Устройство для измерения добротности колебательных контуров

 

Союз Советских

Социалнстнческнх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()892351 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17. 04. 80 (2! ) 2912075/18-21 (51) М. Кл, С О1 R 27/26 с присоединением заявки МВаударстмкны5 комитет

СССР ао делан нзабргтеннй н атерытнй (23) Приоритет

Опубликовано 23 ° 12 81 Бюллетень №47

Дата опубликования описания 23 ° 12 81 (53) УДК621.317 °

° 337 (088.8) )

1 с

1 (72) Авторы изобретения

В. В. Молочников и Н. П. Валей ко (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ

КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ

Изобретение относится к области .радиоизмерительной техники и может быть использовано для измерения добротности, тангенса угла потерь, активного сопротивления, емкости и индуктивности радиоэлементов колебатель«5 ных контуров.

Известно устройство для измерения добротности, индуктивности и емкости в цифровом виде, содержащее источник сигнала, колебательный контур, блок отношения напряжений, блок поддержания амплитуды, широкополосный усилитель, охваченный обратной связью через образцовый реактивный элемент, и бло-, ки автоматической регулировки усиления и фазы )1) .

Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон частот измерения индуктивности и емкости в цифровом виде, а измерение напряжений, пропорциональных добротности колебательного контура, производится с относительно большими погрешностя ми.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройст во для из мерения добротности колебательных контуров, содержащее перестраиваемый генератор высокой частоты, частотный модулятор, колебательный контур, амплитудный детектор, блок поиска резонансной частоты, включающий блок выделения первой производной по частоте, и нульорган, блок выделения второй производной по частоте, дополнительный нульорган, два запоминающих блока, перестраиваемый генератор низкой частоты, ключ, блок отношения частот и блок управления (21, Известное устройство не обеспечивает отсчета емкости колебательного контура в цифровом виде и не позволяет оценивать величину емкости на частоте измерения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

892351

Поставленная цель достигается тем ч

t чт о уст роист во для и амере н и я добротности колебательных контуров, содержащее перестраиваемый генератор высокой частоты, один выход которого соединен с первым входом частотного модулятора, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход частотного модулятора через колебательный контур

: соединен со входом амплитудного детектора, .выход которого соединен со входом блока поиска резонансной частоты

Э один выход последнего соединен со входом блока выделения второй производной по частоте, а другой выход .,соединен со входом первого запоминаю1 щего блока, выход которого соединен со входом перестраиваемого генератора высокой частоты, вход кпюча соединен с одним из входов блока отношения частот и с выходом перестраиваемого генератора низкой частоты, вход которого соединен с выходом второго запоминающего блока, вход последнего соединен с выходом нуль-органа, управляющие входы ключа, первого и второго запоминающего блоков, час отного модулятора, блока поиска резонансной частоты и блока выделения второй производной по частоте соответственно соединены с выходами блока управления, введены три дополнительных ключа и цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов и делитель частоты, причем выход перестраиваемого генератора высокой частоты соединен через последовательно соединенные . первый дополнительный ключ, другой вход которого соединен со входом частотного модулятора и делитель частоты со входом блока отношения частот, а первый вывод второго дополнительного ключа соединен со входом нуль-органа, второй и третий выводы соответственно соединены со входом и выходом блока выделения второй производной по частоте, а цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов включена между входом амплитудного детектора и общей шиной, а общий вывод цепи из двух последовательно соединенных конденсаторов через третий дополнительный ключ соединен с общей шиной, управляющий вход которого соответственно соединен с выходом блока управления. фиг 2 диаграммы, поясняющие работу устройства, устройство содержит частотный модулятор 1, к одному входу которого подключен выход перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, а ко второму входу через ключ 3 - выход перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, колебательный контур 5,вхо1в дом подключенный к выходу частотного модулятора 1 и выходом - ко входу амплитудного детектора 6, выход которого подключен ко входу блока 7 поиска резонансной частоты, содержащего последовательно включенные блок 8 выделения первой производной по частоте и нуль-орган 9, запоминающий блок

10, входом подключенный к выходу блока 7 поиска резонансной частоты и выходом к управляющему входу перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, блок l! выделения второй производной по частоте, входом подключенный к выходу блока 8 выделения первой прод изводной по частоте, ключ 12, одним входом подключенный к выходу блока

11 выделения второй производной по частоте и вторым входом - к выходу блока 8 выделения перво" производной по частоте, нуль-орган 13, входом подключенный к выходу ключа 12, второй запоминающий блок f4, входом под ключенный к выходу нуль-органа t3 и выходом к перестраиваемому генератору 4 низкой частоты; два последовавательно соединенных конденсатора

15 и 16, включенные между выходом колебательного контура 5 и общей шиной, дополнительный ключ 17, включенный между точкой соединения конденсаторо и 16 и общей шиной, блок

18 отношения частот, первым входом подключенный к выходу перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, 45 делитель частоты 19, входом соединенный через дополнительный ключ 20 с выходом перестраиваемого генератора

2 высокой частоты и с выходом частотного модулятора 1, блок 21 управле" ния, подключенный к управляющим входам

SO блока 7 поиска резонансной частоты, блока 11 выделения второй производ ной по частоте, частотного модулятора

1, запоминающих блоков 10 и 14 и ключей 3 и 17.

Измерение добротности осуществляНа фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема устройства; на ется следующим образом.

Делитель частоты 19 переводят в режим деления на 2 и его вход через

5 8 дополни тел ьный ключ 20 подключают к выходу генератора 2 высокой частоты, вход нуль-органа 13 через ключ 12 подключают к выходу блока 11 выделения второй производной по частоте, дополнительный ключ 17 размыкают. В режиме поиска резонансной частоты блок 21 управления на заданное время открывает запоминающий блок 10, закрывает второй запоминающий блок 14 и ключ 3 и переводит частотный модулятор 1 в. режим выделения несущей высокой частоты.

За это время блок 7 поиска резо нансной частоты вырабатывает линейноизменяющееся во времени напряжение U (фиг. 2с) . Этим напряжением изменяется частота выходного напряжения перестраи ваемо го генератора высокой частоты 2, которое через частотный модулятор 1 поступает на вход колебательного контура 5.

После прохождения через колебательный контр 5 и амплитудный детектор 6 высокочастотное напряжение с изменяющейся частотой преобразуется в напряжение 0д1изменяющееся во времени (фиг. 2а) и соответствующее амплитудно-частотной характеристике исследуемого колебательного контура 5. Это изменяющееся во времени напряжение блок 8 выделения первой производной по частоте, управляемый блоком 21 управления, дифференцирует, в результате чего на его выходе выделяет. ся напряжение Ug (фиг. 26), пропорциональное первой производной по частоте от амплитудно-частотной характеристики колебательного контура 5, т.е.

92351 б

5 еа

t5

d0

Vp = o ——

5О где b - постоянный коэффициент пропорциональности.

Этим напряжением управляется дополнительный нуль-орган 13, в котором при прохождении напряжения U через нуль устанавливается выходное напря55 .жение 0 (фиг. 2е) и фиксируется во втором запоминающем блоке 14, а слегде а - постоянный коэффициент пропорциональности.

Этим. напряжением управляется нульорган 9, в котором при прохождении напряжения U через нуль, устанавливается выходное напряжение 0 (фиг.2с), а следовательно, устанавливается частота выходного напряжения перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, равная собственной резонансной частоте колебательного контура 5.

В режиме выделения полосы пропускания блок 21 управления на заданное время закрывает запоминающий блок 10, открывает второй запоминающий блок

14 и ключ 3 и переводит частотный модулятор l в режим выделения боковой

И

ÝO

45 частоты На это время в запоминающем блоке 10 запоминается напряжение Ut со . (фиг. 2с), а следовательно, и частота выходного напряжения иерестраиваемого генератора 2 высокой частоты, равная собственной резонансной частоте колебательного контура 5.

За это же время нуль-орган 13 вырабатывает линейно-изменяющееся во времени напряжение 0с(фиг. 2е).Этим напряжением изменяется частота выходного напряжения перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, которое через ключ 3 поступает на второй вход частотного модулятора 1.

В результате воздействия на частотный модулятор 1 двух напряжений с частотами fz и F, на выходе его получают напряжение с частотой о= «+ где f - частота перестраиваемого генератора 2 высокой частоты;

F - частота перестраиваемого генератора 4 низкой частоты.

После прохождения этого напряжения через колебательный контур 5, амплитудный детектор 6 и блок 8 выде" ления первой производной по частоте, высокочастотное напряжение с изменяющейся частотой f преобразуется в напряжение Up (фиr. 26), изменяющееся

Во времени и соответствующее первой производной по частоте амплитудно-час" тотной характеристики колебательного контура 5. Это напряжение блок 11 выделения второй производной по час тоте от амплитудно-частотной характеристики колебательного контура 5, управляемый блоком управления 21, дифферендирует, в результате на его выходе выделяется напряжение V (фиг. 2д) пропорциональное второй производной по частоте амплитудно-частотной характеристики колебательного контура 5, т.е.

d 0g

Ua довательно, фиксируется частота выходного напряжения перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, равная половине полосы пропускания колебательного контура 5 между точками перегиба его амплитудно-частотной характеристики. Переход из режима поиска резонансной частоты в режим выделения полосы пропускания производится автоматически блоком 21 управления через заданные интервалы времени .При этом добротность определяется по формуле

f с- йс

2F (2) Π= 0 e707 0,707—

2ьг 2F и непосредственно измеряется блоком

18 отношения частот, которым также измеряется заданная рабочая частота, на которой производится измерение добротности.

Измерение емкости измерительного контура 5 на резонансной частоте осуществляется следующим образом.

Делитель частоты 19 переводят в режим деления на 4 и его вход через дополнительный ключ 20 подключают к выходу частотного модулятора 1,вход нуль-органа 13 через допо lHNòåëüíûé ключ 12 подключают к выходу блока 8 выделения первой производной по частоте, дополнительный ключ 17 переводят в управляемый режим.

Блок 21 управления на заданное время открывает запоминающий блок 10, закрывает второй запоминающий блок

14, ключи 3 и дополнительный ключ 17 и переводит частотный модулятор 1 в режим выделения несущей высокой частоты °

За зто время производится поиск частоты перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, соответствующей собственной резонансной частоте колебательного контура 5, как это описывалось в режиме поиска резонансной частоты.

Через заданное время, достаточное для настройки перестраиваемого генератора 2 высокой частоты на собственную резонансную частоту колебательного контура 5, блок управления

21 на заданное время закрывает запоминающий блок 10, открывает второй запоминающий блок 14 и ключ 3 и дополнительный ключ 17 и переводит частотный модулятор 1 в режим выделения боковой частоты. На это время запоминается частота fp выходного напряжения перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, равная собственной

892351 8 резонансной частоте колебательного

1 контура 5. Открытый дополнительный ключ 17 закорачивает конденсатор 16, и следовательно, изменяет значения емкости и собственной резонансной частоты колебательного контура 5 соответственно на величины йс и д f.

В зто время нуль-орган 13 под управлением блока 8 выделения первой произ10 водной по частоте начинает вырабатывать линейно-изменяющееся во времени напряжение. Этим напряжением изменяется частота выходного напряжения перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, которое через ключ 3 поступает на второй вход частотного модулятора 1.

В результате на выходе частотного модулятора 1 получают напряжение с частотой f Гд - F. При достижении частоты f значения, равного собственной резонансной частоте колебательного контура 5, частота F перестраиваемого генератора 4 низкой частоты фиксируетд ся нуль-органом 13, как это описывалось в режиме поиска полосы пропускания.

Измерение емкости колебательного контура 8 осуществляется при периодическом переключении устройства блоком 21 управления из режима поиска резонансной частоты в режим расстройки колебательного контура 5;

При этом емкость колебательного

35 контура 5 определяется формулой

f F Г " х где =ГО -F - собственная резонансная частота колебательного контура 5 в Гц при изменении значения его емкости на величину д с;

F = df - значение величины рас45 стройки собственной резонансной частоты колебательного контура 8 в Гц при изменении значения его емкости на величину

Ьс, Ю

Если выбрать значения емкостеи конденсаторов 15 и 16 небольшими, при которых выполняется условие <

<0,05, емкость измерительного контура, с погрешностью не превышающей 1,254, можно определять выражением

892351

10 и при ьс = 0,5 пф (в случае, если значения емкостей конденсаторов 15 и 16 выбрат ь равными 1 пф)

f с=- —— (3) При этом погрешность измерения значения емкости колебательного контура

5 за счет нестабильности д с определяется выражением о

rr c =одс(1- 1, (4)

1 дс

1+— с с (конt5 где d" ë ñ — нестабильность денсаторов 15 и 16) .

Отсчет емкости колебательного контура 5 на резонансной частоте, в соответствии с выражением (3), непосредственно производится блоком 18 отнощения частот. зо

Предлагаемое устройство для измерения добротности колебательных контуров 5, по сравнению с известным, позволяет с относительно высокой точностью производить измерение емкости колебательных контуров 5 в цифровом виде в широком диапазоне частот, практически до 300 ИГц. формула изобретения

Уст ройст во для измерения добротности колебательных контуров, содержащее перестраиваемый генератор высокой частоты, один выход которого соединен с первым входом частотного модулятора, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход частотного модулятора через колебательный контур соединен со входом амплитуд- 4р ного детектора, выход которого соединен со входом блока поиска резонансной частоты, один выход последнего соединен со входом блока выделения второй производной по частоте, а

45 другой выход соединен со входом первого запоминающего блока, выход которого соединен со входом перестраиваемого генератора высокой частоты, вход ключа соединен с одним из входов блока отношения частот и с выходом перестраиваемого генератора низкой частоты, вход которого соединен с выходом второго запоминающего блока, вход последнего соединен с выходом нульоргана, управляющие входы ключа, nep" вого и второго запоминающих блоков, частотного модулятора, блока поиска резонансной частоты и блока выделения второй производной по частоте соответственно соединены с выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него введены три дополнительных ключа и цепь из двух последовательно сое" диненных конденсаторов и делитель частоты, причем выход перестраиваемого генератора высокой частоты соединен через последовательно соединенные первый дополнительный ключ, другой . вход которого соединен со входом час-. тотного модулятора и делитель частоты со входом блока отношения частот, а первый вывод второго дополнительного ключа соединен со .входом нуль-органа, второй и третий выводы соответственно соединены со входом и выходом блока выделения второй производной по частоте, а цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов включена между входом амплитудного детектора и общей шиной, а общий вывод цепи из двух последовательно соединенных конденсаторов через третий дополнительный ключ соединен с общей шиной, управляющий вход которого соответственно соединен с выходом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по . заявке N 2567339/18-21, кл. 6 01 R27/26,,09.01.78, 2. Авторское свидетельство СССР

rto . заявке и." 2408263/18-21, . G 01 R 27/26, 01.10.76.

892351

Составитель Л. Сотникова

Редактор Н. Пушненкова Техред Л. Пекарь Корректор E- Рошко

Заказ 11244/б7 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4