Устройство для измерения резонансной частоты электрической цепи

 

Изобретение может быть использовано для измерения резонансной частоты электрической цепи с изменяющимися параметрами, преимущественно резонансных датчиков. Цель изобретения - повышение точности измерения резонансной частоты электрических цепей. Цель достигается за счет исключения погрешности в индикации фазового сдвига. П/2 при измерении в широком частотном диапазоне. Для этого в устройство введены аттенюатор 9, дифференциальный усилитель 8 и автоматический переключатель 6. В устройстве с помощью индикатора 1 высокой частоты запитывается цепь из двух катушек 2 и 3 на тороидальных сердечниках, для связи которых служит катушка 5 связи. Амплитуда и фаза высокочастотного напряжения в катушке 3 определяются полным сопротивлением контура с измеряемым конденсатором 4. С помощью последовательно соединенных управляемого переключателя 6, дифференциального усилителя 8, амплитудного детектора 10, избирательного усилителя 11, фазочувствительного выпрямителя 12 и интегратора 13 генератор 1 высокой частоты подстраивается к резонансной частоте измеряемого контура, которая фиксируется цифровым частотомером 14. Управляющие входы переключателя 6 и фазочувствительного выпрямителя 12 подключены к выходу низкочастотного генератора 7 импульсного напряжения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (g1)g С 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHAM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4456518/24-21 (22) 07.07.88 (46) 07.10.90. Бюл. и 37 (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) Ю.А.Скрипник, A.Н.Дыков, А.В.Алексашин, Д,Н.Ахонченко и В.А.Фролов (53) 621 ° 317.75(088 8) (56) Викторов В.A. Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения электрических величин. М.:

Наука, 1978, с.92-93, рис.31.

Эпштейн С.Л., Вакулов А.П., Москвин В,Н. Справочник по измерительным приборам для радиодеталей ° Л.:

Энергия, Ленинградское отд. 1980, с.109-110. рис.8.4, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ (57) Изобретение может быть использовано для измерения резонансной частоты электрической цепи с изменяющимися параметрами, преимущественно резонансных датчиков ° Цель изобретения - повышение точности измерения резонансной частоты электрических цепей, Цель достигается эа счет ис2 ключения погрешности в индикации фазового сдвига 11/2 при измерении в ши роком частотном диапазоне. Для этого в устройство введены аттенюатор

9, дифференциальный усилитель 8 и автоматический переключатель 6. В устройстве с помощью индикатора 1 высокой частоты запитывается цепь иэ двух катушек 2 и 3 на тороидальных сердечниках, для связи которых служит катушка 5 связи. Амплитуда и фаза высокочастотного напряжения в катушке 3 определяются полным сопротивлением контура с измеряемым конденсатором 4.

С помощью последовательно соединенных управляемого переключателя 6, дифференциального усилителя 8, ампли- 3 тудного детектора 10, избирательного усилителя 11, фазочувствительного %ф Ф выпрямителя 12 и интегратора 13 генератор 1 высокой частоты подстраивается к резонансной частоте измеряемо- ф го контура, которая фиксируется цифровым частотомером 14. Управляющие входы переключателя 6 и фаэочувстви- СЛ тельного выпрямителя 12 подключены Ж к выходу низкочастотного генератора 7 3 импульсного напряжения. 3 ил. М

1 «Д)

1597343

Изобретение относится к измерению частоты электрических колебаний и мо- жет быть использовано для измерения резонансной частоты электрической це5 пи с изменяющимися параметрами, преимущественно резонансных датчиков.

Цель изобретения - повышение точности измерения резонансной частоты электрических цепей за счет исключения погрешности в индикации фазового сдвига $/2 при изменении резонансной частоты в широком частотном диапазоне, На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения резонансной частоты электрической цели;на фиг.2векторные схемы сравниваемых напряжений; на фиг.3 - эпюры напряжений в характерных точках схемы устройства.

Устройство для измерения резонансной частоты электрической цепи (фиг.1) содержит высокочастотный генератор 1 переменной частоты, к выходу которого подключена электрическая цепь, образованная первой и второй катушками 2 и 3 индуктивности соответственно, намотанными на тороидальных сердечниках, и конденсатора 4 с обмоткой 5 связи, проходящей сквозь оба тороидальных сердечника. Выводы катушки 3 соединены с входами автоматического переключателя 6, цепь управления-которого подключена к низкочастотному генератору 7 прямоугольного напряжения. Выход автоматического переключателя 6 соединен с одним входом дифференциального усилителя 8, второй-вход которого через аттенюатор

9 соединен с выходом высокочастотного генератора 1. Общая точка диффе" ренциального усилителя 8 соединена со средней точкой катушки 3 и заземлена. Выход дифференциального усилителя 8 соединен с последовательно включенными амплитудным детектором 10, избирательным усилителем 11, настроенным на частоту генератора 7, и фа50 зочувствительным выпрямителем 12, обмотка управления которого также подключена к низкочастотному генератору 7 прямоугольного напряжения. Выход фазочувствительного выпрямителя

12 через интегратор 13 соединен с уп55 равляющим входом высокочастотного .генератора 1, к выходу которого под ключен цифровой частотомер 14.

Устройство работает следующим об- разом.

Высокочастотный сигнал с выхода генератора 1 поступает на катушку 2 и создает в ее сердечнике переменное магнитное поле, которое в контуре, образованном обмоткой связи 5 и конденсатором 4, возбуждает высокочастотный ток. Последний в сердечнике катушки 3 создает переменное магнитное поле и соответствующее высокочастотное напряжение на ее выводах. При наличии обмотки связи 5 амплитуда и фаза высокочастотного напряжения катушки 3 определяется полным сопротивлением контура, которое при частоте возбуждения меньшей резонансной частоты имеет емкостный характер,, а при частоте возбуждения большей резонансной - индуктивный, При частоте высокочастотных колебаний, совпадающих с резонансной частотой контура, сопротивление последнего представляет собой чисто активное сопротивление.

Катушка 3 индуктивности, подключаемая автоматическим переключателем 6 к одному из входов дифференциального усилителя 8, при разных частотах оказывается нагруженной на практически бесконечное сопротивление. Поэтому она работает в режиме холостого хода и создаваемый ею фазовый сдвиг относительно тока обмотки 5 связи равен

+Г/2.

Если контур 4, 5 расстроен относительно частоты собственного резонанса, то фаза тока контура, а следовательно, и тока обмотки связи относительно фазы напряжения генератора 1 может изменяться от -tt/2 до +и/2 в зависимости от относительной расстройки контура. В результате этого фазовый сдвиг напряжения на выходе катушки 3 относительно фазы напряжения генератора

1 может изменяться от 0 до Р при изменении частоты высокочастотного сигнала в широких пределах. При резонансе контура 4, 5 фазовый сдвиг, вно-. симый электрической цепью, состоящей из катушек 2, 3 конденсатора 4 и обмотки 5 равен Г/2. Последнее и используется для индикации резонанса электрической цепи. Для получения сигнала, пропорционального отклонению фазового сдвига от К/2, на один из входов дифференциального усилителя 8 через аттенюатор 9 поступает непрерывное напряжение генератора 1, а на второй

43 6 нии фазового сдвига от М /2 в результате изменения емкости конденсатора

4 возникает огибающая в выходном напряжении дифференциального усилителя 8, напряжение которого после фазочувствительного выпрямления дополнительно заряжает или разряжает интегратор 13, что изменяет частоту генератора 1 до нового значения резонансной частоты контура 4, 5. Значение .резонансной частоты измеряется цифровым частотомером 14, Нестабильность интегратора 13 и других преобразовательных зьеньев (детектора l0, усилителя 11 и вь,прямителя 12) не влияют на точность настройки генератора на резонансную частоту электрической цепи, так как равенство разностного напряжения суммарному не зависит от параметров и формы амплитудно-частотной характеристики усилительно-выпрямительного тракта (8, 10, 11, 12). Ослабление аттенюатора 9 выбирается из условия уравнивания входных напряжений дифференциального усилителя 8 при среднем значении разностной частоты.

Однако неизбежно возникающее неравенство суммируемых или вычитаемых напряжений при изменении резонансной частоты в широких пределах не влияет на точность обнаружения фазового сдвига в 7(/2 (фиг.2). формула изобретения

15973

Устройство для измерения резонансной частоты электрической цепи, содержащее высокочастотный генератор переменной частоты, к выходу которого подключены цифровой частотомер и электрическая цепь, образованная первой и второй катушками индуктивности, намотанными на тороидальные сердечники, и кондейсатором с обмоткой связи, проходящей сквозь оба тороидальных сердечника, последовательно соединенные амплитудный детектор, избирательный усилитель низкой частоты и фазочувствительный выпрямитель, выход которого через интегратор соединен с управляющим входом высокочастотного генератора, а также низкочастотный генератор прямоугольного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, введены автоматический переключатель, аттенюатор и дифференциальный усилитель, один вход которого соединен через аттенюатор с выходом высокочастотного вход - попеременно напряжения с выводов катушки 3 относительно заземленной средней точки. Частота переключений напряжений катушки 3 задается частотои генератора 7, напряже5 ние которого управляет работой переключателя 6. Так как напряжения выводов катушки 3 относительно средней точки находятся в противофазе, то при одном положении переключателя выходное напряжение дифференциального усилителя 8 пропорционально векторной разности входных напряжений, а при другом - векторной сумме (фиг.2) .

При сдвиге фаз, равном Г/2, амплитуда разностного напряжения равна амплитуде суммарного напряжения независимо от соотношения амплитуд на входах дифференциального усилителя (фиг.2а). В случае увеличения фаэоР вого сдвига (ч"= --- + ) разност2 ное напряжение возрастает, а суммарное уменьшается (фиг ° 26). При отклонении фазового сдвига от Ч/2 в другую сторону (=--- -. dÐ) суммару

2 ное напряжение становится больше разностного (фиг.2в). 30

В результате непрерывной работы переключателя 6 с частотой генератора 7 (фиг. 3а) выходное напряжение дифференциального усилителя 8 оказывается промодулированным по амплиту- 35 де с частотой коммутации напряжений катушки 3 (фиг.36). Амплитудным детектором 10 выделяется напряжение

-огибающей (фиг.3в), которое усиливается избирательным усилителем ll, 40 настроенным на частоту генератора 7 (фиг.3г) и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 12 (фиг,3д).

Выпрямленное напряжение соответствующей полярности заряжает интегратор 13, выходное напряжение которого воздействует на управляющий вход высокочастотного генератора 1, изменяя частоту колебаний в направлении сближения с резонансной частотой контура 4, 5, При совпадении частоты генератора 1 с резонансной, разностное напряжение на выходе дифференциального усилителя 8 становится равным суммарному (фиг,2), и амплитудная модуляция на входе детектора 10 исчезает. Выходное напряжение интегратора 13 удерживает частоту генератора 1 равной резонансной. При отклоне1597343

6 генератора,. второй вход - с выходом автоматического переключателя, входы которого соединены с.выводами второй. катушки, средняя точка которой заземлена и соединена с общей точкой дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, а цепь управления автоматического переключателя и цепь управления фазочувствительного выпрямителя подключены к низкочастотному генератору прямоугольного напряжения.

1597343

Составитель Н. Михалев

Редактор С.Патрушева Техред М.Ходанич Корректор А.Осауленко

Заказ 3030 Тираж 558 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101