Устройство для определения расстройки контура резонансного датчика

 

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью высокочастотных резонансных датчиков и может быть использовано для определения состава и свойств материала. Цель изобретения - повышение точности измерения и распмрение функциональных возможностей . Частота колебаний высокочастотного генератора опорной частоты (го) 1 равна резонансной частоте контура (К) 5 резонансного датчика при его контроле эталонньм aтepиaлом . Начальная частота высокочастотного генератора регулируемой частос S ты (ГР) 2 через резисторы 3 и 4 (Л возбуяедает К 5 и устанавливается

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (ц 4 С О1 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3915165/24-21 (22) 25.06 ° 85 (46) 15. 10.86. Бюл. У 38 (7i) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) Ю.A. Скрипник, В.Н. Замарашкина, И.Ю. Скрипник и К.Н. Маркусик (53) 621.317.335(088.8) (56) Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гутников В.M. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л.: Энергия, 1970, с. 19, рис. 1-6.

Авторское свидетельство СССР й" 222529, кл. G 01 R 27/26, 1968. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

РАССТРОЙКИ КОНТУРА РЕЗОНАНСНОГО ДАТЧИКА

„„Я0„„1264110 А 1 (57) Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью высокочастотных резонансных датчиков и может быть использовано для определения состава и свойств материала. Цель изобретения — повышение точности измерения н распп рение функциональных возможностей. Частота колебаний высокочастотного генератора опорной частоты (ГО) 1 равна резонансной частоте контура (К) 5 резонансного датчика при его контроле эталонным материалом. Начальная частота высокочастотного генератора регулируемой частоты (ГР) 2 через резисторы 3 и 4 возбуждает К 5 и устанавливается

1264 равной частоте ГО 1. В результате взаимодействия высокочастотного поля датчика с контролируемым материалом происходит его расстойка относительно частоты возбуждающих колебаний. При непрерывной работе коммутатора 6 появляется фазовая модуляция высокочастотного напряжения в точке соединения резисторов 3 и 4. Эти колебания после ограничения в амплитудном ограничителе 9 сравниваются по фазе с колебаниями ГР 2 в фазовом детекторе 10. После усиления, выпрямления и фильтрации управ:ляющий сигнал поступает на управляющий элемент колебательного контура

ГР 2, изменяя его частоту до совпадения с резонансной частотой К 5

110 резонансного датчика. Расстройку

К 5 определяют смешиванием колебаний

ГО i и колебаний ГР 2 в балансном смесителе 15, выпрямлением колебаний разностной частоты фильтром низких частот 14, значение которых измеряют частотомером 17. При непрерывной работе коммутатора 6 появляется амплитудная модуляция высокочастотных колебаний в общей точке соединения резисторов .3 и 4, что связано с изменением добротности К 5, После детектирования, усиления, выпрямления и сглаживания напряжение измеряется вольтметром,шкала которого градуируется в процентах отклонения добротности от. первоначального значения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью высокочастотных резонансных датчиков и может быть использовано для определения состава и 5

Ф свойств материалов.

Цель изобретения — повышение точности измерения частоты расстройки контура резонансного датчика, а также расширение функциональных воэможностей в части измерения изменений добротности контура при воздействии высокочастотного поля резонансного датчика на контролируемый материал.

На чертеже изображена схема устройства для определения расстройки кон . тура резонансного датчика.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, высокочастотный генератор 2 регулируемой частоты, первый 3 и второй 4 резисторы, контур 5 резонансного датчика, коммутатор 6, низкочастотный генератор 7, третий резистор 8, амплитудный or25 раничитель 9, фазовый детектор 10, квадратурный фазовращатель 11, первый избирательный усилитель 12, первый фаэочувствительный выпрямитель

13, второй фильтр 14 низких частот, балансный смеситель 15, первый фильтр 16 низких частот, частотомер

17, синхронный детектор 18, второй избирательныи усилитель 19, второй фазочувствительный выпрямитель 20, третий фильтр 21 низких частот, вольтметр 22.

С выходом высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты через последовательно соединенные первый

3 и второй 4 резисторы соединен контур 5 резонансного датчика, коммутатор 6, управляющий вход которого соединен с выходом низкочастотного генератора 7. Сигнальный вход коммутатора 6 соединен с высокопотенциальным входом контура 5, первый выход соединен с общей точкой резисторов 3 и 4, а его второй выход через резистор 8 подключен к заземленному выходу контура 5 резонансного датчика. К общей точке соединения первого 3 и второго 4 резисторов подключены последовательно соединенные амплитудный ограничитель 9, фазовый детектор 10, управляющий вход которого через квадратурный фазовращатель 11 соединен с выходами высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты, первый избирательный усилитель 12, первый фазочувствительный выпрямитель 13, управляющий вход которого подключен к выходу низкочастотного генератора 7, и второй

1264110 (RR ) (2) где Й вЂ” сопротивление резистора 3.

В противоположном положении коммутатора б из-за включения в cxef0 му делителя напряжения резисторов

4 и 8 его коэффициент деления изменяется и становится равным

" "=(". .,;, ) где „ — сопротивление резистора 4.

При выполнении условия (1) коэффициенты К, и k деления делителя напряжений равны() „=К ). Поэтому напряжение в общей точке резистора

3 и 4 не изменяется при переключении коммутатора 6. Так как сопротивление контура 5 резонансного датчика в момент резонанса является чисто активным, то и фазы высокочастотных колебаний в этой точке относительно фазы высокочастотных колебаний генератора 2 регулируемой часто-, ты не меняется.

2

R, R ъ 8+R 2 фильтр 14. низких частот, выход которого соединен с управляющим входом высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты. К выходам высокочастотных генераторов 1 и 2 подключены последовательно соединенные балансный смеситель t5, первый фильтр 16 низких частот и частотомер

17. К общей точке соединения резисторов 3 и 4 подключены последовательно соединенные синхронный детектор 18, управляющий вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты 2, второй избирательный усилитель t9, второй фазочувствительный выпрямитель 20, управляющий вход которого соединен с выходом низкочастотного генератора 7, третий фильтр 21 низких частот и вольт-. метр 22.

Устройство работает следующим образом.

Частоту колебаний высокочастотного генератора 1 опорной частоты выбирают равной резонансной частоте контура 5 резонансного датчика при

его контроле эталонным материалом. Начальную частоту высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты, который непосредственно через резисторы 3 и 4 возбуждает контур 5 резонансного датчика, устанавливают равной частоте высокочастотного генератора 1 опорной частоты. Комму- 5 татор 6, переключаемый напряжением низкочастотного генератора 7, периодически шунтирует контур 5 резистором 8 или закорачивает последовательно включенный с контуром 5 ре- 40 эистор 4. Сопротивление резистора

8 выбирают равным сопротивлению контура 5 в момент резонанса, а сопротивление резистора 8 — из соотношения 45

50 где R — сопротивление контура 5 резонансного датчика при резонансе, R — сопротивление резистора 8.

При закорачивании коммутатором 6 55 последовательно включенного с контуt ром 5 резистора 4, резистор 3 и контур 5 образуют делитель высокочастотного напряжения с коэффициентом деления

В результате взаимодействия высокочавтотного поля резонансного датчика с контролируемым материалом, происходит расстройка относительно частоты возбуждающих колебаний высо- кочастотного генератора 2 регулируе мой частоты. Сопротивление контура

5 уменьшается и становится комплексным за счет появления реактивной составляющей (2, ),) Фаза колебаний на выходе делителя напряжений в этом случае отстает или опережает фазу высокочастотного генератора 2 в зависимости от знака расстройки. контура 5 резонансного датчика. При подключении резисторов 4 и 8 к контуру 5 коммутатором 6 абсолютйое значение фазового сдвига делителя напряжения уменьшается, так как последовательное включение с контуром

5 резистора 4 и шунтирование его резистором 8 уменьшает эквивалентную реактивность нижнего плеча делителя напряжений. Поэтому при непрерывной работе коммутатора 6 появлякоммутацш(, ко горан иыцеляе гс л и усиливается иеп!Зым и:Збирате:!!)lib!>l усш(ителем 12, и,з.. троешгым на т-(яг(тn.— тУ ИИЗКОЧЯСТОТИОГО 1 ЕИЕРЯ Гот)а,г, усиленные иаиряж ии>1»>3(!TJI)) и:(яюгc;J

ПЕрв(т!М фа 3 ОЧуВC> БИТ(3 "(Ьiib) B!!Ilj)я):I!+ телем I 3 и сиз(ах()из>(!отci! .fòfор.:.и филь f j>01 I 4 ипз!<Нх я стc 1 Вг. TI, ЛЕИ)(ОЕ 3(,l(,j)i!ri(С: !тто i!;(Ci JХ(.,,t,l Б> ()По; О фИЛЬТ)>я 1 1 11(!(I! тнг г. С

Ет На уирати!НЕМЫ-I ЗЗ!I (Етт r) Ii H,! "Гр

)за(>и!<Яп „кол! с б lTI! )Iь)lo J 0 ко!. т т высокочаста (я(ого генер (о о >я ". ре:.,-ЛШ>УЕМОИ (ИС.ТОт>.I. ИРЕ))(стог И т.;.;: Е IИ., т(а С т О f bi 33! I C 0 I< Р )(а С: Г 0 T I in T C) . С- > С. Р - I г > т) и

2 и р О 11 < х О Д l Т:.) I () I ) 1> >1 Б I I C I I . . I ). ум с! т ) ) 1ii) е" иц)г т(ап1)дже;11()т т;.я "I> . .(Ог!е I I ".. T) I;o I 0 фЯЗ Отlу ВСТВ(1 f СЗJ!>Ига) О 1)Ы)lpяt!(>ТЕ)гя I В ,1 т")

Расстр(>)тку контура 5 р".30J! i!Ic!((>I ..

Дс) 1 )1)(т<Я )IO> J 130 3 -с!!С!)тт(Р О 1т i ) г И! ())гЕ((ОГО МЯТЕ!1>IQI .. Q)ó!т(ДГ т!>Г)ОТ С)(С(I,!H ванием колебашш -ib-сакачастотиога

ГЕНЕр 370pri 1 ()НОГ)пай ЧяСТQTb! i. );!(I т баний ВЫООкочастОтиОГО I c JJcj>(i l Ор;;

2 реi ул)труе)(ой т(я cf с>".-ы Ti бq т)я 1)г" исти смеси еле 1 5, Di!,ñ-,лси!1(.1! коле (!IHI "r

1>ЯЗ НОС ТИОЙ Час(ОТЫ 11(= р11(т!> I II; ii!! h I ) )

1(> низких частот зиа еш(е !<с) т ги:>i :гг пзмеряlот lяс f QTQ>i j)0!1 1 г . (1р)1 !та<троп(СЕ B iCC>КО)!ЯО r О Г;;;; г г) генератора 2 регулируемoi:..-I;(. т,>тi:

)та ИОIЗС)Е .ЗИЯЧЕШIЕ 1)Е )От(аттг ттгт о г г

Т!т Контура 5, (ОС>)-)!0.-7!C>l(.ii (! > ,r, П 031 Н и Е Т С и 1 I S - 3 и J 1 . 1 Г", С - 1 т Е i i l (Л Д О б ст) О;,: -. () (ТИ !<О() ура -> Иод Нг -З т*, С I((. TBJIPN (3(;Г I(:т 00 .ТО)!у В Птт() . .цессе переключения 1<с>ммут;! Торя 6

1(т

1Л>.

ЕТСЯ фа З анаЯ МОДУЛЯЦ)(Я ВЫС ОКО тЯСТО гного иапряже иия в об!!гет! точке со динения резисторов " и 4.

Выходные колебания депители напряжений, модулироваш(ые .o фазе

r .) и стабилизированные по амп)итуде амплитудным ограничителем 9, сра>зиппо фазе с колеба!)1(H -!H частотного генератора 2 регулиру *мой частоты в фазовом детгекторе 10.

Для ((овь)!)(ения чувствительности к сдвигу фаз ия управляющий вход фазового детектора 10 высокочастотные колебания генератора 2 регулируемой

ЧаСтОтн ПОСтУПаЮт СО СДВт)!ГОМ 1(а о

90 через квадратуриьй фазовращатель

11, при периодических изменениях ка)!му! Ятаpoì () фязы высо".: O)13(т0т.ты: р пиес)(3 ний на )ты);Огг("-.; г» гт(,;-гги !т ) JT)>и—

ЖЕНИН и )ЗЫХО fiiOi l Н((П))ят(Е)!!!Ь(Гт. с(За 30 го детектора I 0 I(os!J3:-(>тется врг ме-l-.

Ь!с)я С:ОСТЯIЗ т!>З>т)1)Г(1B Иап() с(>1((-.И(IН:! Ë 1 г) Ы

110 амплитуда высоко)!ястотнь(х колебаний в общей точке соединения резисторов 3 и 4 изменяется, т.е. имеет место амплитудная модуляция выходного напряжения дегителя напряжений.

Выходные колебания делителя напряжений, .Модулированные по амплитуде и совпадающие по фазе с колебаниями высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты, детектируются син3

Iтьтпрямляется DTQpJ)I>I фазачузствитель-иь)ы выпрямителем 20, сглаживается третьим фильтром 71 низких частот и измеряется вольтметром 22.

III,ала вольтметра 22 градуируется в процентах Отклонения добротности

><Оитура 5 резонанс)>ого датчика от первоначального значения, которое з()Дэетсл Эта>10ииь с i 1!Яте1>иЯЛО)1. jjj)li воздействии высокочастотного поля

Дат (ИКЯ I;(l ЗтаЛОШ)щй МатЕРИЯЛ НУЛЕзое зиа !ение 1)oël Ii(åòj>à устапавлиВЯ!()7 РЕГУЛИРОВКОЙ ПЕРЕ. ЛЕННОГО РЕ 3 и с т О р Я 4, B !3)i H) I H l I )" 1< 0 T Q p o c О в ь!б и р а— о о llз cOQT!10!Пс..и)lя (1 ), I opMóëàизабретения

1. Устройство дпя определения

1>iilccTj>0J (3<и контура резонансного датт(ИКЯ, СОДЕР>КЯЩЕЕ ВЫСОКО)(аетатпый т еиератор опорной частоты, высоко:->астотиьш генератор регулируемой

IHcT0TI выход которого .-(ерез дня поС;!ЕДОВатЕЛЬНО СОЕДИИЕНШ)!Х РЕЗИСтОРЯ с.0едп31е>I с I<011Tóð0û j)c- 3 Оияе!снаl О датчика) 1

ВХОД КОТОРОГО СОЕДИНЕН С )ЗЬ)сс>КОПО f åIJ!THàëüHJ)i((входом контура резонансного датчан<а, управляющий вход подкл)очен к штзкочястотиому генерятQj>)i первы!(выход соединен с общей

ТОЧКО)т l!CPBOJCО И BTOPO)" РЕЗИСТО) 013-,фазовый детектор, управляющий вх-.д которого через квацрятурный фазовращатель соединен с выходом высокочастотного генератора регулируемой частоты, балапсиый смеситель, входами соединенный с выходами пысо-.

1<очястотных генераторов опорной

11 регулируемой частот, а его выход

1264

Составитель Н.Кринов

Техред Л. Сердюкова

Редактор А. Ренин

Корректор Г.Решетник

Заказ 5557/46

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, F ° Ужгород, ул. Проектная, 4

7 соединен с входом первого фильтра низких частот, частотомер, подключенный к выходу первого фильтра низких частот, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены амплитудный ограничитель, первый избирательный усилитель, первый фазочувствительный выпрямитель, второй фильтр tp нижних частот, третий резистор, блок

1 измерения добротности, причем вход амплитудного ограничителя соединен с общей точкой первого и второго ре;зисторов а выход с сигнальным 15 входом фазового детектора, выход фазового детектора через последовательно соединенные избирательный усилитель, фазочувствительный выпрямитель и второй фильтр нижних частот соединен с управляющим входом высокочастотного генератора регулируемой частоты, управляющий вход фазочувствительного выпрямителя соединен с выходом низкочастотного генерато- 25

:,pa, третий резистор включен между за;- земленным выходом контура резонансг.. ного датчика и вторым выходом ком110 8 мутатора, первьп вход блока измерения добротности соединен с выходом высокочастотного генератора регулируемой частоты, второй его вход сое динен с входом амплитудного ограничителя, а управляющий его вход соединен с выходом низкочастотного генератора.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок измерения добротньсти содержит синхронный детектор, второй избирательный усилитель, второй фазочувствительный выпрямитель, третий фильтр нижних частот, вольтметр, причем выход синхронного детектора через последовательно соединенные второй избирательный усилитель, второй фазочувствительный выпрямитель и третий фильтр низких частот соединен с входом вольтметра, первый и второй входы синхронного детектора являют-. ся первым и вторым входами блока измерения добротности, а управляющий вход второго фазочувствительного выпрямителя является управляющим входом блока измерения доброт ности,