Преобразователь параметровнерезонансных трехэлементныхдвухполюсников

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н» 808978

Союз Советскин

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву— р )м. к . (22) Заявлено 24. 04. 79 (21) 2756537/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

6 01 и 27/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 280281. Бюллетень ЙЯ 8

Дата опубликования описания 280381 (53) УДК621. 317. 73 (088 ° 8) с

С.Ш.Балтянский, Е.П.Осадчий, С.М.Фельдберг и К.Н.Чернецов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ НЕРЕЗОНАНСНЫХ

ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению составляющих комплексных величин сопротивления, и может быть использовано при измерении параметров комплексных величин, несущих информацию об исследуемом объекте.

Известно устройство, позволяющее измерять параметры нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников, содержащее трансформатор, образцовые проводимости, усилители, амплитудный детектор огибающей, источник частотно-модулированного сигнала и амплитудно-дифференциальный 15 указатель 1 .

Недостатками устройства являются низкое быстродействие за счет того, что результат измерения получается путем последовательного приведения 20 измерительной цепи в два состояния квазиравновесия и последующего преобразования параметров двухэлементной цепи, а также ограниченные функциональные возможности, не позволяю- 25 щие преобразовывать параметры двухполюсников последовательно-параллельного типа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЗО преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, подключенный к входам основного управляемого делителя напряжения, сумматора напряжений и через исследуеьый двухполюсник ко входу усилителя, вход усилителя через первый об- разцовый конденсатор подключен к выходу основного управляемого делителя на- пряжения и входу вольтметра, а через второй образцовый конденсатор -к выходу дополнительного управляемого делителя напряжения и входу измерителя отношения напряжений, выход усилителя соединен со входом дополнительного управляемого делителя напряжения, с .другим входом измерителя отношения напряжений, со входом фаэочувствительного индикатора и с другим входом сумматора напряжений, выход которого соединен с другим входом фазочувствительного индикатора и через образцовый резистор со входом измерителя OTношения токов, другой вход которого через третий образцовый конденсатор соединен с выходом дополнительного управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с, выходом фазочувствительного индикато 808978.ра, выход измерителя отношения токов ! через амплитудный детектор огибающей соединен с управляющим входом основного управляемого делителя напряжения (2$ .

Однако устройство имеет невысокое быстродействие, обусловленное взаимосвязью контуров уравновешивания, и ограниченные функциональные возможности, не позволяющие преобразовывать параметры двухполюсников последовательно-параллельного типа.

Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение функциональных воэможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного напряжения, выход которого со динен с сигнальным входом управляемого делителя напря- 2О жения, амплитудный детектор огибающей, выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, усилитель, вход которого соединен с одним из выводов образца- д ваго элемента, сумматор, один вход которого соединен с выходом усилителя, блок обработки сигналов, введен блок вычитания модулей напряжений, причем выход источника частотно-моду - З) лированного напряжения соединен с первым входом блока обработки сигналов и через образцовый элемент со входом усилителя, вход и выход кото" рого являются входными клеммами преобразователя для подключения исследуемого двухполюсника, выход управляемого делителя напряжения соединен с первым входом блока вычитания моду-. лей напряжений и вторым входом сумматора, выход которого соединен са вхо" 4О дом амплитудного детектора огибающей, вторым входом блока вычитания модулей напряжений и вторым входом блока обработки сигналов.

Кроме того, блок обработки сигналов содержит два усилителя, пять конденсаторов, резистор, регулируемый резистор, фазочувствительный индикатор, выпрямитель и фильтр нижних.частот, при этом первый вход блока абра- gg ботки сигналов через первый конденсатор соединен со входом первого усилителя, между выходом и входом которого включены второй конденсатор и регулируемый резистор, а через четвертый конденсатор — со входом второго усилителя, между выходом и входом которого включен пятый конденсатор, выход первого усилителя соединен со входом фильтра нижних частот и через третий конденсатор — co входом второ- 5Q

ro усилителя, выход которого соединен с одним из входов фазочувствительного индикатора, второй вход блока обработки сигналов соединен со входом выпрямителя,,выход которого через ре- 65 зистор соединен со входом первого усилителя, и с другим входом фазочувствительного индикатора, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого резистора.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - трехэлементные двухполюсники последовательно-параллельного типа; на фиг.З вЂ” то же, параллельно-последовательного типа; на фиг.4 — схема блока обработки сигналов.

Устройство содержит источник 1 . частотно-модулированного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом управляемого делителя 2 напряжения, первым входом блока 3 обработки сигналов и через образцовый элемент 4 {С4)- со входом усилителя

5, между выходом и входом которого включен двухполюсник б, включающий элементы 7-9 {С,СВ,Rq) . Выход усилителя 5 соединен с одним входом сумматора 10, другой выход которого— с выходом управляемого делителя 2 напряжения и одним входом блока 11 вычитания модулей напряжений. Выход сумматора 10 связан с другим входом блока 11 Вычитания модулей напряжений, вторым входом блока 3 обработки сигналов и входом амплитудного детектора. 12 огибающей, выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя 2 напряжения.

Блок 3 обработки сигналов содер>кит усилитель 13, вход которого соединен с одним выводам конденсатора

14 (Сц),а между выходом и входом включены регулируемый резистор 15 (R >) и конденсатор 16 (c„), емкость которого равна емкости конденсатора

14 (С 4) ° Выход усилителя 13 соединен со входам фильтра 17 нижних частот и через конденсатор 18 (С 8)со входам усилителя 19, между выходом и входом которого включен конденсатор 20 (С )). Вход усилителя 19 соединен с одним выводом конденсатора 21 (С,) емкость которого равна †..оловине емкости конденсатора 18, (С®), а выход - с одним входом фазочувствительнога индикатора 22, Вход усилителя 13 соединен через резистор

23 (Rg ) с выходом выпрямителя 24.

Устройство работает следующим образам.

Условием квазиравновесия, при выполнении которого выделяется информация аб одном : 1ементе исследуемого двухпалюсника, является частотонезависимасть модуля напряжения () на выходе сумматора 10

an t .t-, (1) а саэ

Достижение этого условия осуществ-ляется путем регулировки коэффициента переда . управляемого делителя 2 на808978 (10) (14) Таким образом, условие (13) синфазности напряжений(»» и 0»g достигается при выполнении (14). При этом на выходе фазочувствительного индипряжения, а момент его достижения (1) определяется с помощью амплитудного детектора 12 огибающей, управляющего величиной коэффициента передачи управляемого делителя напряже-. ния.

Напряжение (I< на выходе усилителя 5 р авно

Я9 б 1о 4 jMС » juc9g9 где U» — напряжение источника 1 частотно-модулированного напряжения.

Выделяя действительную и мнимую части,;имеем

C4. »А С4» 8» в 9»о) С

u= Q + 21 . 1(3)

5» C,»+»„ 2C2 R2 " »+<д2С2 R2

» 8 9 .Я 9.

Регулируемое по амплитуде напряжение 02 с выхоДа Управляемого Делителя 2 напряжения подается на один Щ из входов сумматора 10, на другой вход которого поступает напряжение () 5 °

Напряжение U на выходе сумматора равно 25 »О 2 5 (4)

Так как напряжение IJ2 на выходе управляемого делителя напряжения синфазно со входным напряжением 04, т.е. является чисто действительным, то с учетом (3) имеем

С4 Ы С4СФ9 о ЫС4 9

ul -u».» + -4U

О 2 4 С»+»в>2С2Р2 11+<>2С2 2

Я 9 . Я 935 (5)

Напряжение »»2 регулируется путем изменения коэффициента передачи управляемого делителя 2 напряжения до тех пор, пока модуль напряжения 40

Ц»0не становится частотонезависимым, т.е. пока не выполняется условие (1) равенства нулю первой проиэвод« ной модуля напряжения 0»о по частоте, которое равно 45

»»

02=0» С4С» — С4 С (6)

Таким образом,частотонезависимость модуля напРяжения 0»0достигается пРй выполнении (б) . В этот момент на выходе амплитудного детектора 12 огибающей отсутствует воздействие, изменяющее коэффициент передачи управля»емого делителя 2 напряжения, на.выходе которого поддерживается напряже- 55 ние U2 согласно (6), а

»»

luiol=> u c4 р (7)

8 т.е. модуль напряжения 0»0 несет инфор-щ

»4ацию об элементе 8 (С8)двухполюсника 6.

Напряжения Ц»»,и U 2 подаются на соответствующие входы блока 11 вычитания модулей напряжений, на выходе 65 которого имеется напряжение 0, равное

« =)0 1-1и, ) (8)

Подставляя в (8) значения напряжений из (7) и (6) и учитывая то, что напряжение U2 чисто действительное, т.е. I u2l = u2, имеем

» и = 01С4 — э (9)

Ct т.е.. напряжение Uqq несет информацию о6 элементе 7 (С ) двухполюсника 6. .Информация об оставшемся в третьем элементе 9 (К ) двухполюсника заложена в фазовом угле »»! напряжения 0»о относительно входного напряжения U4 .

Выражение для котангенса угла»»» равно

ctgq °

»т!» о!

Подставляя в (10) значения действительной и мнимой части напряжения

0,оиз (5) и учитывая значение 02 (6) при достигнутом условии (1) квазиравновесия, имеем

Ы2С К2 .(С1И 8 9 (11)

2 дс8Р9 откуда с и 2 cs R9 (12)

С помощью соответствующего блока

3 обработки сигналов, несущих информацию о величинах С8,.4) и.»р, получают сигнал, пропорциональный значению оставшегося параметра R9 двухполюсника б.

Блок 3 обработки сигналов работает следующим образом.

С помощью регулируемого резистора

15 (реализованного, например, на базе оптрона) устанавливается синфазность напряжения (»» на выходе усилителя 19 по отношению к напряжению 0» на выходе сумматора 10.

Напряжение U»9 ñðàâíèâàåòñÿ по фазе с напряжением 0 0с помощью фазочувствительного индикатора 22, выходной сигнал которого воздействует на регулируемый резистор 15 (R» ) изменяя его величину до достижения синфазности этих напряжений ! Re»U, Re»U q! т!" о)»m»Uiql

Подставляя значения действительных и мнимых частей напряжения U»0 и напряжения U»9, получаем

СВ

С»4

808978 катора 22 отсутствует воздействие, изменяющее величину регулируемого резистора 15 (R ). При таком значе- . нии указанного резистора 15 на выходе фильтра 17 нижних частот имеется напряжение 5 т 2 (24 17 С Д (15)

l4. 23 т.е. напряжение 0„ несет информацию об оставшемся элементе 9 (R>) двухполюсника 6.

При исследовании двухполюсников параллельно-последовательного типа (Фиг.З), состоящих иэ отдельно стоящего элемента и двухэлементной части Z и Z, они включаются в пря-, 5 мую цепь усилителя 5, а образцовый элемент — между выходом и входом этого усилителя.

В ттеех х ссллууччааяяхх, когда отдельно стоящим элементом является индуктивностьЩ образцовый элемент 4 реализуется на базе операционного усилителя в режиме интегрирования и резистора.

Предлагаемое устройство повышает быстродействие преобразователя в 25 результате устранения взаимосвязи между контурами уравновешивания и расширяет его функциональные воэможности, так как не изменяя структуры преобразователя, а только меняя местами образцовый элемент и двухполюсник, позволяет исследовать двухполюсники как параллельно-последовательного, так и последовательно-параллельного типов.

Формула изобретения

1. Преобразователь параметров нерезонансных трехзлементных двухполюс- 4Q ников, содержащий источник частотномодулированного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом управляемого делителя напряжения, амплитудный детектор огибающей, выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, усилитель, вход которого соединен с одним иэ выводов образцового элемента, сумматор, один вход ко,торого соединен с выходом усилителя, блок обработки сигналов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей, в него введен блок вычитания модулей напряжений, причем выход источника частотно-модулированного напряжения соединен с первым входом блока обработки сигналов и через образцовый элемент со входом усилителя, вход и выход которого являются входными клеммами преобразователя для подключения исследуемого двухполюсника, выход управляемого делителя напряжения соединен с первым входом блока вычитания модулей напряжений и вторым входом сумматора, выход которого соединен со входом амплитудного детектора огибающей, вторым входом блока вычитания модулей напряжений и вторым входом блока обработки сигналов.

2 ° Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок обработки сигналов. содержит два усилителя, пять конденсаторов, резистор, регулируемый резистор, Фазочувствительный индикатор, выпрямитель и фильтр нижних частот, при этом первый вход блока обработки сигналов через первый конденсатор соединен с входом первого усилителя, между выходом и входом которого включены второй конденсатор и регулируемый резистор, а через четвертый конденса- тор — co входом второго усилителя, между выходом и входом которого включен пятый конденсатор, выход первого усилителя соединен со входом фильтра нижних частот и через третий конденсатор - со входом второго усилителя, выход которого соединен с одним из входов фазочувствительного индикатора, второй вход блока обработки сигналов соединен со входом выпрямителя, выход которого через резистор соединен со входом первого усилителя, и с другим входом Фазочувствительного индикатора, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 248065, кл.G 01 R 27/02, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

566205, кл.G 01 Я 27/26, 1976 (прототип).

808978

97иг. 1

9 ие. Ф

Составитель Л.Фомина

Редактор Т.Мермелштайн Техред И.Асталош

Корректор О.Билак

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 405/49 Тираж 743

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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