Способ определения резонанса измерительной цепи и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для повышения точности определения резонанса измерительной цепи на заданной частоте и определения эквивалентных параметров резонансной кривой. Позволяет повысить точность измерения активных и реактивных параметров на высоких частотах, что повышает достоверность контроля свойств материалов и изделий с помощью накладных резонансных датчиков. Для этого формируют амплитудно-модулированный сигнал, из которого раздельно выделяют колебания разностной и суммарной частот. Из них формируют испытательный сигнал в виде пакетов колебаний, которым возбуждают поочередно измерительную цепь и опорные колебания с удвоенной резонансной частоты . Перемножают пакеты колебаний выход2 ; ного сигнала измерительной цепи с пакетами колебаний суммарной и разностной частот , Выделяют из результирующего сигнала пакеты измерительных колебаний с удвоенной резонансной частотой, сравнивают их по фазе с опорными колебаниями и формируют первый и второй разностные по фазе сигналы. Сравнивают по фазе опорные колебания , сдвинутые между собой дополнительно на угол 45° и формируют третий разностный по фазе сигнал. Изменяют собственную частоту измерительной цепи и частоту модуляции. Резонанс индицируют при достижении равенства первого и второго разностных сигналов. Ширину резонансной кривой определяют по удвоенному значению частоты модуляции, при которой достигается равенство второго и третьего его разностных сигналов. Устройство содержит генератор высокой частоты, балансный модулятор , генератор низкой частоты с блоком подстройки частоты. К выходу балансного модулятора подключены фильтры нижних и верхних частот, к которым подсоединены входы первого автоматического переключателя . К выходу его подключены последовательно соединенные индуктивность и емкостной датчик с параллельно включенным варикапом, образующие измерительную цепь. Устройство также содержит операционный усилитель с отрицательной обратной связью, балансный смеситель, автоматические переключатели. 1 ил. сл С ю сл о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 27/26,27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4818209/21 (22) 24.04.90 (46) 07.04.92. Бюл; г в 13 (71) Киевский технологический институт легкой промышленности и Киевский политехнический институт (72) Ю.А.Скрипник, В.И.Скрипник, К,Н.Маркусик и Д.Н.Ахонченко (53) 621.317.35 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1506372, кл. G 01 R 27/28, 1989. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для повышечия точности определения резонанса измерительной цепи на заданной частоте и определения эквивалентных параметрОв резонансной кривой. Позволяет повысить точность измерения активных и реактивных параметров на высоких частотах, что повышает достоверность контроля свойств материалов и изделий с помощью накладных резонансных датчиков. Для этого формируют амплитудно-модулированный сигнал, из которого раздельно выделяют колебания разностной и суммарной частот. Из них формируют испытательный сигнал в виде пакетов колебаний, которым возбуждают поочередно измерительную цепь и опорные колебания с удвоенной резонансной частоты, Перемножают пакеты колебаний выходИзобретение относится к технике измерений и может быть использованодля повы,, 42„„1725161 А1 ного сигнала измерительной цепи с пакетами колебаний суммарной и разностной частот. Выделяют из результирующего сигнала пакеты измерительных колебаний с удвоенной резонансной частотой, сравнивают их по фазе с опорными колебаниями и формируют первый и второй разностные по фазе сигналы. Сравнивают по фазе опорные колебания, сдвинутые между собой дополнительно на угол 45 и формируют третий разностный по фазе сигнал. Изменяют собственную частоту измерительной цепи и частоту модуляции. Резонанс индицируют при достижении равенства первого и второго разностных сигналов. Ширину резонансной кривой определяют по удвоенному значению частоты модуляции, при которой достигается равенство второго и третьего его разностных сигналов. Устройство содержит генератор высокой частоты, балансный модулятор, генератор низкой частоты с блоком подстройки частоты. К выходу балансного модулятора подключены фильтры нижних и верхних частот, к которым подсоединены входы первого автоматического переключателя, К выходу его подключены последовательно соединенные индуктивность и емкостной датчик с параллельно включенным варикапом, образующие измерительную цепь. Устройство также содержит операционный усилитель с отрицательной обратной связью, балансный смеситель, автоматические переключатели. 1 ил. шения точности индикации резонанса электрической цепи на заданной частоте и опре1725161

4 деления эквивалентных параметров резонансной кривой.

Одной из причин, препятствующих широкому использованию резонансных методов измерения эквивалентных параметров емкостных и индуктивных датчиков, является невысокая точность индикации состояния резонанса цепи по максимуму напряжения или тока, а также сложность автоматизации резонансных схем по максимуму. Использование способов индикации состояния резонанса, основанных на обнаружении нулевых значений результатов сравнения, позволяет повысить точность настройки измерительной цепи на резонанс и автоматизировать процесс измерения эквивалентного параметра цепи при достижении резонанса.

Известен способ индикации резонанса измерительной цепи, основанный на пропускании через измерительную цепь двух сигналов, частоты которых смещены относительно резонансной частоты на величину, равную половине ширины полосы резонансной кривой на уровне 0,707 от максимума, сравнении амплитуд выходных сигналов и индикации состояния резонанса цепи в процессе изменения ее собственной частоты по равенству амплитуд сравниваемых сигналов, Недостатком способа является невысокая точность индикации резонанса из-за нестабильности амплитуд и частот входных сигналов, получаемых с помощью двух независимых источников электрических колебаний.

Известен также фазовый способ индикации резонанса измерительной цепи, основанный на пропускании через измерительную цепь сигнала резонансной частоты, сравнении фазы выходного сигнала с фазой входного сигнала и индикации состояния резонанса цепи в процессе изменения ее собственной частоты при достижении нулевой разности фаз между сравниваемыми сигналами.

Этому способу также присущи недостатки. Так, в процессе масштабного преобразования сравниваемых по фазе сигналов неизбежно возникают дополнительные фазовые сдвиги, снижающие точность индикации. Использование частотой селекции сигналов для исключения влияния высших гармоник и помех на точность обнаружения резонанса затруднительно из-за влияния неконтролируемых фазовых сдвигов, вызываемых неизбежной расстройкой таких цепей.

Нестабильность "нуля" фазовых детекторов также снижает точность индикации

15

45 резонанса по нулевому сдвигу фаз сравниваемых сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ индикации резонансной частоты, основанный на формировании амплитудно-модулированного сигнала с модулирующей частотой, равной половине ширины резонансной кривой измерительной цепи, выделении из него колебаний суммарной и разностной частот, формировании испытательного сигнала в виде суммы колебаний суммарной и разностной частот, которым возбуждают измерительную цепь, перемножении выходного сигнала измерительной цепи с составляющей испытательного сигнала суммарной частоты, выделении из результирующего сигнала колебаний с удвоенной резонансной частотой, затем перемножении выходного сигнала измерительной цепи с составляющей испытательного сигнала разностной частоты, выделении из результирующего сигнала колебаний с удвоенной резонансной частотой, сравнении на удвоенной резонансной частоте амплитуд обоих колебаний и индикации резонансной частоты при равенстве сравниваемых амплитуд.

Известное устройство содержит генератор высокой частоты, балансный модулятор, один вход которого соединен с генератором высокой частоты, второй — с генератором низкой частоты, полосовые фильтры разностной и суммарной частот, подключенные к выходу балансного модулятора, сумматор, входами соединенный с выходами полосовых фильтров, последовательно соединенные индуктивность и емкость датчика с параллельно включенным варикапом, образующие измерительную цепь, последовательно соединенные операционный усилитель с отрицательной обратной связью и балансный смеситель, второй вход которого через автоматический переключатель соединен с выходами полосовых фильтров, выход балансного смесителя через последовательно включенные избирательный усилитель, настроенный на удвоенную. резонансную частоту, и амплитудный детектор соединен с входом второго автоматическогс переключателя, выходы которого через интегрирующие цепочки соединены с входами дифференциального усилителя, к выходу которого подключен регистрирующий прибор и варикап измерительный цепи, а также делитель частоты, включенный между выходом генератора низкой частоты и управляющими входами автоматических переключателей, Однако известному способу и устройству присущи и определенные недостатки.

1725161

Так, при индикации резонанса электрических цепей датчиков заранее неизвестна ширина резонансной кривой, которая определяется диэлектрическими потерями в емкости датчика, вносимыми контролируемым объектом. Поэтому выбрать частоту модулирующего сигнала, равную половине ширины резонансной кривой, можно только ориентировочно. С другой стороны, не зная ширины резонансной кривой, нельзя определить комплексные параметры датчика, которые дают полную информацию о контролируемом объекте. Индикация резонанса при модулирующей частоте, отличной от указанной, снижает чувствительность, а следовательно, и точность индикации резонанса. Последнее объясняется тем, что ширина резонансной кривой определяется на уровне, соответствующем точкам максимальной крутизны резонансной кривой измерительной цепи. Поэтому изменения диэлектрических потерь в контролируемом объекте неизбежно снижает точность индикации резонанса.

Цель изобретения — повышение точности индикации резонанса и ширины резонансной кривой измерительной цепи.

Поставленная цель достигается тем, что в способ индикации резонанса измерительной цепи, основанный на формировании амплитудно-модулированного сигнала с модулирующей частотой, равной половине ширины резонансной кривой измерительной цепи, выделении из него колебаний разностной и суммарной частот, формировании испытательного сигнала в виде пакетов колебаний разностной и суммарной частот, которыми поочередно возбуждают измерительную цепь, перемножении пакетов выходного сигнала измерительной цепи с пакетами колебаний разностной и суммарной частот, выделении из результирующего сигнала пакетов измерительных колебаний с удвоенной резонансной частотой, введены дополнительные операции: перемножают непосредственно выделенные из амплитудно-модулированного сигнала колебания разностной и суммарной частот; выделяют из результирующего сигнала опорные колебания с удвоенной резонансной частотой; сравнивают по фазе опорные колебания поочередно с измерительными колебаниями; формируют первый и второй разностные по фазе сигналы; сравнивают по фазе опорные колебания, сдвинутые между собой дополнительно на угол 45О; формируют третий разностный по фазе сигнал; сравнивают между собой разностные по фазе сигналы; изменяют собственную частоту измерительной цепи и частоту модуля5

50 ции; индицируют резонанс при достижении равенства первого и второго разностных сигналов; ширину резонансной кривой индицируют по удвоенному значению частоты модуляции, при которой достигается равенство второго и третьего разностных сигналов.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройство, содержащее генератор высокой частоты, балансный модулятор, один вход которого соединен с генератором высокой частоты, второй вход — с генератором низкой частоты с блоком подстройки частоты, фильтры нижних и верхних частот, подключенные к выходу балансного модулятора, первый автоматический переключатель, входами соединенный с выходами фильтров нижних и верхних частот, последовательно соединенные индуктивность и емкость датчика с параллельно включенным варикапом, образующие измерительную цепь, последовательно соединенные операционный усилитель с отрицательной обратной связью и балансный смеситель, второй вход которого через второй автоматический переключатель соединен с выходами фильтров нижних и верхних частот, третий автоматический переключатель, выходы которого через интегрирующие цепочки соединены с входами дифференциального усилителя, к выходу которого подключен регистрирующий прибор и варикап измерительной цепи, делитель частоты, включенный между выходом генератора низкой частоты и управляющими входами автоматических переключателей, введены дополнительные блоки со следующими связями: два фазовых детектора, два усилителя высокой частоты, два амплитудных ограничителя, .две дополнительные интегрирующие цепочки, второй дифференциальный усилитель, второй регистрирующий прибор и второй балансный смеситель; входы второго балансного смесителя соединены с выходами фильтров нижних и верхних частот, выход его через первые усилитель высокой частоты и амплитудный ограничитель соединен с входами первого и второго фазовых детекторов; другой вход первого фазового детектора через вторые усилитель высокой частоты и амплитудный ограничитель соединен с выходом первого балансного смесителя, выход соединен с входом третьего автоматического переключателя; другой вход второго фазового детектора через третью интегрирующую цепочку соединен с его входом, выход соединен через четвертую интегрирующую цепочку с одним из входов второго дифференциального усилителя, другой вход которого соединен с однопо1725161 лярным входом первого дифференциального усилителя; выход второго дифференциального усилителя соединен с вторым регистрирующим прибором и блоком подстройки частоты генератора низкой частоты.

Сущность способа заключается в следующем.

Высокочастотный сигнал резонансной частоты U1(t)= Ов1соз(Ni t + (pi ) балансно модулируют сигналом низкой частоты

V2(t)= Um2COS(At+ щ). ЗНаЧЕНИЕ НИЗКОЙ Частоты Я выбирают приблизительно равным половине ширины резонансной кривой

ЛN на уровне, соответствующем точкам максимальной крутизны резонансной кривой измерительной цепи, т.е, частота модуляции A =Ай)/2.

В результате перемножения сигналов в процессе балансной модуляции формируется амплитудно-модулированный сигнал с подавленной несущей на резонансной частоте вида

U3 (t) = Um1 Um2 СОЗ ((СО1 й}t +

+ Р1 — P2 ) + COS ((N1 + Я) t +

+971 + В) 04(1)= К1 Ов1 Оа2 х

S1

2 х COS (й 2 t + У1 — PZ — РЗ ), (2) 05(Т)= 2 К2Um1 Um2 х

S1 х соз(сат+ р1+ щ р4), (3) где К1 и К2 — коэффициенты фильтрации на частотах соответственно в2 и са; рз и p4 — дополнительные фазовые сдвиги, вносимые при фильтрации.

Формируют испытательный сигнал в виде пакетов колебаний разностной (2) и сумгде Si — крутизна модуляционного преобразования.

Составляющая разностной частоты

N2 =N1 — A представляет собой сигнал нижней боковой частоты резонансной кривой, а составляющая суммарной частоты аз = Ni + 7— - сигнал верхней боковой частоты относительно резонансной.

Из двухчастотного сигнала Ua(t) выделяют раздельно гармонические сигналы разностной и суммарной частот: марной (3) частот с длительностью кратной периоду колебаний низкой частоты г :

06(t) = К10m1Um2х 1 х cos (N2 t + д75 ), 0 < t <, (4) 10

U7 (t) = 2 КЗ.Огп1 Оа2 X

$1 ты

Возбуждают измерительную цепь, со25 держащую последовательно соединенные емкость С и индуктивность L, испытательным сигналом. Пакеты колебаний нижней и верхней боковых частот проходят через измерительную цепь с некоторым ослаблени30 ем относительно максимального уровня передачи на собственной частоте LC-цепи и > = 1 КГС, образуя ослабленные пакеты колебаний вида:

35 S1

Us(t)= 2 Umi Um2 Ki K з соз к х(й2t+ р5+ру), (6) 40 S1

Оу(1)= 2 Umi Um2 К2К4 cos x

x(cuj t+ +ye), (7) Ко Ко где Кз= и К4= — коэф1 - о Я 6 + а фициенты ослабления сигналов боковых частот с02 и й4 соответственно;

Ко — коэффициент передачи измерительной цепи, когда собственная частота цепи совпадает с задаваемой резонансной

No =N1

Q †= /Ьа — эквивалентная добротНОСТЬ ЦЕПИ;

N2 No Щ3 No л1 — и л2 = — — — ОтС0о й2 > йф носительные расстройки цепи по сигналам боковых частот; хсоз(созс+рв), -

15 где у5 = р1 — 2 — рз — результирующий сдвиг фаз колебаний разностной частоты; у6 — у 1 + > — p4 — результирующий

20 сдвиг фаз колебаний суммарной частоты;

n — коэффициент деления низкой часто10

1725161

010(t) = 2 К2 0в1Um2Х 1

018 (t ) = U, ños (2 ж1 t— хсоэ(азt+д}8), 0

0» (t ) = K1 Um1 Um2 х

S1

U12 (t) Um1 Um2 К1 К2 Кз х 30 018 (т) — «Я Ss 02 02 Я Яг 2 г х (cos (2 и t + у5 — ср8 — ср8 ) + (cos (2 Я t + 2 Щ + Щ3 y4 ) +

+ cos (2 m1 t+ + + )), (10) +

013 (t ) = Uml 0гпг К1 К2 K4 х

Ф 2 2 2

019(с) = 8 Umi Um2K1 Кгх

Й} ЗК6 2 2

U2o (t ) = Up cos (2 в1 t +

+2 pi — pa — p4+pio). (18) сру = arctg Q Л1 и срв = arctg Q Лг — фазовые сдвиги, вносимые расстроенной измерительной цепью в колебания боковых частот, Прошедшие через измерительную цепь пакеты колебаний Us(t) раэностной частоты и пакеты колебаний Ug(t) суммарной частоты перемножают с формируемыми пакетами суммарной и разностной частот:

cos (агт+дз5), <с < - . (9) В результате перемножения сигнала

U8(t) разностной частоты с сигналом Uio(t) суммарной частоты образуется духчастотный сигнал вида гдЕ S2 — крутизна перемножения сигналов.

При перемножении сигнала Ug(t) суммарной частоты с сигналом 0»(t) разностной частоты образуется двухчастотный сигнал вида

x (cos (2g t + ф5 — ф5 — рт ) +

+ сов (2 в1 t + у + у + pe ) ) . (1 1) Выделяют из результирующих сигналов с помощью высокочастотного усиления пакеты измерительных колебаний с удвоенной резонансной частотой:

014 (t ) = 0Гп1 Um2 К1 К2 КЗ К5 Х

Ф 2 2 2

8 х cos (2 в1 t — р5 + р8 — р7 + р ), (12) 015 (t ) = Um1 Um2 К1 К2 К4 К5 Х

Ф г г г

5 хсаэ(2в1 t — у5+ув+у8+рз), (13) где К5 — коэффициент высокочастотного усиления;

pg — фазовый сдвиг, вносимый высокочастотным усилителем.

Нормируют амплитуды пакетов измерительных колебаний: — у}5 + у}5 + + + P} ), (15) Ф где Up — уровень ограничения сигнала.

Перемножают непосредственно выделенные из амплитудно-модулированного сигнала 0з(с) колебания разностной и суммарной частот. В результате перемножения сигналов U4(t) и U5(t) образуется двухчастотный сигнал вида где Яз — крутизна второго перемножения сигналов, Выделяют из сигнала Uis(t) опорные

40 колебания с удвоенной резонансной частотой х co s (2 в1 t — 2 р1 — уз — р4 + pip ), (17) где К8 — коэффициент высокочастотного усиления опорных колебаний;

bio — фазовый сдвиг, вносимый высокочастотным усилителем.

Нормируют амплитуду опорных колебаний на уровне 0}.

1725161

Изменяют собственную частоту измерительной цепи жо = 1/ LC изменением реактивного параметра измерительной цепи. Состояние резонанса измерительной

5 цепи индицируют при достижении равенства нулю сигнала расстройки (26) 026= О, cos P1 = cos P3

10 С учетом значений фазовых сдвигов ру и ре из выражения (7) имеют

15 Так как тригонометрическая функция

cos является четной функцией, то (19) а при перемножении сигналов 0 5(t) с

Uzo(t) — второй разностный сигнал

1 в — Q аь ! =

Щ В1 — g

1N1+9 (28) No Nl +Q (20) откуда получают условие резонанса

1 м (29) 023 = Uо со$ р7, 024 = Uo COS PB .

2 (21) (22) (ЗО}

35 откуда

025 = Uo COS — .

4 (23) Л—

2 (32) Учитывая, что резонансная частота многим больше частоты модуляции (во > P), имеют

Л2 = (33) Так как эквивалентная добротность из55 мерительной цепи в соответствии с выражением (7) определяется шириной резонансной кривой, то условие (31) с учетом соотношения (33) принимает вид (25) Далее сравнивают по фазе опорные колебания Uzo(t) поочередно с пакетами измерительных колебаний U)4(t) и 0>5(t) и формируют разностные по фазе сигналы.

Сравнение по фазе осуществляют перемножением одночастотных сигналов с последующим выделением постоя н н ых составляющих сигналов.

В результате перемножения сигналов

U<4(t) и Uzo(t) и их усреднения с учетом р1о = образуется первый разностный сигнал

0д = Uo COS (2 P) — Ъ P4 +

+Ф5 &+A) °

022 = 0о COS (2 ф) pj p4 +

+ — po — pa).

С учетом значений фазовых сдвигов р5 и р6 из выражений(4) и(5) имеют

Сравнивают по фазе опорные колебания, сдвинутые между собой дополнительно на 45о. B результате перемножения опорных колебаний, дополнительно сдвинутых на фиксированный фазовый сдвиг, и последующего выделения постоянной составляющей сигнала формируют третий разностный сигнал

Сравнивают между собой разностные по фазе сигналы. В результате сравнения первого 02з и второго U24 сигналов образуется сигнал расстройки измерительной цепи

026 = Uo (cos р7 — сов р5), (24) а в результате сравнения второго 024 и третьего U25 сигналов — сигнал

02т = 0с cos + - cos — ) 4 ) cos(arctg Q iL1)=cos(arctg Q Л2). (27) Изменяют частоту модуляции и добиваются равенства нулю сигнала 027=0

cos (arctg Q Л2 ) = cos

arctg О Л2 = — или О Л2 = 1 . (31) =Л

В результате достижения резонанса относительная расстройка по суммарной частоте принимает значение

1725161 (34) Лв =2 А. (35) 10

35

4.0

55 откуда получают значение ширины резонансной кривой

Таким образом, при достижении сигналом Огт нулевого значения частота модуляции становится равной полуширине резонансной кривой измерительной цепи.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство для индикации резонанса измерительной цепи содержит генератор 1 фиксированной высокой частоты, балансный модулятор 2, генератор 3 регулируемой низкой частоты, фильтр 4 нижних частот, фильтр 5 верхних частот, первый и второй автоматические переключатели 6 и 7, делитель 8 частоты, последовательно соединенные индуктивность 9 и емкостной датчик 10 с параллельно включенным варикапом 11, образующим измерительную цепь, первый резистор 12, операционный усилитель 13, второй резистор 14, первый и второй балансные смесители 15 и 16, первый и второй высокочастотные усилители 17 и 18, первый и второй амплитудные ограничители 19 и 20, первый и второй фазовые детекторы 21 и 22, третий автоматический переключатель 23, первую интегрирующую цепочку 24 и 25, вторую интегрирующую цепочку 26 и 27, третью интегрирующую цепочку 28 и 29, четвертую интегрирующую цепочку 30 и 31, первый и второй дифференциальные усилители 32 и 33, первый и второй регистрирующие приборы 34 и 35, и блок 36 подстройки низкой частоты.

Входы балансного модулятора 2 соединены с выходами высокочастотного 1 и низкочастотного 3 генераторов. К выходу модулятора 2 через фильтры 4 и 5 и первый автоматический переключатель 6 подключена измерительная цепь 9 — 11, к выходу которой подключены последовательно соединенные операционный усилитель 13 с отрицательной обратной связью через резисторы 12 и 14, первые балансный смеситель 15, высокочастотный усилитель 17, амплитудный ограничитель 19 и фазовый детектор 21. Входы второго автоматическоro переключателя 7 и входы второго балансного смесителя 16 подключены к выходам фильтров 4 и 5, Выход автоматического переключателя 7 соединен с вторым входом первого балансного смесителя 15. К выходу второго балансного смесителя 16 подключены последовательно соединенные вторые усилитель высокой частоты 18 и амплитудный ограничитель 20, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 21. Выход первого фазового детектора 21 через третий автоматический переключатель 23 соединен через первую и вторую интегрирующие цепочки 24, 25 и

26, 27 с входами перврго дифференциального усилителя 32, к вйходу которого подключены первый регистрирующий прибор

34 и варикап 11. Выход амплитудного ограничителя 20 соединен с одним из входов второго фазового детектора 22 непосредственно, а с другим входом — через третью интегрирующую цепочку 28 и 29. К его выходу через четвертую интегрирующую цепочку 30 и 31 подключен вход второго дифференциального усилителя 33, другой вход которого соединен с однополярным входом первого дифференциального усилителя 32. К выходу дифференциального усилителя 33 подключены второй регистрирующий прибор 35 и блок 36 подстройки частоты генератора 3.

Устройство работает следующим образом.

В результате перемножения сигналов генераторов 1 и 3 в балансном модуляторе

2 формируются колебания разностной и суммарной частот. Эти колебания разделяются фильтрами 4 и 5 и поочередно в виде пакетов колебаний разностной и суммарной частот, формируемых автоматическим переключателем 5, возбуждают резонансную измерительную цепь 9 и 10 на нижней (разностной) и верхней (суммарной) боковых частотах. Длительность пакетов испытательного сигнала определяется полупериодом низкочастотного управляющего напряжения, которое формируется делителем 8 частоты. С помощью операционного усилителя 13, входное сопротивление которого. благодаря параллельной отрицательной обратной связи через резисторы 12 и 14 близко к нулю, преобразуют пакеты токов измерительной цепи разностной и суммарной частот в пакеты пропорциональных напряжений. Эти пакеты перемножаются в балансном смесителе 15 с пакетами напряжений суммарной и разностной частот, которые формируются автоматическим переключателем 7, работающим синхронно с переключателем 6, из непрерывных колебаний, выделяемых фильтрами 4 и 5. Из результирующего сигнала высокочастотным усилителем 17 усиливаются пакеты измерительных напряжений с удвоенной частотой генератора 1, которые нормируются по амплитуде на заданном

16

1725161

5

20 уровне с помощью амплитудного ограничителя 19, Колебания разностной и суммарной частот перемножаются в балансном смесителе 16 непосредственно. Из результирующего сигнала высокочастотным усилителем 18 усиливается непрерывное опорное напряжение с удвоенной частотой генератора 1, которое также нормируется по амплитуде с помощью амплитудного огран ичителя 20.

Пакеты высокочастотных измерительных напряжений поочередно сравниваются по фазе с опорным напряжением в фазовом детекторе 21. Выходные сигналы фазового детектора разделяются автоматическим переключателем 23, работающим синхронно с переключателями 6 и 7. Постоянные составляющие сигналов, пропорциональных разностям фаз пакетов измерительного и непрерывного опорного напряжений, выделяются интегрирующими цепочками 24, 25 и 26, 27 и поступают на входы дифференциального усилителя 32. Усиленное разностное напряжение с выхода усилителя 32 изменяет емкость варикапа 11 в направлении сближения резонансной частоты цепи 9 и 10 с частотой генератора 1. Напряжение статизма следящей системы резонансной измерительной цепи, пропорциональное собственной .частоте измерительной цепи, индицируется и регистрируется прибором

34.

Параметры интегрирующей цепочки

28, 20 выбирают такими, чтобы на фиксированной частоте генератора 1 обеспечить

45-градусный сдвиг фаз между входными напряжениями фазового детектора 22. Из выходного сигнала фазового детектора с помощью интегрирующей цепочки 30 и 31 выделяется постоянная составляющая сигнала. которая воздействует на один вход дифференциального усилителя 33, на другой вход воздействует постоянная составляющая с выхода интегрирующей цепочки 26 и 27. Усиленное разностное напряжение с выхода усилителя 33 воздействует на блок 36 подстройки частоты генератора 2 и изменяет его частоту в направлении сближения. ее значения с полушириной резонансной кривой измерительной цепи 9 и 10, Напряжение статизма следящей системы подстройки частоты, пропорциональное изменению добротности измерительной цепи, индицируется и регистрируется прибором 35.

Таким образом, с помощью регистрирующих приборов 34 и 35 непрерывно фиксируются отклонения емкости и диэлектрических потерь датчика 10 от начальных

55 значений, соответствующих норме контролируемого объекта.

Благодаря повышению точности индикации резонанса и ширины резонансной кривой измерительной цепи обеспечивается повышениеточности измерения относительных отклонений емкости накладных датчиков с начальной емкостью 1 — 30 пФ в пределах 10 -10 с погрешностью не более 0,5 — 1 и абсолютных изменений тангенса угла потерь в пределах 10 -10 с погрешностью не более 3;,ь на частотах

5 — 10 МГц.

Использование предлагаемого способа индикации резонанса измерительной цепи и схемы устройства позволяет по сравнению с существующими повысить точность измерения активных и реактивных параметров измерительной цепи на высоких частотах и тем самым повысить достоверность контроля свойств материалов и изделий с помощью накладных резонансных датчиков.

Формула изобретения

1. Способ определения резонанса измерительной цепи, основанный на формировании амплитудно-модулированного сигнала с модулирующей частотой равной половине ширины резонансной кривой измерительной цепи, выделении из него колебаний разностной и суммарной частот, формировании испытательного сигнала в виде пакетов колебаний разностной и суммарной частот, ко- . торыми поочередно возбуждают измерительную цепь, перемножении пакетов выходного сигнала измерительной цепи с пакетами колебаний суммарной и разностной частот, выделении из результирующего сигнала пакетов измерительных колебаний с удвоенной резонансной частотой, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей перемножают выделенные из амплитудно-модулированного сигнала колебания разностной и суммарной частот, выделяют из результирующего сигнала опорные колебания с удвоенной резонансной частотой, сравнивают по фазе опорные колебания поочередно с измерительными колебаниями, формируют первый и второй разностные по фазе сигналы, сравнивают по фазе опорные колебания, сдвинутые между собой дополнительно на 45О, формируют третий разностный по фазе сигнал, сравнивают между собой разностные по фазе сигналы, изменяют собственную частоту измерительной цепи и частоту модуляции, определяют резонанс по достижении равенства первого и вторОго разностных сиг18

17251 б1

35

45

55 налов, а ширину резонансной кривой определяют по удвоенному значению частоты модуляции, при которой достигается равенство второго и третьего разностных сигналов. 5

2, Устройство определения резонанса измерительной цепи, содержащее генератор высокой частоты, балансный модулятор, один вход которого соединен с генератором высокой частоты, второй вход — с генерато- 10 ром низкой частоты с блоком подстройки частоты, фильтры нижних и верхних частот, подключенные к выходу балансного модулятора, первый автоматический переключатель, входами соединенный с выходами 15 фильтров нижних и верхних частот, последовательно соединенные индуктивность и емкостный датчик с параллельно включенным варикапом, последовательно соединенные операционный усилитель с 20 отрицательной обратной связью и баланс- . ный смеситель, второй вход которого через второй атоматический переключатель соединен с выходами фильтров нижних и верхних частот, третий автоматический переключатель, выходы которого через первую и вторую интегрирующие цепи соединены с входами дифференциального усилителя, к выходу которого подключены регистрирующий прибор и варикап измери- gp тельной цепи, делитель частоты, включенный между выходом генератора низкой частоты и управляющими входами автоматических переключателей, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, введены два фазовых детектора, два усилителя высокой частоты, два амплитудных ограничителя, две интегрирующие цепи, второй дифференциальный усилитель, второй регистрирующий прибор и второй балансный смеситель, входы которого соединены с выходами фильтров нижних и верхних частот, а выход через первые усилитель высокой частоты и амплитудный ограничитель соединен с входами первого и второго фазовых детекторов, другой вход первого фазового детектора через вторые усилитель высокой частоты и амплитудный ограничитель соединен с выходом первого балансного смесителя, а выход соединен с входом третьего автоматического переключателя, другой вход второго фазового детектора через третью интегрирующую цепь соединен с его входом, а выход соединен через четвертую интегрирующую цепь с одним из входов второго дифференциального усилителя, другой вход которого соединен с однополярным входом первого дифференциального усилителя, а выход второго дифференциального усилителя соединен с вторым регистрирующим прибором и блоком подстройки частоты генератора низкой частоты.

1725161

Составитель Л,Сорокина

Техред М,Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор Е.Папп

Заказ 1174 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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