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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung der Parameter eines LC-Schwingkreises.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, welche die Messung der Parameter eines
LC-Schwingkreises mit hoher Messgeschwindigkeit und Messgenauigkeit erlaubt. Die Messgenauigkeit soll weiters unbeeinflusst von Störinduktivitäten des Kondensators und Störkapazitäten der Spule sein.
Dieses Ziel lässt sich mit einer Messeinrichtung erreichen, bei welcher erfindungsgemäss ein gesteuerter
Umschalter mit vier Eingängen vorgesehen ist, wobei an den ersten Eingang ein Generator für eine linear ansteigende Spannung, an den zweiten Eingang ein Generator für eine linear abfallende Spannung, an den dritten Eingang eine Gleichspannungsquelle und an den vierten Eingang Erdpotential gelegt ist, dass ein
Spannungskomparator samt einer Bezugsspannungsquelle vorgesehen ist, dass der Ausgang des Komparators mit dem Triggereingang einer Spannungsmesseinrichtung, mit einer Steuerschaltung für den Umschalter so- wie über diese Steuerschaltung mit einer Zeitmesseinrichtung verbunden ist,
und dass der Ausgang des Um- schalters über die Serienschaltung des zu untersuchenden Schwingkreises und eines Referenzzweipoles mit dem Messeingang der Spannungsmesseinrichtung verbunden ist, wobei dem Umschalter ein gegengekoppelter
Gleichspannungsverstärker nachgeordnet ist, dessen Gegenkopplungszweig von dem zu messenden Schwing- kreis oder von dem Referenzzweipol gebildet ist.
Falls der zu untersuchende LC-Schwingkreis ein Parallelschwingkreis ist, empfiehlt es sich, wenn der
Gegenkopplungszweig des Gleichspannungsverstärkers von dem als ohmschen Widerstand ausgebildeten Referenzzweipol gebildet ist.
Ist anderseits der LC-Schwingkreis ein Serienschwingkreis, so ist es zweckmässig, wenn der Gegenkopplungszweig des Gleichspannungsverstärkers von dem zu untersuchenden Schwingkreis gebildet und als Referenzzweipol ein ohmscher Widerstand herangezogen ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den
Zeichnungen veranschaulicht sind. Es zeigen die Fig. 1 und 2 die Blockschaltbilder zweier Ausführungformen der Erfindung und die Fig. 3a und b den zeitlichen Verlauf der Spannung an dem Ausgang der Steuerschaltung bzw. dem Ausgang des Gleichspannungsverstärkers.
Gemäss Fig. 1 weist die erfindungsgemässe Einrichtung einen Umschalter-l-auf, der aus vier elektronischen Schaltern --2, 3,4 und 5--, beispielsweise Transistorschaltern besteht. Dabei gilt als erster Eingang --6-- des Umschalters --1-- der Eingang des elektronischen Schalters --2--, als zweiter Eingang - 7-des Umschalters-l-der Eingang des elektronischen Schalters --3--, als dritter Eingang --8-- des Umschalters-l-der Eingang des elektronischenSchalters --4-- und als vierter Eingang des Umschalters - der Eingang des elektronischen Schalters --5--. Als Ausgang des Umschalters --1-- werden die miteinander verbundenen Ausgänge der elektronischen Schalter --2, 3,4, 5-- bezeichnet.
Der erste Eingang - -6-- des Umschalters --1-- ist an den Ausgang eines Generators --10-- angeschlossen, der eine linear abfallende Spannung liefert, der zweite Eingang --7-- des Umschalters --1-- ist an den Ausgang eines Generators --11-- angeschlossen, der eine linear ansteigende Spannung liefert, der dritte Eingang --8-- des Umschalters --1-- ist an den Ausgang einer Gleichspannungsquelle --12-- angeschlossen und der vierte Eingang --9-- des Umschalters --1-- ist geerdet.
Die Generatoren --10 und 11-- der linear abfallenden bzw. ansteigenden Spannung sind in bekannter Weise,'beispielsweise als Gleichstromintegrierverstärker aufgebaut, die Gleichspannungsquelle --12-- ist in Halbleitertechnik ausgeführt.
Der Ausgang des Umschalters --1-- ist über einen LC-Schwingkreis, der in der vorliegenden Variante der Einrichtung als Kondensator --14-- mit parallel geschalteter Induktivitätsspule --13-- ausgebildet ist, mit dem Eingang eines Gleichspannungsverstärkers --15-- verbunden in dessen Gegenkopplungszweig ein ohmscher Widerstand --16-- als Referenzzweipol geschaltet ist. Der Ausgang des Gleichspannungsverstärkers --15-- ist einerseits mit dem Eingang einer Spannungsmesseinrichtung --17-- verbunden, die als halbleiterbestücktes Digitalvoltmeter ausgeführt ist, und anderseits mit dem Eingang eines Spannungskomparators --18-- gekoppelt, der aus Vergleichs schaltungen --19, 20 und 21-- besteht.
Der Gleichspannungsverstärker --15-- und die Vergleichsschaltungen --19, 20 und 21-- sind in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt. Der eine Eingang der Schaltung --19-- ist geerdet und jeweils ein Eingang der Vergleichsschaltungen --20 und 21-- ist mit einem entsprechenden Ausgang einer Bezugsspannungsquelle --22-- verbunden, die nach einer bekannten Schaltung mit Halbleiterelementen ausgeführt ist. Die andern Eingänge der Vergleichs schaltungen --19, 20 und 21-- liegen gemeinsam an dem Ausgang des Gleichspannungsverstärkers --15--. Der Ausgang der Vergleichsschaltung --19-- ist an den Triggereingang der Spannungsmesseinrichtung --17-- angeschlossen.
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--23-- auf,Triggerschaltung --24-- und dem Einseingang der Triggerschaltung --25-- verbunden.
Der Ausgang des Zeitgebers --30-- liegt an dem Einseingang der Triggerschaltung --26-- und an dem Nulleingang der
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Triggerschaltung --27--. Dem Zeitgeber --29--, dem Einseingang der Triggerschaltung --24-- und dem Nulleingang der Triggerschaltung --27-- wird ein äusseres Signal von einer entsprechenden Quelle zugeführt (nicht dargestellt).
Der Eingang des Zeitgebers --30--, der Nulleingang der Triggerschaltung --25-- und der Einseingang der Triggerschaltung --27-- sind an den Ausgang der Vergleichsschaltung --19--, der Nulleingang der Triggerschaltung --26--, der Einseingang der Triggerschaltung --27-- und der Nulleingang der Triggerschaltung --28-- sind an den Ausgang der Vergleichsschaltung --21-- und der Einseingang der Triggerschaltung --28-- ist an dem Ausgang der Vergleichsschaltung --20-- angeschlossen. Die Ausgänge der Triggerschaltungen --24, 25,26 und 27-- sind jeweils mit den Triggereingängen der elektronischen Schalter --2, 3,4 und 5-- und der Ausgang des Zeitgebers --29-- mit dem Eingang der Spannungsquelle --11-der linear abfallenden Spannung verbunden.
Die Einrichtung ist auch mit einer Zeitmesseinrichtung --31-- zur Messung von Zeitintervallen versehen.
Diese Zeitmesseinrichtung weist eine quarzstabilisierte Zeitbasis --32--, einen elektronischen Schalter
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elektronischen Schalter --33-- mit dem Eingang des Digitalzählers --34-- verbunden. Der Triggereingang des Schalters --33-- liegt an dem Ausgang der Triggerschaltung --28--.
Die Fig. 2 zeigt eine ähnlicheAusführungsvariante der erfindungsgemässen Einrichtung. Der Unterschied
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--35-- mitKondensator --36-- verwendet wird, die an Stelle des Widerstandes --16-- (Fig. l) in dem Gegenkopplungszweig des Gleichspannungsverstärkers --15-- liegt. Als Referenzzweipol dient ein ohmscher Widerstand - 37- (Fig. 2), der an Stelle des Parallelschwingkreises in Fig. 1 eingeschaltet ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung arbeitet folgenderweise. Ein äusseres Signal gelangt an den Einseingang der Triggerschaltung --24-- (Fig.1) und den Nulleingang der Triggerschaltung --27-- der Steuereinheit und setzt diese Schaltungen in den Eins- bzw. Nullzustand. Dabei öffnet das Ausgangssignal der Triggerschaltung --24-- den elektronischen Schalter --2-- des Umschalters --1-- und das Ausgangssignal der Triggerschaltung --27-- schliesst den Schalter --5--. Daher wird von dem Generator --10-- über den ge- öffneten Schalter --2-- dem LC-Parallelschwingkreis --13, 14-- eine linear abfallende Spannung -kt zugeführt, die von dem äusseren Signal ausgelöst wird.
Die Fig. 3 zeigt Zeitdiagramme a und b, auf deren Abszissenachse die Zeit und auf deren Koordinatenachse die Spannungen VI und V2 am Ausgang des Umschalters bzw. am Ausgang des Gleichspannungsver- stärkers aufgetragen sind. Die Spannung-kt zeigt das Diagramm a.
DieSpule --13-- und der Kondensator --14-- werden von dem Strom durchflossen, welcher dem Eingang
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--16-- mit--25-- in den Elirszustand versetzt. Der Schalter --2-- schliesst und der Schalter --3-- öffnet. Daher wird über den geöffneten Schalter --3-- dem LC-Schwingkreis eine linear ansteigende Spannung +k (t-T0) (Fig. 3, Diagramm a) zugeführt. Der Strom, der den LC-Kreis durchfliesst und folglich die Spannung VI (Fig. 3, Diagramm b) am Ausgang des Gleichspannungsverstärkers --15-- (Fig. 1) beginnen abzunehmen.
Zu dem Zeitpunkt, in dem dieser Strom ungefähr gleich Null ist, spricht die Vergleichs schaltung --19-- des Spannungskomparators --18-- an, welche die Ausgangsspannung des Gleichspannungsverstärkers --15-mit dem Erdpotential vergleicht. Ein Signal vom Ausgang der Vergleichsschaltung --19-- löst den Zeitgeber - aus, bringt die Triggerschaltung --25-- in den Nullzustand zurück und führt die Triggerschaltung
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Daher werden die Spule --13-- und Kondensator --14-- von der Spannungsquelle --11-- getrennt und an den nun geerdeten vierten Eingang --9-- des Umschalters --1-- angeschlossen. Dabei ändert sich der den LC-Schwingkreis durchfliessende Strom sprunghaft und bleibt des weiteren für eine Dauer, die für seine Messung erforderlich ist, praktisch konstant.
Ausserdem wird ein Signal vom Ausgang der Vergleichsschaltung --19-- an den Triggereingang der Spannungsmesseinrichtung --17-- gelegt, die hierauf die Ausgangs- spannung V (Fig. 3, Diagramm b) des Gleichspannungsver stärker s --15-- misst, welche dem den LC-Schwingkreis durchfliessenden Strom proportional ist.
Nach einer Zeitspanne, die der zur Spannungsmessung erforderlichen Zeit entspricht, gibt der Zeitgeber --30-- ein Ausgangssignal ab, wodurch die Triggerschaltung --26-- in den Eins- und die Trigger-
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Daher wird über den geöffneten Schalter --4-- dem LC-Schwingkreis eine Gleichspannung +EO (Fig. 3, Dia- gramm a) von der Gleichspannungsquelle --12-- (Fig. 1) zugeführt. Der die Spule --13-- und den Kondensa-
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tor --14-- durchfliessende Strom und die diesem Strom proportionale Spannung V2 (Fig. 3, Diagramm b) des Gleichspannungsverstärkers --15-- beginnen sich linear zu ändern.
Die Ausgangsspannung des Verstärkers --15-- wird in den Vergleichsschaltungen --20 und 21-- mit zwei Bezugsspannungen V3 und V4 verglichen (V4 < V4 < V). In jenem Zeitpunkt, in dem die Ausgangsspannung des Gleichspannungsverstärkers --15-- der Bezugsspannung V3, die an den Eingang der Vergleichsschaltung --20-- von der Bezugsspannungsquelle --22-- gelegt wurde, gleich ist, spricht die Vergleichsschaltung --20-- an und ihr Ausgangssignal führt die Triggerschaltung --28-- in den Einszustand über. Der Schalter --33-- der Zeitmesseinrichtung --31-- öffnet und Impulse der Zeitbasis --32-- werden über den geöffneten Schalter --33-- dem Eingang des Digitalzählers --34-- zugeführt, welcher die Zeitspanne t0 (Fig. 3, Diagramm b) zu messen beginnt.
Wenn die Ausgangsspannung des Gleichspannungsverstärkers --15-- gleich der Bezugsspannung V4 ist, die an den Eingang der Vergleichsschaltung --21-- von der Bezugsspannungsquelle --22-- gelegt wurde, spricht die Vergleichsschaltung --21-- an und ihr Ausgangssignal bringt die Triggerschaltung --28-- in den Nullzustand zurück. Der Schalter --33-- schliesst und der Digitalzähler --34-- beendet die Messung der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten der Gleichheit der Ausgangsspannung des Gleichspannungsverstärkers - -15--, die dem den LC-Kreis durchfliessenden Strom proportional ist, mit den beiden Bezugsspannungen V3 und V4.
Ausserdem bringt ein Signal vom Ausgang der Vergleichsschaltung --21-- die Triggerschaltung - -26-- in den Null- und die Triggerschaltung --27-- in den Einszustand zurück, wodurch die Schaltung wieder in den Ausgangszustand übergeht.
An Hand der gemessenen Werte der Spannung V und der Zeitspanne t0 kann man eindeutig den Kapazitätswert C des Kondensators --14-- und die Induktivität der Spule L dieses Kreises bestimmen.
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Die Funktion der zweiten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 2) ist der oben beschriebenen ähnlich.
Der Unterschied besteht nur darin, dass durch das Verbinden des Ausgangs des Umschalters --1-- mit dem Eingang des Gleichspannungsverstärkers --15-- über einen Widerstand --37-- mit dem Widerstandswert RO und durch dasEinschalten des LC-Serienkreises --35, 36-- in den Gegenkopplungszweig des Gleichspannungsverstärkers --15-- diesem Kreis ein linear veränderlicher strom bzw. ein Gleichstrom je nach der Spannungsform am Ausgang des Umschalters --1-- zugeführt wird, und die Ausgangsspannung des Gleichspannungsverstärkers --15-- der an der Serienschaltung von Spule --35-- und Kondensator --36-liegenden Spannung gleich ist.
An Handder gemessenen Werte der Spannung V und der Zeitspanne tO kann man wieder eindeutig die Induktivität L der Spule --35-- und die Kapazität C des Kondensators --36-- des LC-Serienkreises bestimmen :'
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Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich durch eine grosse Messgeschwindigkeit, einen weiten An-
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sind.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ermöglicht weiters, die dem zu messenden LC-Schwingkreis zugeführte Leistung herabzusetzen, wodurch auch die Messung von LC-Kreisen in Miniaturbauweise oder in Dünnfilmtechnik ermöglicht wird.
Die Einrichtung selbst weist eine einfache Konstruktion und geringe Abmessung auf.