключа соединен с вто5 рым входом фаэочувствительного блока, при этом управляющие входы фазоин-. вертора и широкополосного фазовращателя соединены с выходом блока управления

Недостатками данного цифрового измерителя добротности являются невозможность его работы на СВЧ и отсутствие автоматической настройки на резонансную частоту и на частоту, со1З ответствующую половине полосы пропускания исследуемой резонансной системы, Н аиболе е близ ким к из о бр ете нию я в20 ляется цифровой измеритель добротности, содержащий генератор перестраиваемой частоты, зажимы для подключения резонансной системы, вычислительный блок, гетеродин, смеси-.

25 тель, блок управления, частотомер, генератор гармоник и блок формирования управляющего напряжения, причем выход генератора переменной частоты соединен с одним из зажимов для под3р ключения резонансной системы и с од1109671

30 н.им из входов смесителя, другой вход которого соединен с выходом генератора гармоник, выход смесителя соединен с первым входом блока управления и с одним из входов частотомера, дру- 5 гой вход которого соединен с первым выходом вычислительного блока, вто-, рой выход которого соединен с другим входом блока управления, выход которого соединен с вторым входом блока формирования управляющего напряжения, первый вход которого соединен с управляющим выходом генератора переменной частоты, выход блока формирования управляющего напря- 15 жения соединен с входом гетеродина, выход которого соединен с входом генератора гармоник и с третьим входом частотомера, вход вычислительного блока соединен с другим зажимом 20 для подключения резонансной системы .

Вычислительный блок содержит пиковый детектор, делитель напряжения, блок сравнения и дифференцирующую цепь, причем вход вычислительного 25 блока является первым входом блока сравнения и входом пикового детектора, выход которого соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с входом дифференцирующей цепи, выходы которой являются выходами вычислительного блока. Блок управления содержит формирователь импульсов, эле- ..35 мент совпадения и генератор линейно изменяющегося напряжения, причем первый вход блока управления является входом формирователя импульсов, выход которого соединен с первым вхо- 40 дом элемента совпадения, второй вход которого является вторым входом блока управления, выход элемента совпадения соединен с входом генератора линейно изменяющегося напряжения, 45 выход которого является выходом блока управления. Блок формирования управляющего напряжения содержит,интегрирующую цепь, функциональный преI образователь и суммирукп1ий блок, причем первый вход блока формирования управляющего напряжения является вхо. дом интегрирующей цепи, выход которой соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом суммирующего блока, выход которого явля- ется выходом блока формирования управляющего напряжения, второй вход которого является вторым входом суммирующего блока (?).

Недостатками известного цифрового измерителя добротности являются отсутствие автоматической настройки на полосу частоты, в пределах которой находится полоса прозрачности резонансной системы, н невысокая точность, так как погрешность измерения определяется неточностью вычис ления добротности по формуле Я = 4 Ид, которая определяется при этом выражением Ю = 50/Qо/; неточностью совпадения характеристик перестройки генератора переменной частоты и ге-! теродина и неточностью совпаденияво времени импульса от формирователя импульсов с импульсом дифференцирующей цепи.

Цель изобретения — повышение точности и расширение пределов измерения добротности.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель добротности резонансной системы, содержащий гетеродин, смеситель, частотомер, зажимы для подключения резонансной системы, вычислительный блок и блок управления, причем выход смесителя соединен с первым входом частотоме ра, выход вычислительного блока соединен с входом блока управления, введены второй гетеродин, генератор резонансной частоты и четыре коммутатора, причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генератора резонансной частоты соединен с вторым входом частотомера, с первым входом смесителя и вторым входом первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, выход первого гетеродина соединен с вторым входом смесителя и с вторым входом второго коммутатора, выход которого соединен с одним зажимом для подключения резонансной системы, второй зажим для подключения резонансной системы соединен с первым входом третьего коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом четвертого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, второй выход третьего коммутатора соединен с третьим. входом вычислительного блока, первый выход блока управления соединен с третьим входом

t0

S 110 первого коммутатора, вторым входом четвертого коммутатора и четвертым входом вычислительного блока, второй выход блока управления соединен. с третьим входом второго коммутатора и вторым входом третьего коммутатора, третий выход блока управления соединен с первыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и второго гетеродина, четвертый выход блока управления соединен с вторыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и второго гетеродина, пятый и шестой выходы блока управления соединены соот: етственно с третьим и четвертым входами частотомера, седьмой выход блока управления соединен с третьим входом первого гетеродина.

Кроме того, вычислительный блок содержит три пиковых детектора, делитель напряжения, коммутатор и компаратор, причем первый, второй и третий входы вычислительного блока являются соответственно входами первого, второго и третьего пиковых детекторов, выход первого пикового детектора соединен с первым входом коммутатора, выход второго пикового детектора соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход третьего пикового детектора соединен с вторым входом компаратора, выход которого является выходом вычислительного блока, третий вход коммутатора является входом вычислительного блока..

Кроме того, блок управления содержит устройство управления и два генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, причем первый, второй, третий, четвертый и. пятый выходы устройства управления являются соответственно перт вым, вторым, третьим, пятым и шестым выходами блока управления, шестой, седьмой и восьмой выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго генератора ли нейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является седьмым выходом блока управления, девятый, десятый и одиннадцатый выходы устройства управления соединены соответственно с первым, . вторым и третьим входами первого ге-.

9671 Ь нератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является четвертым вы. ходом блока управления, вход устройства управления является входом блока управления. (На чертеже представлена функциональная электрическая схема цифрового измерителя добротности резонансной системы.

Цифровой измеритель добротности резонансной системы состоит.из частотомера 1, смесителя 2, второго гетеродина 3, генератора 4 резонансной частоты, первого гетеродина 5, первого 6, второго 7 коммутаторов, исследуемой резонансной системы 8, третьего 9 и четвертого 10 коммутаторов, вычислительного блока 11 и блока 12 управления. Вычислительный блок 11 состоит из первого 13, второго 14 и третьего 15 пиковых детекторов, делителя 16 напряжения, коммутатора 17 и компаратора 18.

Блок 12 управления состоит из устройства 19 управления, первого 20 и второго 21 генераторов линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением.

Исследуемая резонансная система

8 включается между выходом второго коммутатора и входом третьего коммутатора, выход которого через четвертый коммутатор соединен с одним из входов вычислительного блока 11 °

Генератор 4 резонансной частоты через первый коммутатор 6 соединен с входом второго коммутатора 7, а выход первого гетеродина 5 через ком- мутатор 7 соединен с входом исследуемой системы 8.

Цифровой измеритель добротности резонансной системы работает следующим образом.

Цифровой измеритель добротности резонансной системы работает в двух режимах "Измерение" и "Индикация".

В режиме "Измерение" происходит определение,резонансной частоты о . и частоты г, отстоящей от резонансной на половину полосы пропускания исследуемой резонансной системы

8, и вычисление добротности(.

Импульсом по первому выходу устройства 19 управления, поступающим на. первый 6 и четвертый 10 коммутаторы и по четвертому входу вычислительного блока 11 на третий вход коммутатора 17; происходит подключе-

7 1109671 нне выхода второго гетеродина 3 к входу второго коммутатора 7, первого выхода третьего коммутатора 9 по первому входу вычислительного блока 11 к входу первого пикового дететора 13, выход которого через комму татар 17 вычислительного блока 11 подключается к первому входу компаратора 18. Импульсами по второму выходу устройства 19 управления про исходит поочередное подключение с помощью второго коммутатора 7 выходов второго 3 и первого 5 гетеродинов к входу исследуемой резонансной системы 8 и с помощью третьего коммутатора 9 выход исследуемой резонансной системы 8 синхронно подключается к первому 13 и третьему 15 пиковым детекторам вычислительного блока 11, на выходах компаратара 18 сравниваются напряжения с первого

13 и третьего 15 пиковых детекторов которые пропорциональны напряжения частотами f второго 3 и 1 первог

5 гетерадинов, прошедших через исследуемую резонансную систему 8 при поочередной коммутации ее вход и выхода вторым 7 и третьим 9 коммутаторами. Импульсами по третьему выходу устройства 19 управления бл ка 12 управления происходит перек чение поддиапазонов первого гетеро ! дина 5, генератора 4 резонансной частоты и второго гетеродина 3 по их первым входам и плавная перестройка в пределах каждого поддиап зона по их вторым входам напряжени первого генератора 20.линейно изме няющегося напряжения со сбросом и хранением по четвертому выходу бло ка 12 управления, управляемого по его входам импульсами с девятого, десятого и одиннадцатого выходов устройства 19 управления, причем перестройка первого гетеродина 5, генератора 4 резонансной частоты и второго гетеродина 5 производится так, что всегда выполняются усынови 2 0,95 о

105f. (1) 5

20 и с о

25 а

30 лю35 аем

Я

В конце каждого поддиапазона производится сброс выходного напряжения первого генератора 20 линейно изменяющегося напряжения со сбросом . и хранением импульсами, подаваемыми на .его третий вход по одиннадцатому выходу устройства 19 управления.

Процесс перестройки происходит до тех пор, пока на входах компаратора

18 не сравняются по амплитуде напряжения с первого 13 и третьего 15 пиковых детекторов, что соответствует настройке первого гетеродина 5 на левый склон резонансной кривой, а второго гетеродина 3 на правый склон резонансной кривой, и при выполнении условия (1) генератор 4 резонансной частоты точно настраивается на резонансную частоту f о исследуемой резонансной системы 8. На выходе ком. паратора 18 появляется импульс, поступающий на вход устройства 19 управления и останавливающий переключение поддиапазонов второго гетеродина 3, генератора 4 резонансной частоты н первого гетеродина 5.

Плавная перестройка в пределах поддиапазона останавливается импульсом с десятого выхода устройства 19 управления по второму входу первого генератора 20 линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, переводящим его в режим хранения выходного напряжения, при котором генератор 4 резонансной частоты генерирует частоту а, равную резонансной частоте исследуемой резонансной системы.

Импульсом с первого выхода устройства 19 управления, поступающим на первый 6 и четвертый 10 коммутаторы и по четвертому входу вычислительного блока 11 на третий вход коммутатора 17, происходит подключение выхода генератора 4 резонансной частоты к входу второго коммутатора 7, первого выхода третьего коммутатора 9 по второму входу вычислительного блока 11 на вход второго пикового детектора 14, выхода делителя 16 напряжения к первому вхо. ду компаратора 18 ° На входах компаратора 18 сравниваются напряжения с второго пикового детектора 14, разделенное на1/2 делителем 16 напряжения, и третьего пикового детектора 15, пропорциональные напряжениям с частотами 1" генератора 4 резонансной частоты и » первого. гетероди4 на 5, проходящих резонансную систему 8 при поочередной коммутации вто.рым 7 и третьим 9 коммутаторами, управляемых импульсами по второму выходу устройства 19 управления. Импульсом по шестому выходу устройства

19 управления запускается второй генератор 21 линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, линейно возрастающее напряжение которого по седьмому выходу блока 12 управления подается на третий вход первого гетеродина 5 и уменьшает частоту первого гетеродина 5 до тех пор, пока на входах компаратора 18 не сравняются напряжения с второго пикового детектора 14, разделенное делителем напряжения 16 на 1/2, и с третьего пикового детектора 15, что соответствует настройке первого ген теродина 5 на частоту т",, отстоящую от резонансной на половину полосы пропускания исследуемой резонансной сист мы 8 на уровне 0,707 (-ЗдБ).

На выходе компаратора 18 появляется импульс, поступающий на вход устройства 19 управления, и импульсом по

его седьмому выходу, поступающим на второй вход второго генератора 21 линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, последний переводится s режим хранения выходного напряжения, при котором первый л/ гетеродин 5 генерирует частоту т"„ на первом склоне резонансной кривой, отстоящей от резонансной на половину полосы пропускания исследуемой резонансной системы 8 на уровне

0,707 (-ЗдБ). Напряжение с частотой с выхода первого гетеродина 5

1 поступает на вход смесителя 2, где оно смешивается с частотой т с выхода генератора 4 резонансной частоты, поступающей на другой вход смесителя 2, и на выходе смесителя

2 образуется напряжение с частотой д, равной половине полосы пропускания исследуемой резонансной системы

8 на уровне 0,707 (-ЗдБ) hf = f — >, которое поступает на вход частотомера 1, работающего в режиме измерения отношения двух частот, на другой вход которого поступает напряжение с резонансной частотой Fp c

109671 10 выхода генератора 4 резонансной частоты. Импульсом с четвертого выхода устройства 19 управления частотомер

1 запускается в режим измерения отношения N = вЂ, значение которого

1 о 1 делится на 2 и записывается в регистр памяти частотомера. На этом режим "Измерение" заканчивается.

lO Импульсом с пятого выхода устройства 19 управления, поступающим на четвертый вход частотомера 1, разрешается индикация измеренной добротности Q = И/2 исследуемой резонансной системы 8, а по остальным выходам устройства 19 управления цифровой измеритель добротности резонансной системы подготавливается к следующему циклу измерения, что опрещ деляется работой устройства 19 управления.

Использование цифрового измерителя добротности резонансной системы обеспечивает по сравнению с измери25 телем добротности Е 9-5 ряд преимуществ. Повьппается точность измерения добротности с 10Х до 0,3-0,35Х за счет автоматизации процесса измерения и уменьшения методической и инструментальной погрешностей измерения добротности. Использование цифрового измерителя добротности резонансной системы существенно улучшает условия труда за счет повышения производительности измерения, повышает показатели качества и надежность выпускаемой продукции за счет повышения точности и автоматизации процесса измерения.

4>. Экономический эффект от внедрения предлагаемого цифрового измерителя добротности образуется за счет повышения производительности измерений и показателей качества и на4 дежности по сравнению с измерителем добротности с Е 9-5.

»0 6>1

Составитель Л. Сорокина

Редактор И. Шулла Техред;Т.фанта Корректор F.. Сирохман

3axas 6025/30 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ко делам изобретений и открытий

113035, Москва, E-35, Раумская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4