Фазогенераторный измеритель магнитной восприимчивости
Изобретение относится к измерительной технике резонансных фазогенераторов и может быть использовано для измерения магнитных свойств веществ. Цель изобретения - повышение чувствительности преобразователя за счет увеличения диапазона расстройки контура, при котором еще сохраняется синхронизм генераторов, а также повышение производительности измерений. Расстройка, вносимая индуктивным датчиком в контур одного из двух связанных взаимосинхронизированных генераторов, приводит к фазовому сдвигу между напряжениями на этих контурах, который фиксируется в цифровом вычислительном блоке и служит исходной величиной для расчета магнитной восприимчивости. Повышение добротности колебательных контуров генераторов с помощью управляемых конверторов отрицательного импеданса, автоматическая подстройка резонансных частот этих контуров и управляемая связь между генераторами позволяют повысить информационные характеристики измерителя. 5 ил. I (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
yg 4 G 01 R 33 12
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4146719/24-21 (22) 12. 11.86 (46) 30.08.88. Бюл. № 32 (71) Днепропетровский государственный университет имени 300-летия воссоединения
Украины с Россией (72) Э. И. Арш и М. Е. Комский (53) 621.317.44 (088.8) (56) Полулях К. С. Резонансные методы измерений. М.: Энергия, 1980, с. 54 — 55, рис. 1 — 17. (54) ФАЗОГЕНЕРАТОРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике резонансных фазогенераторов и может быть использовано для измерения магнитных свойств веществ. Цель изобретения — повышение чувствительности преобЛ0„„1420564 A 1 разователя за счет увеличения диапазона расстройки контура, при котором еще сохраняется синхронизм генераторов, а также повышение производительности измерений.
Расстройка, вносимая индуктивным датчиком в контур одного из двух связанных взаимосинхронизирова нных генераторов, приводит к фазовому сдвигу между напряжениями на этих контурах, который фиксируется в цифровом вычислительном блоке и служит исходной величиной для расчета магнитной восприимчивости. Повышение добротности колебательных контуров генераторов с помощью управляемых конверторов отрицательного импеданса, автоматическая подстройка резонансных частот этих контуров и управляемая связь между генераторами позволяют повысить информационные характеристики измерителя. 5 ил.
1420564
50
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения магнитных свойств веществ, а также широкого класса неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы индуктивными датчиками.
Цель изобретения — повышение чувствительности преобразователя путем повышения добротности контуров генераторов, увеличения диапазона расстройки контуров, при котором еще сохраняется синхронизм генераторов.
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— алгоритм работы блока управления; на фиг. 3 — принципиальная схема устройства; на фиг. 4 — характеристика преобразователя; на фиг. 5 — функциональная схема блока управления.
Устройство содержит первый генератор 1, имеющий вход управления частотой и коммутирующий вход, в контур которого включен индуктивный датчик 2, второй генератор 3, нелинейный элемент 4 связи, имеющий первый и второй сигнальные входы и вход управления, конвертор 5 отрицательного импеданса, имеющий управляющий вход и включенный в контур генератора 1, конвертор 6 отрицательного импеданса, также имеющий вход управления и включенный в контур генератора 3, преобразователь 7 разности фаз в длительности импульса, блок 8 управления и регистратор 9. Первый генератор 1 содержит (фиг. 3) усилительный элемент 10 с цепями задания режима и колебательным контуром, которые образованы четырьмя параллельными ветвями, первая из которых состоит из последовательно соединенных индуктивного датчика 2, эталонной катушки 11 индуктивности, параллельно которой подключены нормально замкнутые контакты 12 реле 13, и первичной обмотки трансформатора 14 связи. Вторая ветвь состоит из последовательно соединенных конденсатора
15 и варикапа 16. Третья ветвь представляет собой входное сопротивление конвертора 5. Четвертая ветвь содержит последовательно соединенные конденсаторы 17 и 18.
Второй генератор содержит усилительный элемент 19 с цепями задания режима и колебательным контуром, которые образованы тремя параллельными ветвями. Первая ветвь содержит последовательно соединенные индуктивность 20 и первичную обмотку трансформатора 21 связи, вторая ветвь представляет собой входное сопротивление конвертора 6, третья ветвь содержит последовательно соединенные конденсаторы 22 и 23. Нелинейный элемент 4 включен между выводами обмоток вторичных трансформаторов 14 и 21 связи и содержит нелинейные элементы 24 и элементы 25 управления.
Вход управления частотой и коммутирующий вход первого генератора 1 связаны со5
40 ответственно с аналоговым и коммутирующим выходами блока 8, а выход первого генератора 1 связан с первым сигнальным входом нелинейного элемента 4 и первым информационным входом блока 8. Выход второго элемента 2 связан с вторым информационным входом блока 8 и вторым сигнальным входом элемента 4. Управляющий вход конвертора 5 связан с первым управляющим выходом, а управляющий вход конвертора 6 — с вторым управляющим выходом блока 8, третий управляющий выход которого связан с управляющим входом нелинейного элемента 4. Входы преобразователя 7 разности фаз в длительность импульса связаны с выходами первого и второго генераторов 1 и 2, а его выход связан с информационным входом блока 8.
Генератор 1 выполнен по схеме с емкостной обратной связью через конденсаторы 17 и 18. Их емкости вместе с емкостью конденсатора 15 и варикапа 16, индуктивностью датчика 2 и первичной обмотки трансформатора 14 определяют частоту генерации. Катод варикапа 16 является входом управления частотой генератора 1. Управляемый конвертор 5 включен в контур для частичной компенсации его активной проводимости. Вызванное этим повышение добротности контура позволяет на порядок повысить чувствительность схемы. Реле 13 контактами позволяет подключать эталонную катушку индуктивности 11 и тем самым вносить в контур заранее известную расстрояку, проводят калибровку устройства. Схема генератора 3 аналогична схеме генератора 1 за исключением того, что в ней отсутствуют цепи управления частотой и калибровки.
Связь между генераторами 1 и 2, вызывающая их взаимную синхронизацию, осуществляется с помощью трансформаторов 14 и 21 через нелинейные элементы 24. Из анализа работы связанных генераторов следует, что чувствительность такой схемы определяется выражением з„=к Я
2ф (1)
К вЂ” const; где Q — добротность колебательных контуров первого и второго генераторов (Q= QI= Q2) 1
g=gi — — gz — активная проводимость контуров первого и второго генераторов;
g„— проводимость элемента связи.
При этом с повышением чувствительности происходит сужение полосы захвата генераторов. Введение нелинейного элемента позволяет сохранить высокую чувствительность при малых расстройках контура, сохраняя удовлетворительную полосу захватывания. Если в качестве нелинейного элемента 24 используются встречно-параллельно включенные диоды, переходная характе1420564 (2) <(3) 1:,=--I »ú
<.:с =- — 0 г j — частоты генс))ыторы 1; с)ас)отя генератора 2; с(с;(виг фаз х!ежду напряжениями H(i контурах генераторов и 2.
Условие (2) на)иныет выполняться с то)O МОМЕH)à, Ксг;(а ГЕНЕРатОРЫ ВХОДЯТ В ПОлогу зях!)ят(1, дал)и:ейн!ая подстройка ведется до в)>)но. кения условия (3), которое свидетельств,",г о том, что расстройка J(oHTvров генсряторо:. и 2 относительно частоты В(нера "IH,,= — - ;= — =! : в полосе захва1 равны 1)улю; !)ред лых выбранной точности измсре:-: >I 3(,J(дствис того, "iTo полоса
5S ристика преобразователя имеет вид (фиг. 4а)
Однако при этом характеристика остается линейной в очень узком диапазоне расстроек. Введение элемента 25 в виде управляемого активного сопротивления, включенного параллельно имеюц(емуся нелинейному элементу 4, позволяет получать различную крутизну преобразования (фиг. 4б).
Цифровой вычислительный блок (фиг. 5) содержит входные счетчики 26 — 28, оуффер10 ные входные регистры 29 — 31, центральныи процессорный элемент 32, оперативное 33 и постоянное 34 запоминающие блоки, синхронизатор 35, управляющий дешифратор 36, выходные буфферные регистры 37 — 43, цифроаналоговые преобразователи 44 — 47, клю15 чевой усилитель 48. Центральный процессорный элеме)т 32 организует раооту всего устройства в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 2, Ilo программе, которая находится в блоке 34. Блок 33 исполь3 ycTÑЯ KB K (1Я ОР Гсl низ Яции Выч Ilc, Jc)I J)R 3113 2)) )ени Й х)3ГHHTHoH Восп P J) H х(ч иво(ти х. т(!!(H для накопления этих значений при усреднеHHH результатов измерений. Входные регистры 29 — -31 предназначены для фиксации кодов счетчиков при измерении частоты коле25 бании генераторов 1 и 2 и сдвига фаз между ними. В Jxo(Hb)e буферные регистры 37-39 предназначены для хранения текущих 3 13чений управля)ощих сигналов, которые пр ооразуются в аналоговую форму цифроаналоговыми преобразователями 44- — 46, выходы которых явля)отся соответственно ilcpВым, вторым и третьим управляю!цими вь)ходами блока 8. Как показано на фиг. 3, управляемый резистор 49 элемента 25 оптически связан с излучающим диодом 50.
Устройство имеет два режимы работы
«Подготовка» и «Измерение». Режих «Подготовка» )зыполняется в два этапа: «Установка нуля» и «Калибровка» (фиг. 2). При
1! ()Ж 3TH H к;)оп к и << HGBI OTORK3 >> 0.1OKOXI 8 BBIнолняется следук)щяя последоватсльиос < ь действии: частота генератора 1 си ня-ох) 40
H0,(2ВяСмЫх! Н2 (. ГО ыHd.10ГОВЫЙ Вход правIcfIHH, )!Одстраивается до тех пор, пока не
ВЫНОЛHЯ!ОI CB СЛОВИЯ: захвата (или Взаимной синхронизации) It нераторов и 2 пропорциональна проводимости элеме(пы 4, процесс установки нуля начинается при таком сигнале на входе управления нелинейного элеме)п.а 4, которому соответствует максимальная его проводимость. После того, как выполнены услоВия (2) и (3), на третьем управляющем выходе блока 8 формируется меняющийся во времени сигнал, 110 которому проводимость элемента 4 изменяется от д.;>. до р, что, согласно фиг. 4б. означает возрастание чувствительности преобразователя от 5: дo 5."-. При этом постоянно проверяется выполнение условий (2) и (3), нарушение которых является для блок3 8 сигналом о необходимости более точной подстройки
Ч <1СТОТЫ ГЕНЕРЫТО;) сl 1 . ПО (Ости ж(>H И И 3Н Ячс ния проводи..:о;т!! элем )пы 4 Всличины
<> « ЭТЯП >> (.. 12HOBKii Н>< I H (. ЧИ ) Ы(ТСЯ Зс! конч i! Hhlм и устройство переходит к последовательно.; IJ lc :)етний по калибровке нреООП 3 ЗОВ 3ТЕ 1,!
° lO СИГНЫ.". . С КОММ>< TliРМК)ц(СГО ВЬ!ХОД<1
ОЛОКа 8 Нсl KO>I )1)"1 ИР > К)И(И И В ХО 1 ГЕН С>1) Ытора 1 сраб пывыст реле 13. размыкаются егo контакты 12 и В колебытельный контур
I ЕН(<))I B hIf xI (K)p,!30)! jý;1(. (. òpoèк!! 11!) Н водит h (. .(B i I! > фс)3 З)(Ж:(\ НЫП j) Я Ж(> I)11Я:(111 НЫ KO H т рых. Кото!)ы!! Ир(обрязус тся ))реобрызователем в длительность импульсы li но;(ыется на цифровой Вхо (0.)oK3 8, котоph1 , 2»! /. = TOT KO СРЯВНИВЫ(ТСЯ С BdHJI(dHМ > i!hl,1 В )13))яти О, 10K<3 8 KO 3 i)(I ... R °,, if, ((11H, /а*-, /=/i a.,, < . блок 8 1!0,(страивыет величину внесенного В контуры гс нср<поров и 2 отрицательного сoHpoTHBления конверторов 5 6. КорpBKTHpoBкя H(Встви).(,lьно(l и нр(.— OOp33ОВаТе. 1 B !) роизВО,(JITCH (0 ТС> )10p, )!OK;1 HС ВЫ HO. I!I ßCÒCH ), C, IOBИЕ / <Э.,, >> =, /R»/ > . ! 1Осле этого снимается сигны,l с коммутиР>< 10 ц! с! о Вход <1 Сii(. P3TÎP2 1, )f H lъ кти(з ность 11 С>.)ОКИруЕ>ся КОНтянтаМИ !2 И X CòðîéCTBO гсзгово к измерен):ю. Сигналом гс)(овнов(и с,)ужит появление нул.и ня регистраторе 9.. (>Ж J) <1 < (Т(Я H ы Жыт. !Ом кнопки «Измерение» Работы устройства и этом режи»)с ана1огис!Ня режиму «Ка, 1 I I () p O B K 3 >> C той . 1 i l ill b p 33 H H i (C l f, стройка конту ры I енерытopd 1 вызы(застся изменением JJH!(óKTJIBHocòif датчика 2. 11овышение метрологичеcких ;ырактеристик устpoJfcTB3 достигы T(я тем. что блок В Ы I! 01 Í C 1! I I 1>! ) j С l I j)! М (i I (. I ) )1(> М Х l i! К P) 0 H () O I (\ (. (Oра, позволяет ол !цсствлять цифровое усре.(НЕНИС. рСЗуЛЬтатОВ ИЗМсрс))ий К;!K i)0 ОДНОМУ обра цу для различного сго ))01ож(ния. так и для ряд)>; образцов. В В (> Д (. Н И е K O H В (p i о р () В (!10 O () C T I i >, с T )10 B I>l H I (. НИЮ ВСТВИТ(, )hHOCТИ HP(()()P33()B3T(ЛЯ, ПОЗ— 1420564 валяет управлять его параметрами. Аналогичной цели служит управляемый нелинейный элемент связи генераторов. Формула изобретения Фазогенераторный измеритель магнитной восприимчивости, содержащий регистратор, первый генератор, в контур которого включен индуктивный датчик, второй генератор, а также нелинейный элемент связи и преобразователь разности фаз, объединенные входы которых соединены с соответствующими выходами генераторов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен двумя конверторами отрицательного импеданса и блоком управления, при этом конверторы отрицательного импеданса включены в контуры соответствующих генераторов, вход управления и коммутирующий вход первого генератора соединены соответственно с аналоговым и коммутирующим выходами блока управления, первый и второй управляющие выходы которого соединены с входами управления соответствующих конверторов отрицательного импеданса, выход преобразователя разности фаз соединен с первым информационным входом блока управления, а выходы генераторов соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами блока управления, третий управляющий выход и информационный выход которого соединены соответственно с входом управления нелинейного элемента и входом регистратора. 1420564 Фиг.2 А В иО/ 7 А fz "упр.З "упр.2! 420564 aL! ! Риг Ф (ос! ывпгслп (.. IIIvмплпп1ская Родик-«,п (;., Ill(. и пl Гскрсд И. Б рос Корректор М. Васи.п,сва ! п(1аж 7". Г!О.п!ясное ВНИИ! !И осударствснного комитета (:(,СР по дедам изобретений и открытий ! !3!!35, Москва, Ж вЂ” 35, Раугпская наб., д. 4/5 I!ðoèçHîïñTâåïíî-полиграфи ескос предприятие, г. Ужгород, угк 11роектная, 4
