Стенд для измерения частотных характеристик свойств веществ

 

СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ, содержащий емкостный датчик, катушку индуктивности, катушку -подмагничивания , .размещенную на одном магнитном сердечнике с катушкой индуктивности, умножитель импеданса, состоящий из усилителя с разомкнутой цепью обратной связи и полевого транзистора, стоком подключенного к выходу усилителя , а истоком соединенного с землей, двухполюсник с управляемым отрицательным сопротивлением, блок управляемой емкости,состоящий из последовательно соединенных разделительного конденсатора и варикапа, блок управления, переключатель, ключ, блок памяти, вычислитель, цифровой регистратор и вычитатель, к первому входу которого подключен выход блока памяти, о т л ичающийся тем, что, с целью автоматизации процесса измерений, в стенд введены четыре функциональных преобразователя, тактовый генератор, двоичный счетчик, блок выборки-хранения , дешифратор, измеритель интервалов времени, регистр, цифроаналоговый преобразователь и цифровой куметр с информационным входом, входом запуска , информационным выходом и выходом сигнала остановки счета, причем катушка индуктивности включена в цепь обратной связи умножителя импеданса , один зажим катушки подмагничивания заземлен, а другой зажим катушкиподмагничивания, затвор полевого транзистора и управляющий вход двухполюсника с управляемым отрицательным сопротивлением подключены к выходам первого, второго и третьего функциональных преобразователей соот-, ветственно, вход умножителя импедан (Л са, информационный вход цифрового куметра, первый зажим двухпос люсника с управляемым отрицательным сопротивлением подключены к первому § входу переключателя, на второй вход которого подано постоянное напряжение , второй зажим двухполюсника с управляемым отрицательньгм сопротивлением , анод варикапа и одна из двух обкладок емкостного датчика Зазем4 лены, незаземленная обкладка датчисо ка соединена с выходом переключателя 00 и через ключ и разделительный конденсатор подключена к катоду варикапа и к выходу блока выборки-хранения , первый выход блока управления соединен с управляющим входом переключателя, входом запуска цифрового куметра и первым входом измерителя интервалов врембни, второй выход блока управления соединен с управляюищм входом ключа и управляющим входом блока выборки-хранения,, при этом к входу блока управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН з(ю G 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3505396/18-21 (22) 26. 10.82 (46) 23.09.84. Вюл. № 35 (72) Э.И. Арш, Д.П. Сивцов и А.К. Флоров (7 1) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (53) 621.317.333 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 381044, кл. G 01 R 27/16, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 756316, кл. G 01 R 27/26, 1978. (54) (57) СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ, содержащий емкостный датчик, катушку индуктивности, катушку .подмагничивания, размещенную на одном магнитном сердечнике с катушкой индуктивности, умножитель импеданса, состоящий из усилителя с разомкнутой цепью обратной связи и полевого транзистора, стоком подключенного к выходу усилителя, а истоком соединенного с землей, двухполюсник с управляемым отрицательным сопротивлением, блок управляемой емкости, состоящий из последовательно соединенных разделительного конденсатора и варикапа, блок управления, переключатель, ключ, блок памяти, вычислитель, цифровой регистратор и вычитатель, к первому входу которого подключен выход блока памяти, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью автоматизации процесса измерений, в стенд введены четыре функциональных преобразователя, тактовый генератор, двоичный счетчик, блок выборки-хране„„Su„„»14981 А ния, дешифратор, измеритель интерва-. лов времени, регистр, цифроаналоговый преобразователь и цифровой куметр с информационным входом, входом запуска, информационным выходом и выходом сигнала остановки счета, причем катушка индуктивности включена в цепь обратной связи умножителя импеданса, один зажим катушки подмагничивания заземлен, а другой зажим катушки-подмагничивания, затвор полевого транзистора и управляющий вход двухполюсника с управляемым отрицательным сопротивлением подключены к выходам первого, второго и третьего функциональных преобразователей соот-. Pg ветственно, вход умножителя импеданса, информационный вход цифрового куметра, первый зажим двухполюсника с управляемым отрицательным сопротивлением подключены к первому д входу переключателя, на второй вход которого подано постоянное напряжение, второй зажим двухпблюсника с ф, управляемым отрицательным сопротивле. нием, анод варикапа и одна из двух обкладок емкостного датчика заземлены, незаземленная обкладка датчика соединена с выходом переключателя и через ключ и разделительный конденсатор подключена к катоду варикапа и к выходу блока выборки-хранения, первый выход блока управления соединен с управляющим входом переключателя, входом запуска цифрового куметра и пепвым входом измерителя интервалов врем ни, второй выход блока управления соединен с управляющим входом ключа и управляющим входом блока выборки-хранения,. при этом к входу блока управления е

1114981 подключен выход тактового генератора, соединенный также и с входом двоичного счетчика, выход которого соединен параллельно с входами первого, второго и третьего функциональных преобразователей и с входом блока памяти, информационный выход цифрового куметра подключен к второму входу измерителя интервалов времени через дешифратор, выход сигнала остановки счета цифрового куметра соединен с управляющим входом регистра, выход измерителя интервалов времени подключен к инфор3

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частотных.характеристик диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектри.ческих потерь с целью неразрушающего контроля различных материалов и изделий.

Известен стенд для измерения частотных характеристик диэлектри- 10 ческих свойств веществ, содержащий свип-генератор, емкостные делители напряжения, вектормерные фаэометры, фазовращатели, вычислительные блоки и панорамные регистрирующие приборы. Свил-генератор подключен к двум делителям, состоящим из симметрично смонтированных друг к другу и по отношению к входным цепям емкостных датчиков и добавочных кон- 2п денсаторов, а выходы датчиков, в поле одного из которых помещается исследуемое вещество, соединены с входами вычислительных блоков, выходы которых подключены к панорамным ре- 25 гистрирующим приборам. Скорость свипирования и быстродействие регистрирующих приборов согласованы. В процессе измерения амплитуда и фаза напряжения на обкладке датчика, в щи который помещено исследуемое вещество, изменяется в зависимости от частотных характеристик диэлектрических свойств вещества, а амплитуда и фаза напряжения на обкладке другого датчика, не взаимодействующего с мационному в ходу регистра, выход которого соединен с вторым входом вычитателя, выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и четвертый функциональный преобразователь подключен к информационному входу блока выборки-хранения, а информационный выход и выход сигнала остановки счета цифрового куметра, а также выход вычитателя подключены к входам вычислителя, выход которого соединен с цифровым регистратором.

2 веществом, остаются неизменными ввиду постоянства параметров делителя, в который он входит, в. достаточно широком диапазоне частот. По частотным характеристикам С < и tg 8 расчетным путем могут быть определены частотные характеристики диэлектрических параметров вещества L1) .

Однако поскольку в устройстве не предусмотрено никаких аппаратурных средств дискретизации аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования, то в нем возможно применение лишь аналоговых вектормерных фазометров, которые не обеспечивают достаточную для практики точность и чувствительность измерений tg 8 на частотах выше 10-15 ИГц, так как не может быть обеспечена полная идентичность фазочастотных и амплитудночастотных характеристик входных цепей приборов, подключаемых к выходам рабочего и эталонного делителей напряжения.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ, содержащее емкостную измерительную ячейку и градуированный измерительный конденсатор, связанные через переключатель с измерительным контуром, состоящим из катушки индуктивности и вспомогательного конденсатора переменной емкости, питающий генератор амплитудный детектор и блок, управляющий настройкой измери3 1114981 4 тельного контура в резонанс, блок вычисления отношения двух напряжений, последовательно соединенные ключ, блок памяти и вычитатель. Увеличение точности измерений при одновременной линеаризации выходной характеристики по измеряемой резистивной проводимости достигается тем, что первые входы вычитателя и блока вычисления отношения двух напряжений (g соединены с выходом амплитудного детектора и через ключ с входом блока памяти, выход которого соединен с вторым входом вычитателя, а выход

i .вычитателя соединен с вторым входом блока вычисления отношения двух напряжений, причем управляющие входы переключателя и ключа связаны с выходом блока, управляющего настройкой измерительного контура в резонанс. ро

Контур настраивается в резонанс при с подключенном к измерительной ячейке вспомогательном конденсаторе, но при отключенном градуированном (эталонном) конденсаторе, заменяющем емкость измерительной ячейки. Измерительная цепь питается генератором синусоидального напряжения. Определение диэлектрических характеристик вещества, заполняющего измерительную ячейку, производится путем сравнения напряжений на выходе амплитудного детектора при подключенной ячейке и при подключенном градуированном конденсаторе. При подключении к кон35 туру градуированного измерительного конденсатора напряжение U на выходе детектора запоминается блоком памяти. Это напряжение равно амплитуде колебаний в контуре при отсутствии потерь. При подключенной измерительной ячейке это напряжение равно соответственно U Вычитатель производит операцию Ос,-LI>,à блок вычисления отношения двух напряженийоперацию(0,>-0„1/О „, что при коэффициенте усиления этого блока, равном собственной добротности контура

0 о позволяет фиксировать на его выходе напряжение, численно равное

50 измеряемой проводимости .вещества, эквивалентной потерям в диэлектрике C21 .

Однако в известном устройстве отсчет значений диэлектрической про- 55 ницаемости измеряемого вещества возможен лишь визуально по шкале градуированного конденсатора, а это является источником субъективных погрешностей и усложняет обработку информации. Кроме того, механическая настройка вспомогательного и градуированного конденсаторов неточна, а поскольку напряжения U о и Ujc — суть амплитуды колебаний в резонансе, то эта настройка вносит значительную погрешность в результат измерения потерь вещества, особенно при измерениях слабопотерных веществ, так как в этом случае в устройство производится вычитание двух близких по величине напряжений (О, - О ф) Изменение частоты измерения требует замены катушки индуктивности контура и перестройки питающего генератора, что делает затруднительным измерение частотных зависимостей свойств веществ и сужает функциональные возможности устройства.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона к увеличение точности измерения.

Цель достигается тем, что в стенд для измерения частотных характеристик свойств веществ, содержащий емкостный датчик, катушку индуктивности, катушку подмагничивания, размещенную на одном магнитном сердечнике с катушкой индуктивности, умножитель импеданса, состоящий из усилителя с разомкнутой цепью обратной связи и полевого транзистора, стоком подключенного к выходу усилителя, а истоком соединенного с землей, двухполюсник с управляемым отрицательным сопротивлением, блок управляемой емкости, состоящий из последовательно соединенных разделительного конденсатора и варикапа, блок управления, переключатель, ключ, блок памяти, вычислитель, цифровой регистратор и вычитатель, к первому входу которого подключен выход блока памяти, введены четыре функциональных преобразователя, тактовых генератор, двоичный счетчик, блок выборки-хранения, дешифратор, измеритель интервалов времени, регистр, цифроаналоговый преобразователь и цифровой куметр с информационным входом, входом запуска, информационным выходом и выходом сигнала остановки счета, причем катушка индуктивности включена в цепь обратной связи умножителя импеданса, один зажим катушки подмагничивания заземлен, а другой

1114981 зажим катушки подмагничивания,затвор полевого транзистора и управляющий вход двухполюсника с управляемым отрицательным сопротивлением подключены к выходам первого, второго и треть-5 его функциональных преобразователей соответственно, вход умножителя импеданса, информационный вход цифрового куметра, первый зажим двухполюсника с управляемым отрицательным сопротивлением подключены к первому входу переключателя,на второй вход которого подано постоянное напряжение, второй зажим двухполюсника с управляемым отрицательным со- 15 противлением, анод варикапа и одна из двух обкладок емкостного датчика заземлены, незаземленная обкладка датчика соединена с выходом переключателя и через ключ и разделительный конденсатор подключена к катоду варикапа и к выходу блока выборки-хранения, первый выход блока управления соединен с управляющим входом переключателя, входом запуска цифрового куметра и первым входом измерителя интервалов времени, второй выход блока управления соединен с управляющим входом ключа и управляющим входом блока выборки-хране- З0 ния, при этом к входу блока управления подключен выход тактбвого гене1 ратора, соединенный также и с входом двоичного счетчика, выход которого соединен параллельно с входами .первого, второго, и третьего функциональных преобразователей и с входом блока памяти, информационный выход цифрбвого куметра подключен к второму входу измерителя интервалов 40 времени через дешифратор, выход сигнала остановки счета цифрового куметра соединен с управляющим входом регистра, выход измерителя интервалов времени подключен к информационному 45 входу регистра, выход которого соединен с вторым входом вычитателя,выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и четвертый функциональный пре-50 образователь подключен к информационному входу блока выборки-хранения, а информационный выход и выход сигнала остановки счета цифрового куметра,а

Также выход вычитателя подключены к входам вычислителя, выход которого соединен с цифровым регистратоРом.

На фиг.1 представлена схема стен" да, на фиг. 2 †. временные диаграммы, поясняющие его работу.

Стенд содержит катушку 1 индуктивности> умножитель 2 импеданса, состоящий из усилителя 3 с разомкнутой петлей обратной связи и полевого транзистора 4, катушку 5 подмагничивания, двухполюсник 6 с регулируемым отрицательным активным сопротивлени-, ем, блок 7 управляемой емкости, пере-. ключатель 8, емкостный датчик 9, ключ 10, разделительный конденсатор

11, варикап 12, первый 13, второй 14 и третий 15 функциональные преобразователи, тактовый генератор 16, блок 17 управления, двоичный счетчик 18, блок 19 выборки-хранения, четвертый функциональный преобразователь 20, цифроаналоговый преобразователь 21, блок 22 памяти, цифровой куметр 23, вычитатель 24, дешифратор 25, измеритель 26 интервалов времени, регистр 27, вычислитель 28 и цифровой регистратор 29.

Цифровой куметр 23 содержит формирователь 30 импульсов, ключ 31 с раздельным управлением замыканием и размыканием, счетчик 32 импульсов, выпрямитель 33, фильтр 34 нижних час" тот и компаратор 35.

Катушка 1 индуктивности замыкает цепь разомкнутой обратной связи усилителя 3 умножителя 2 импеданса так, что входная цепь усилителя 3 вместе с емкостным. датчиком 9 образует параллельный колебательный -контур.

Конструктивно катушка 1 индуктивности размещена на общем с катушкой 5 подмагничивании магнитном сердечнике. Параллельно к этому колебательному контуру подключены также двухполюсник 6 с регулируемым отрицательным активным сопротивлением.

Параллельно емкостному датчику 9 посредством ключа 10 подключается варикап 12. К неэаэемленной общей точке колебательного контура подключен также информационный вход цифрового куметра 23. Емкостный датчик 9 подключается либо параллельно катушке 1 индуктивности, либо к источнику постоянного напряжения (Оц) посредством переключателя 8, Затвор полевого транзистора 4 и управляющий вход двухполюсника 6 подключены к выходам первого 13 и третьего 15 функциональных преобра1 11498 1

7 зователей, а незаземленный зажим катушки подмагничивания соединен с выходом второго функционального преобразователя 14. Входы первого, второго и третьего функциональных 5 преобразователей 13-15,а также вход . блока 22 памяти подключены к выходу двоичного счетчика 18. Выход блока 22 памяти соединен с первым, а регистр 27 — с вторым входом вычитателя 24, выход которого подключен через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь 21, четвертый функциональный преобразователь 20 и блок

19 выборки-хранения к катоду варикапа 12. Тактовый генератор 16 подключен к входу блока 17 управления и входу двоичного счетчика

18. Информационный вход цифрового куметра 23 соединен через формирователь 30 и ключ 31 с информационным входом счетчика 32 импульсов, а также через выпрямитель 33, фильтр 34 нижних частот и компаратор 35 — с первым управляющим входом ключа 31. На второй вход компаратора 35 подается постоянное напряжение, при этом выход компаратора 35, являющийся одновременно 30 выходом сигнала остановки счета цифрового куметра 23, соединен с управляющим входом регистра 27.

Выход счетчика 32 импульсов, являющийся одновременно информационным З5. выходом цифрового куметра 23, сое- динен через дешифратор 25 с вторым входом измерителя 26 интервалов времени, выход которого подключен к ин" формационному входу регистра 27. 40

Второй управляющий вход ключа 31 с раздельным управлением замыканием и размыканием и установочный вход счетчика 32 импульсов объединены и образуют вход запуска цифрового ку- 45 метра 23. Первый выход блока 17 соединен с управляющим входом переключателя 8, входом запуска цифрового куметра и с первым входом измерителя

26 интервалов времени. Второй выход блока 17 управления соединен с управляющими входами ключа tO и блока 19 выборки-хранения. Информационный выход куметра 23 и его выход сигнала остановки счета, а также выход вычитателя 24 подключены к входам вычислителя 28, выход которого соединен с цифровым регистратором 29.

Стенд работает следующим образом.

Из мер ен ие ч ас тот ных хара к тер ис ти к свойств веществ, таких как относительная диэлектрическая проницаемость E и тангенс угла диэлектрических потерь tg d, производится посредством определения их значений на сетке фиксированных частот

f »f »f„»f ф заданного диапазона частот F = Г„ -f . При этом частотная характеристика представляется набором значений Е (Е ), Е(f„ ),..., (f; ),..., (f ), а частотная характеристика tg8 — набором значений tp 8 (й„), tg 8 (f< ),..., tgd (f;),...,tg8 (f„P на указанной сетке частот. Количество частот в сетке и их конкретные значения выбираются при проектировании конкретного стенда, что сводится лишь к записи в блок 22 памяти определенного массива значений частот (периодов) и настройке первого, второго и третьего функциональных преобразователей

13-15 на соответствующие режимы преобразования, сообразно выбранной сетке частот. Измерение значений с (f;) и е8 Я (f ) на какой либо частоте f; производится посредством определения параметров параллельного колебательного контура, образованного входной цепью усилителя 3 умножителя 2 импедансов, двухполюсником

6 с отрицательным активным сопротивлением, емкостным датчиком 9 и последовательно соединенными разделительным конденсатором 11 и варикапом 12 до и после внесения измеряемого вещества в емкостной датчик 9. При этом определение значения tg 8 (f; ) производится по значениям добротностей Я(Г„.) и

1 (f;) этого колебательного контура до и после внесения вещества соответственно, а определение (Е;) производится по изменению емкости варикапа 12, необходимой для компенсации смещения z-ой частоты, вызванного, внесением исследуемого вещества в емкостной датчик 9. Переход с одной частоты измерения на другую осуществляется посредством изменения величины имитированной индуктивности, получаемой на входных зажимах усилителя 3 умножителя 2 импедансов. Входное со» противление умножителя импедансов, т.е. входное сопротивление 2 g> усМ9 лителя 3, цепь обратной связи которого замкнута импедансом

3 j2И („,,равно

1114981 частот. Сопротивление суммарных потерь R равно

=

0 усилителя 3 по напряжению.

Изменение величины К ц практически осуществляется путем изменения активной нагрузки усилителя 3, в качестве которой использовано сопротивление канала полевого транзистора 4, величина сопротивления канала определяется выходным напряжением первого функционального преобразователя 13, которое прикладывается между затвором и истоком полевого транзистора 4. Изменение о индуктивности в (1 + —,) раэ не1-y u

I остаточно для прекрытия широкого апазона частот, поэтому для расширения этого диапазона катушка 1 индуктивности размещена на общем магнитном сердечнике с катушкой 5 подмагничивания, которая предназначена для изменения магнитной индукции сердечника и величины индуктивности L,, Принцип управления индуктивностью основной катушки с помощью дополнительной катушки подмагничивания широко применяется в свип-генераторах. Ток, текущий через катушку S подмагничивания, определяется вторым функциональным преобразователем 14. В процессе перестройки имитированной индуктивности ее добротность изменяется. С целью компенсации этих изменений, ухудшающих точность измерений, в стенд введен корректирующий узел— двухполюсник 6 с регулируемым отрицательным активным сопротивлением, величина которого управляется напряжением подаваемым с выхода третьего функционального преобразователя,15. Отрицательное сопротивление двухполюсника б выбирается достаточно большим, чтобы обеспечить неполную компенсацию суммарных потерь параллельного колебательного контура во всем рабочем диапазоне

5 где G — активная составляющая проQ водимости входной цепи цифрового куметра 23, б — активная составляющая про4

10 водимости входной цепи ycu\ лителя 3, т.е. проводимость потерь в параллельной эквивалентной схеме имитированной индуктивности, 15 С - отрицательная проводимость двухполюсника 6;

C — проводимость в параллельной эквивалентной схеме пустого емкостного датчика 9,;

G„„- активная составляющая проводимости, вносимой варикапом и выходной цепью блока 19 выборки-хранения.

Принцип работы цифрового куметра

23 основан на постоянстве логарифмического декремента затухания амплитуд и периода колебаний колебательного контура. Перед измерением добротности емкостный датчик 9 посредством переключателя 8 заряжается да потенциала, равного Up ° До запуска ключ 31 с раздельным управлением замыканием и размыканием разомкнут, и счетчик

32 импульсов сброшен в исходное состояние. В момент запуска переключателем 8 емкостный,датчик 9 подключается к имитированной индуктивности и ключ 31 замыкается. Затухающие колебания напряжения на контуре с частотой f„. подаются через формиро40 ватель 30 импульсов на счетчик 32 импульсов и одновременно на выпрямитель 33 и фильтр 34 нижних частот для выделения огибающей напряжения, которая подается на первый вход компаратора 35, на второй вход которого подано постоянное напряжение равное Оо /1 11 ° В момент снижения огибающей до уровня 0О / срабатывает кампаратор, который замыкает ключ 31. При этом число импульсов, подсчитанных счетчиком 32, численно равно добротности колебательного контура.

Весь процесс измерения частотной характеристики вещества разбит на N двухтактных циклов, каждый из которых соответствует одной из сеток час дэ э ° ° ° ь в ° ° э я 1 °

11 1.1 14

Собственная частотная характеристика добротности Q(f) колебательного контура, т.е. набор значений Q(fo), Q(f4 ) ° ° °,Q(f )э,° э,Q(f 4 ), опреде ляется для конКретного емкостного датчика 9 путем проведения измерений на самом стенде при пуске его в работу. При необходимости измерение

Q(f) может выполняться каждый раз перед измерением конкретного вещества. Тактирование всего стенда осуществляется тактовым генератором 16, выходные импульсы которого показаны на временной диаграмме V<< (фиг.2).

Длительность цикла обработки i-ой точки частотного диапазона Р равна двум периодам импульсной последовательности тактового генератора 16, что соответствует времени фиксации

i-го состояния двоичного счетчика 18 (диаграмма „ фиг.2). Двоичный счетчик 18 генерирует на своем выходе последовательность кодов, соответствующих десятичным номерам сетки частот от О до N-1. Кодовые комбинации, поступающие с выхода двоич; ного счетчика 18 на входы первого, второго и третьего функциональных преобразователей 13-15, порождают на их выходах напряжения, управляю30 щие установкой значения.имитированной индуктивности, соответствующей частоте f;, и значения добротности колебательного контура Q(f ) не

1 меньшей, чем Q . Функциональное преобразование требуется потому,что законы управления резонансной частотой контура, совпадающей с f u его добротностью Я(Г;), нелинейны относительно частоты. Первый, второй и третий функциональные преобразо40 ватели 13-15 являются преобразовате— лями типа код-аналог и строятся последовательным соединением постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и цифроаналогового преобразователя

45 (ЦАП). При этом адрес ПЗУ определяется двоичным счетчиком 18, а само слово является кодом управляющего напряжения. Переход на другую сетку частот связан в этом случае только с перепрограммированием ПЗУ. Код двоичного счетчика 18 поступает также на адресный вход блока 22 памяти, на выходе которого формируется код периода, соответствующий частоте 55 данного номера i. При.переходе на другую сетку частот содержимое ячеек блока 22 памяти должно быть тоже

981 12 изменено. После заполнения емкост= ного датчика веществом стенд запускается. В начале первого тактА каждого цикла блок управления вырабатывает на своем первом выходе (1 импульс Ч„, (диаграмма Ч фиг. 2), который обнуляет счетчик 32 импульсов и замыкает ключ 31 цифрового куметра 23, а также перебрасывает переключатель 8, в исходном состоянии всегда соединяющий емкостной датчик 9 с источником постоянного напряжения (0> ).Переключатель 8 и ключ 31 срабатывают с наибольшей задержкой относительно срабатыван я счетчика 32 импульсов. После окон( чания импульса V< поступающего на вход запуска цифрового куметра 23, начинается затухающий колебательный процесс в колебательном контуре и подсчет значения добротности на часI тоте f <, отличной от требуемой

1 частоты й; . Различие частот f1 и Й.

1 связано с увеличением емкости емкостного датчика, заполненного ве- ществом. Поэтому значения добротности, полученные в первом такте каждого цикла не используются, а сами первые такты используются только для одновременного определения частоты

f; с целью возврата колебательного контура на заданную частоту Е;. Вместо измерения частоты колебаний в стенде используется измерение периода этих колебаний, что производится с помощью дешифратора 25, измерителя 26 интервалов времени и регистра 27. Определение периода основано на измерении интервала времени,который равен целому числу затухающих колебаний контура, причем это число выбрано равным целой степени m двойки. Интервал времени отсчитывается от заданного фронта импульса запус-! ка Ч„получаемого на первом выходе блока 17 управления, до момента окончания 2 -ro импульса, подсчитанного счетчиком 32 импульсов цифрово- го куметра 23. Измерение периода ил1 люстрируется диаграммами V ., V g

V ×,× 1 (фиг.2) . Огибающая напряжения Ч на емкостном датчике 9 показана на диаграмме V . Через вре-! мя Т„с момента запуска цифрового куметра 23 счетчиком 32 импульсов подсчитывается 2 импульсов, причем

I значение mвыбирается так,,чтобы T„ при любых возможных значениях добротности было меньше, чем время, 13

111498

15

25

35

40 г50

55 необходимое для подсчета этой добротности, т.е. должно всегда выполняться соотношение 2 < Q где

И1

Ф!Ц („„, — наименьшее допустимое значение добротности колебательного контура. После подсчета 2 -ro импульса дешифратор 25 на своем выходе вырабатывает импульс Vqg, поступающий на второй вход измерителя 26 интервалов времени. Код интервала, сформированный измерителем 26 интервалов времени, заносится в регистр 27. Поскольку период равен отношению измеренного интервала

N к числу импульсов, а оно равно 2 то код периода получается простым сдвигом содержимого регистра 27 на m разрядов вправо. Эта операция производится подачей на управляющий вход регистра 27 импульса остановки счета V>< получаемого с выхода компаратора 35 (диаграмма V>g фиг.2).

Смена состояний регистра 27 показана на диаграмме V<> (фиг. 2), причем код периода хранится в регистре

I неизменным в течение времени T„Из кода периода, соответствующего

I частоте f вычи гателем 24 вычита1 1 ется код периода, соответствующий частоте f„ êîòîðûé поступает с выхода блока 22 памяти. Исходя из раз-. ности периодов производится компенсация изменения емкости датчика 9, вызванного внесением в него вещества. Это производится во втором такте каждого i-ro цикла. Процесс измерения добротности и периода затухающих колебаний происходит аналоl гично первому циклу — интервалу Т, соответствует Т, а интервалу Т -Т, (фиг.2) с той лишь разницей, что во втором такте с помощью ключа 10 параллельно емкостному датчику 9 подключается варикап 12. Разделительный конденсатор 11 применяется для 4 развязки цепи управления варикапом

12 и колебательного контура по постоянному току, Во втором такте си нал V, снимаемый с второго выхода блока 17 управления, замыкает ключ

10 и настраивает блок 19 выборки-хранения на запоминание напряжения управления варикапом 12, получаемого путем преобразования кода разности периодов посредством ЦАП 21 и четвертого функционального преобразователя 20. Управляющее напряжение на варикапе 12 поддерживается бло1

14 ком 19 выборки-хранения в течение второго такта кажцого цикла.

Поскольку разность д f резонансI ных частот f„- и f„ равна

4 д fg =1„ -(; =

7sfLlc rlcl л где С вЂ” емкость пустого емкостного датчика; д С вЂ” приращение емкости датчика 9, вызванное внесением в него вещества, то отсюда находят связь между разностью периодов колебаний дТ;, соответствующей разности частот д f; и величиной дС

1 дС -С

I 1и

T. Р +» ) где Т„= — — период, соответствующий

f1

i-ой частоте сетки, известен заранее.

Так как зависимость емкости варикапа 12 от управляющего напряжения также известна (определяется экспе( риментально), по любой частоте четвертый функциональный преобразователь 20 сопоставляет соответствующее управляющее напряжение U, которое уменьшает емкость варикапа на величину дС, что возвращает резонансной частоте контура с заполненным емкостным датчиком 9 значение, равное f Во втором такте i — ro цикла цифровой куметр 23 измеряет, таким образом, значение q (f;), равное добротности колебательного контура на частоте f, .Ïî этому значению, а также по известному заранее значению q(f<), тангенс угла диэлектрических потерь определяется по формуле

1 а 8(f„- а (,) a(S„-) а диэлектрическая проницаемость

E, — по формуле с (1

Подсчет величин q (f; ) и q (1;) продолжается в течение интервалов

I времени Т и Т соответственно, а значения этих величин в счетчике 32 импульсов сохраняются неизменными в течение интервалов времени Т, и Т„ соответственно (диаграмма VQ фиг.2) .

< На интервале времени Т каждого

i-ro цикла фиксируется также код на выходе вычитателя 24, соответствующий смещению i-ой резонансной

15 11 частоты контура. Синхронизация ввода данных, необходимых для вычисления tg о (f; ) и Ч (Г ), в вычисли. тель 28 осуществляется по заднему фронту импульса Ч подаваемого на вход вычислителя с выхода сигнала остановки счета цифрового куметра

23 (фиг.2). Выходной код дТ„ вычитателя 24, а также храняющиеся в памяти вычислители 28 коды Т„и С используются для вычисления дС с последующим вычислением E (f„), а вводимый с информационного выхода. куметра 23 код (f ) вместе с хранящимся в памяти вычислителя 28 кодом Q(f;) — для вычисления 8 Х (f„ ).

Полученные значения диэлектрических свойств вещества, соответствующие сетке частот fz,f<,...,fÄ<, выводятся на регистратор . 29

14981

Положительный эффект предлагаемого устройства достигается тем, что электронная перестройка колебательного контура на сетке частот fo f, 5 ...,f N 1 позволяет автоматизировать весь процесс измерений, а также дискретизировать измеряемые величины, что повышает точность вычисления свойств веществ. Введение

10 цифрового куметра в стенд дает возможность одновременно измерять добротность и резонансную частоту колебательного контура, содержащего емкостный датчик, что,дает воз15 можность компенсировать смещение резонансной частоты, обусловленное внесением вещества, и реализовать в стенде известный и точный метод вариации емкости, который широко

20 применяется для измерения диэлектрических свойств веществ.

Составитель Л. Сорокина

Те хр ед р1 Ку а „„,а Корректор Е. Сирохман

Редактор И.. Шулла

Заказ 67б4/32

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д, 4/5

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