Устройство для измерения и допускового контроля амплитудночастотных характеристик четырехполюсников

 

) I М

ПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и785792

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3аявлено 25. 12. 78 (21) 2700027/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 071280.Бюллетень Мо 45

Дата опубликования описания 07. 12. 80 (я)м, к.з

G 01 R 27/28

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (S3) УДК 621.317.757 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М; Голоцуков, Е. Е. Добров, Ю. Н. Захаров, В. Г. Плотников, К. В. Ткаченко и tO. A. Хайкин (71) Заявитель

Ивано-Франковский. институт нефти и газа (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) фильтров, коэффициента передачи на заданных частотах, частот среза фильтров, коэффициента неравномер-, ности в полосе пропускания, коэффициента прямоугольности, коэффициента ослабления в ттолосе задерживания.

Известен измеритель амплитудночастотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников, который содержит генератор качающейся частоты, дискретный аттенюатор, интергратор в следящей системе отработки измерения амплитуды и фазы сигнала на выходе четырехполюсника, запоминающее устройство с прогнозирующей разрядной цепью, импульсными генератор, электронный цифровой переключатель, источник питания, двигатель перестройки генератора качающейся частоты и реле .f1), Недостатком его является низкое быстродействие из-за наличия двигателя в цепях синхронных и фазовых детекторов.

Известен также измеритель амплитудно-частотных и фаэочастотных характеристик четырехполюсников, который содержит последовательно соединенные ждущий мультивибратор, блок управления, ключ, интегрирующее устройство, компаратор и реверсивный счетчик, а также источник опорного напряжения, генератор опорных импульсов, логарифмическое устройст- во и источник опорного напряжения f2(Недостатками измерителя являются низкие точность и быстродействие иэ-эа наличия логарифмирования и детектирования сигнала.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройствИ:и производительности измерений.

;щ Для этого в устройство для измерения и допускового контроля амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников, содержащее блок управления, генератор опорных импульсов, Я цифроуправляемый синтезатор частот, последовательно. соединенные ключ, интегрирующее устройство и компаратор, причем выход блока управления соединен с управляющим входом ключа, а первый вход ключа — с выходом ис785792 точника опорного напряжения, введе.ны второе интегрирующее устройство, второй блок управления, второй ключ, второй компаратор, два формирователя прямоугольных импульсов, блок деления интервалов времени, цифровой блок управления, блок хранения и обработки информации, блок сравнения и блок ввода и хранения информации, причем выход цифроуправляемого синтезатора частот подключен ко второму входу первого ключа и к входу первого формирователя импульсов, соединенных с одним иэ входов блока управления, второй вход которого подключен к выходу компаратора, а второй выход блока управления соединен с одним из входов блока деления интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом генератора опорных импульсов, а третий вход блока деления интервалов времени соединен с первым выходом второго блока управления, первый вход которого через второй формирователь прямоугольных импульсов подключен к выходу исследуемого четырехполюсника и ко второму входу второго ключа, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а управляющий вход ключа, через второй блок управления подключен к выходу второго компаратора,соединенного с выходом второго ,тегрирующего устройств подключены к ключенного к выходу второго ключа,управляющие входы первого и второго ингрирующего устройств подключены к первому и второму выходам цифрового блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом цифрового синтезатора частот, а четвертый выход цифрового блока управления соединен с четвертым входом блока деления интервалов времени,выход которого подключен к одному из входов блока хранения и обработки информации, второй вход последнего соединен с пятым выходом цифрового блока управления, а выход блока хранения и обработки информации подключен к одному из входов блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком ввода и хранения информации, выход которого связан с блоком хранения и обработки информации.

На фиг.1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — виды сигналов s разных точках устройства.

Устройство содержит цифроуправляемый синтезатор 1 частот (СЧ), исследуемый четырехполюсник 2, первый ключ 3, первый формирователь 4 прямоугольных импульсов, цифровой блок

5 управления, источник б опорного напряжения, первое интегрирующее устройство 7, первый компаратор 8, первый блок 9 управления, блок 10 деления интервалов времени; второй формирователь 11 прямоугольных импульсов, второй ключ 12, второе интегрирующее устройство 13, второй компаратор 14, второй блок-схему 15 управления, генератор 16 опорных импульсов, блок 17 хранения и обработки информации, блок 18 сравнения, блок 19 входа и хранения информации.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

По команде с блока 5 управления на выходе синтезатора 1 частот,например серийного прибора 46-31, каждый раз устанавливается синусоидальный сигнал определенной частоты, который поступает на контролируемый объект 2. После установления колебаний на выходе объекта 2 идентичные каналы 20 и 21, производят преобразование параметров сигналов

20 на входе и выходе объекта 2 в интервале времени. Интервалы времени в виде длительности прямоугольных импульсов (фиг.2 е) поступают на блок

10 деления интервалов времени. В д блоке 10 с помощью генератора 16 импульсов поступающие в блок прямоугольные импульсы разной длительности преобразуются в пачки импульсов. После этого в блоке 10 происхо дит деление числа импульсов, являющихся результатом преобразования канала 21 на число импульсов, являющихся следствием преобразований в канале 20. Результат деления блока

10 есть коэффициент передачи объекта 2 на данной частоте. Результат деления в виде кода числа поступает в блок 17 и запоминается. После этого блок 5 дает команду на изменение частоты синусоидального сигна10 ла синтезатора частот и далее происходит вышеуказанным образом изменение коэффициента передачи объекта

2 и на этой частоте, затем процесс каждый раз повторяется.

Рассмотрим работу каналов преобразования на примере канала 20.

Синусоидальный сигнал (фиг.2 а) с СЧ 1 поступает на формирователь

4, на выходе которого образуются соответствующие прямоугольные импуль.сы (фиг.2 в). Эти импульсы поступают на блок 9 управления, который вырабатывает соответствующие коммутирующие импульсы для ключа 3. Ключ

3 пропускает на вход интегрирующего устройства 7 то отрицательную полу.— волну синусоидального напряжения с входа объекта 2 (фиг.2 с), то опорное постоянное йапряжение с выхода источника б опорного напряжения.

4ф Напряжение с ключа поступает на интегрирующее устройство 7, которое представляет собой интегратор с двой ным интегрированием.

Выходное напряжение (фиг.2d) инте грирующего устройства поступает на

785792 компаратор 8, который каждый раз срабатывает в тот момент, когда напряжение на выходе 7 становится равным нулю. Выходной сигнал с компаратора 8 поступает на блок 9 управления. В момент срабатывания сигнал блока управления попадает на ключ 3, который прекращает доступ постоянного напряжения на вход интегрирующего устройства 7. В результате вышеуказанного преобразования на втором выходе блока управления получаются прямоугольные импульсы одинаковой амплитуды с длительностью дс,равной длительности спада импульсов на выходе интегрирующего устройства 7, импульсы поступают в блок деления

1Q (фиг.2 е). Длительность этих им15 пульсов прямо пропорциональна амплитуде синусоидального сигнала, но обратно пропорциональна его частоте и напряжению источника 6 опорного напряжения.

Как видно из работы канала 20 преобразования время одного измерения чуть больше одного полупериода синусоидального сигнала. При изменении частоты синусоидального тестового сигнала (фиг.2 а) принцип действия

25 канала преобразования остается прежням. Для поддержания необходимой чувствительности канала преобразования, а также широкого диапазона по изменению уровня и частоты входного сигнала блок 5 управления для каждого диапазона частот устанавливают путем коммутирования,например, емкостей в цепи обратной связи интегратора определенную постоянную

3S времени интегрирования устройства 7.

Принцип действия и работа канала 21 преобразования такие же, как и канала 20 преобразования, с той

40 лишь разницей, что канал 21 преобразует параметры сигнала на выходе контролируемого объекта 2.

Синусоидальный сигнал с выхода объекта 2 поступает на формирова.тель 11 и ключ 12. Компаратор 14 и блок 15 управления формируют на входе интегрирующего устройства 13 при помощи ключа 12 сигнал такого вида, как показано на фиг.2 с.,Следует отметить, что в канале 21 блок

5 управления, также для каждого диапазона частот, устанавливает для интегрирующего устройства 13 свою постоянную времени интегрирования.

В режиме измерения амплитудночастотных характеристик четырехпо- люсников устройство работает следующим образом. Блок 5 управления в определенной полосе частот -с эа45 шивает" контролируемый объект, в результате "опроса" в блоке 17 в виде числа запоминается значение частот и соответственные им коэффициенты передачи контролируемого объекта 2.

1 б5 данным шагом измерения частоты "Опра- p) В режиме допускового контроля

АЧХ четырехполюсников устройство работает следующим образом. Перед контролем в блок 19 вводятся значения и допустимый разброс параметров контролируемых четырехполюсников, затем производится контроль коэффициента передачи на заданной частоте.

Если коэффициент передачи не в допуске, то блок 18 выдает команду

"брак", если в допуске, то блок 5 получает команду на выполнение следующей операции контроля-определения частоты среза. Это означает,что устройство определяет такую частоту, при которой коэффициент передачи будет на определенное число децибел (например ЗдБ) меньше, чем коэффициент передачи на заданной частоте.

Новое значение коэффициента передачи (например, по уровню 3 дБ) вычисляется в блоке 17 путем умножения известного .числа на коэффициент передачи при заданной частоте, это значение вводится в блок 19. Далее блок 5 изменяет частоту выхода синтезатора 1 на определенное значение, соответствующий этому значению коэффициент передачи сравнивается в блоке 18 с ранее вычисленным, если они не равны, то блок 5 делает следующий шаг изменения частоты на выходе синтезатора 1 частот и т.д., до тех пор, пока коэффициенты передач не будут равны, при этом полученное значение частоты будет являться частотой среза.

Покажем, что при описанном выше функционировании устройства действительно достигается поставленная цель.

Как следует из работы устройства, на вход контролируемого объекта(четырехполюскрика) 2 подается синусоидальный сигнал вида 0 = А siпи)1,. тогда на выходе объекта 2 имеет место сигнал вида 0 = А sicè t + ), где А А — амплитуда сигналов; Ю— круговая частота; t — время P- фазовый сдвиг. Интегрирующее устройство 7 интегрирует напряжение V в течение полупериода отрицательного

I напряжения U< . В результате в конце интегрирования на выходе устройства

7 напряжение Vq с учетом интегрирования сигнала определится следующим образом:

Т 2

0 = — — J - K,sinwkcl<= о

= — (coo -coswo) где "Т вЂ” постоянная времени интегрирования; период; поскольку сЭ = =,-,то выражение (1) можно записать, как

А ЪК ZА (" >.- ) 785792

2Aq о„= + или

2А Un«» — — — =О с ю гд„ь 2А « оп < < п или и К

ht жУ„2А д

Далее на какое-то время д на г вход устройства 7 подается постоянное положительное напряжение U<,которое в течение этого времени интегрируется. С учетом интегрироваS ния сигнала напряжение U p на выходе устройства 7 определяется следующим образом:

Одновременно сигналы U„ H U> на ( выходе интегрирующего устройства

7 суммируются, и когда эта сумма становится равной нулю, срабатывает компаратор 8, срабатывание которого определяет интервал времени at, т.е.

1 I

0 +0 =О и

Данный интервал времени at в виде ширины импульса (фиг.2 е) поступает на блок управления 9, на блок 10 деления интервалов времени.

Подобным же образом ь результате подобного преобразования напряжения

U в канале 21 можно показать, что ийтервал времени дt< пряма пропор- З ционален амплитуде напряжения U2 и обратно пропорционален чадоте и напряжению U» т.е. дс

< в

Этот интервал д в виде прямоугольных импульсов поступает на блок 4р

15 управления, в блок 10 деления интервалов времени.

После деления интервалов времени . в блоке 10 получим:

Это отношение определяет коэффициент-передачи объекта 2 на данной частоте. При этом время измерения коэффициента передачи объекта на одной частоте меньше одного периода синусоидального напряжения.

В известных устройствах время измерения коэффициента передачи превышает период синусоидального напряжения более чем в 10 раз. Малое время предлагаемого устройства измерения позволяет резко повысить быстро- 4р действие допускового контроля параметров четырехполюсников.

Точность измерения коэффициента передачи не зависит от нестабильности напряжения на входе синтезатора 1,Я частот 1.и постоянных времен интегрирования интегрирующих устройств 7 и

13 и нестабильности источника 6 опорного напряжения. Постоянные времени интегрирования устройств 7 и 13 могут иметь различные значения, что позволяет не предъявлять дополнительных требований на идентичность каналов 20 и 21.

Экспериментальная проверка показа. ла, что при измерении коэффициентов передачи фильтров верхних и нижних частот в диапазоне частот 20 Гц—

30 кГц быстродействие устройства на любой из частот не превышает одного периода синусоидального напряжения.

Относительная погрешность определения коэффициента передачи составила

0,5%.

Производительность устройства при контроле параметров фильтров в диапазоне частот от 60 Гц до 30 кГц составляет 600 шт/час.

Формула изобретения

Устройство для измерения и допускового контроля амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников, содержащее блок управления, генератор опорных импульсов, цифроуправляемый синтезатор частот, последовательно соединенные ключ, интегрирующее устройство и компаратор, причем выход блока управления соединен с управляющим входом ключа, а первый вход ключа — с выходом источника опорного напряжения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства и производительности измерений, в него введены второе интегрирующее устройство, второй блок управления, второй ключ, второй компаратор, два формирователя прямоугольных импульсов, блок деления интервалов времени, цифровой блок управления, блок хранения и обработки информации, блок сравнения и блок ввода и хранения информации, выход цифроуправляемого синтезатора час тот подключен ко второму входу первого ключа и к входу первого формирователя импульсов, соединенных с одним иэ входов блока управления, второй вход которого подключен к выходу компаратора, а второй выход блока управления соединен с одним из входов блока деления интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом генератора опорных импульсов, а третий вход блока деления интервалов времени соединен с первым выходом второго блока управления, первый вход которого через формирователи прямоугольных Импульсов подключен к выходу исследуемого, четырехполюсника и ко второму входу

785792

10 второго ключа, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а управляющий вход ключа через второй блок управления подключен к выходу второго компаратора, соединенного с выходом второго интегрирующего устройства, входом подключенного к выходу второго ключа, причем управляющие входы первого и второго интегрирующего устройства подключены к первому и второму выходам цифрового блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом цифрового синтезатора частот, а четвертый выход цифрового блока управления — с четвертым входом блока деления интервадов времени, выход которого подключен к одному из входов блока хранения и осработки информации, второй вход последнего соединен с пятым выходом цифрового блока управления, а выход блока хранения и обработки информации подключен к одному из входов блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком ввода и хранения информации, выход которого связан с блоком хранения и обработки информации.

Источники информаци, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 2123б2, кл.G 01 и 27/28, 1972.

15 2. Авторское свидетельство СССР

Р 476521, кл. G 01 R 27/28, 1975.

785792

Фиг, 2

Составитель Л. Муранов

Редактор Ж. Рожкова Техред Н. Баоурка Корректор В. Синицкая

Заказ 8835/49 Тираж 1019 П одп ис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП ."Патент";,г. Ужгород, ул. Проектная,4