CS212408B1

CS212408B1 - Facility for direct recording the electric frequency characteristics

Info

Publication number: CS212408B1
Application number: CS715273A
Authority: CS
Inventors: Peter Guettler
Original assignee: Peter Guettler
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1976-11-09
Publication date: 1982-03-26

Description

Je známo zapojení, v němž je k měřené impedanci s činným odporem R a jalovým odporem X připojen fázově citlivý usměrňovač přes přizpůsobovací stupně, které sestávají z impedančního měniče a zesilovače. Galvanická vazba, potřebná přitom pro nejnižší kmitočty, vytváří problémy při realizaci a vede k driftům měřené hodnoty.A wiring is known in which a phase-sensitive rectifier is connected to the measured impedance with an active resistance R and a reactive resistance X via matching stages, which consist of an impedance converter and an amplifier. The galvanic coupling required for the lowest frequencies creates realization problems and leads to drifts in the measured value.

Jsou známa zapojení, kde k měřené impedanci jsou připojeny měřicí můstky na střídavý proud. Tato měřicí metoda umožňuje jen získávání jednotlivých měřicích bodů a není vhodná pro kontinuální měření a záznam frekvenčních charakteristik.Connections are known where the AC impedance bridges are connected to the measured impedance. This measurement method only allows the acquisition of individual measurement points and is not suitable for continuous measurement and recording of frequency characteristics.

Konečně jsou známa zapojeni, ve kterých jsou s měřenou impedancí spojeny konstrukční skupiny pro měření její velikosti a fázového úhlu. U nich však není možné přímé připojení souřadnicového zapisovače pro záznam frekvenční charakteristiky.Finally, connections are known in which assemblies are associated with the measured impedance to measure its magnitude and phase angle. However, it is not possible to directly connect the coordinate recorder to record the frequency response.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny zařízením pro přímý záznam elektrických frekvenčních charakteristik podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že generátor proměnného kmitočtu je přes zdroj konstantního proudu připojen k sériovému zapojení předřazeného odporu a měřené neznámé impedance, spojené svým druhým koncem se zemí, přičemž paralelně k předřazenému odporu je zapojen oddělovací zesilovač, jehož výstup je veden na indikátor nuly a indikátor maxima, jejichž výstupy jsou vedeny na řídicí vstupy obvodů typu vzorkovač - přidržovač, s jejíchž druhými vstupy je spojen výstup vstupního zesilovače, zapojeného paralelně k ne212408 známé měřené impedanci, a jejichž výstupy jsou připojeny na oba vstupy souřadnicového zapisovače.These drawbacks are eliminated by the device for direct recording of electrical frequency characteristics according to the invention, which is characterized in that the variable frequency generator is connected via a constant current source to a series connection of a resistor and a measured unknown impedance connected at its other end to ground. a pre-resistor is connected to a decoupling amplifier, the output of which is connected to a zero indicator and a maximum indicator, the outputs of which are routed to the control inputs of the sampler-retainer circuit, the other inputs of which are connected to the input amplifier connected in parallel to the known impedance; whose outputs are connected to both coordinate recorder inputs.

Mezi výstupy obvodů typu vzorkovač - přidavač a vstupy souřadnicového zapisovače jsou zapojeny přizpůsobovací stupně signálu.Signal matching stages are connected between the outputs of the sampler-adder circuit and the coordinate recorder inputs.

Zařízení podle vynálezu umožňuje, aby souřadnicový zapisovač kreslil frekvenční charakteristiku, která plně charakterizuje neznámou komplexní Impedanci ve frekvenčním rozsahu automaticky přejížděném generátorem proměnného kmitočtu. Kmitočtový rozsah může začínat u velmi nízkých frekvencí, například nižáíeh než 1 Hz, a probíhat popřípadě až do 10 000 Hz, takže zapojení překrývá nejdůležitější rozsah pro měření biologických objektů, zejména lidská pokožky.The device of the invention allows the coordinate recorder to draw a frequency response that fully characterizes an unknown complex impedance in the frequency range automatically traversed by a variable frequency generator. The frequency range can start at very low frequencies, for example less than 1 Hz, and possibly run up to 10,000 Hz, so that the wiring overlaps the most important range for measuring biological objects, especially human skin.

Zařízení podle vynálezu je zakresleno v podobě blokového schématu na výkrese.The device according to the invention is shown in the form of a block diagram in the drawing.

Výstup generátoru J proměnného kmitočtu je připojen přes zdroj 2 konstantního proudu k předřazenému odporu .2, k němuž je do série připojena uzemněná neznámá impedance J. Paralelně k předřazenému odporu J je zapojen oddělovací zesilovač J a paralelně k neznámé impedanci £ vstupní zesilovač 6. Výstup oddělovacího zesilovače je připojen na vstup indikátoru 2 nuly a indikátoru 8 maxima, jejichž výstupy jsou připojeny k řídicím vstupům obvodů 2, 10 typu vzorkovač - přidržovač. Druhé vstupy obvodů 10 jsou spojeny s výstupem vstupního zesilovače 6. Výstup každého z obvodů 2, 10 je připojen přes přizpůsobovací stupeň JJ., JJ ke vstupu 14. 15 souřadnicového zapisovače JJ.The output of the variable frequency generator J is connected via a constant current source 2 to a resistor 2, to which a grounded unknown impedance J is connected in series. In parallel to the resistor J, a decoupling amplifier J is connected and an input amplifier 6 is connected in parallel to the unknown impedance. the isolation amplifier is connected to the input of the zero indicator 2 and the maximum indicator 8, the outputs of which are connected to the control inputs of the sampler-retainer circuits 2, 10. The second inputs of the circuits 10 are connected to the output of the input amplifier 6. The output of each of the circuits 2, 10 is connected via an adaptation stage 11, 11 to an input 14, 15 of the coordinate recorder 11.

Při měření prochází neznámou impedancí J měřicí proud, stabilizovaný předřazeným odpórem J na konstantní hodnotu: i = I sin ω t s proměnlivou frekvencí, danou kmitočtem generátoru J. Frekvence tohoto proudu pokrývá oelý rozsah užitečný pro záznam frekvenční charakteristiky. Na předřazeném odporu J vzniká napětí úměrné velikosti měřicího proudu i na neznámé impedanci J napětí u₄ fázově posunuté o úhel <P , které má hodnotu: u^ = U sin ( ω t + Φ ). Přitom platí:When measuring the unknown impedance J, the measuring current stabilized by the resistor J at a constant value: i = I sin ω ts at a variable frequency given by the frequency of the generator J passes through the frequency of the current. On the resistor J, a voltage proportional to the magnitude of the measuring current i arises at an unknown impedance J of the voltage u ₄ phase shifted by an angle <P having the value: u ^ = U sin (ω t + Φ). The following applies:

U UU U

R = — cos<i> a X = -— sin φR = - cos <i> and X = -— sin φ

I 1I 1

Měřici obvod musí vytvářet z napětí a u^ napětí u* úměrné R, které se vede na vstup X souřadnicového zapisovače JJ, a napětí Uy úměrné X, které se vede na vstup X. Když je měřicí proud: i = + I, má napětí hodnotu U cos <P . Při průchodu měřicího proudu nulou směrem do kladných hodnot, tedy při: i = 0 a ^£>0 platí naproti tomu pro napětí Up že se rovné U sin <P . Napětí u^ se snímá pouze při uvedených hodnotách měřicího proudu, tedy při +1 a při O pro pomocí obvodů J, 10 typu vzorkovač - přidržovač. K rozeznání hodnoty i = + I slouží indikátor § maxima a k rozeznání hodnoty i 0 při $£>0 indikátor 2 minima, jejichž výstupní impulsy se tvarují v neznázorněných tvarovacíeh stupních na vrátkové impulsy pro obvody J, JJ. Výstupní napětí z obvodů J, 10 se přivádí přes přizpůsobovací stupně JJ, 12 na vstupy JJ, 15 souřadnicového zapisovače JJ. Horní mezní frekvence souřadnicového zapisovače 13 je dána délkou vrátkových impulsů. Při frekvenci ř 100 kHz generátoru J a délce snímání rovné 1/20 délky periody je maximální doba trvání vrátkového impulsu 0,5 ^us. Dolní mezní frekvence souřadnicového zapisovače 13 je dána pouze přidržovaoí dobou obvodů 2,, JJ, která musí být při f = 0,1 Hz delší než 10 s. Protože vstup a výstup měřicího obvodu jsou spolu galvanicky spojeny jen na krátkou dobu snímacího impulsu, odpadají všechny obtíže galvanicky vázaných stupňů. Impulsové stupně lze přitom vytvořit bez galvanické vazby.The measuring circuit must generate a voltage γ proportional to R, which is applied to input X of the coordinate recorder J, and a voltage U γ proportional to X, which is applied to input X. When the measuring current: i = + I, the voltage is For cos <P. On the other hand, when the measuring current passes zero in the positive direction, ie at: i = 0 and ^>> 0, the voltage Up is equal to U sin <P. The voltage u is sensed only at the indicated measuring current values, i.e. at +1 and at 0 for the sampler-retainer circuits J, 10. The maximum value indicator i is used to recognize i = + I and the minimum value indicator i 0 to $ i> 0 is used to recognize the value of i 0, whose output pulses are shaped in portions (not shown) into gate pulses for circuits J, JJ. The output voltage from the circuits J, 10 is applied via the adaptation stages JJ, 12 to the inputs JJ, 15 of the coordinate recorder JJ. The upper limit frequency of the coordinate recorder 13 is given by the length of the winch pulses. At a frequency of 100 kHz of the generator J and a scanning length equal to 1/20 of the period length, the maximum duration of the winch pulse is 0.5 µs. The lower limit frequency of the coordinate recorder 13 is given only by the holding time of the circuits 2, JJ, which must be longer than 10 s at f = 0.1 Hz. Since the input and output of the measuring circuit are galvanically connected to each other for a short scan pulse time all difficulties of galvanically coupled stages. Pulse stages can be created without galvanic coupling.

Vynález je použitelný ke zjišťování frekvenčních charakteristik při nízkých kmitočtech, zejména v lékařství k měření frekvenčních charakteristik lidské pokožky a biologických tkání, aby bylo možné porovnávat jejich vlastnosti v závislosti na fyzikálních nebo chemických vlivech.The invention is applicable to the detection of frequency characteristics at low frequencies, particularly in medicine, to measure the frequency characteristics of human skin and biological tissues in order to compare their properties depending on physical or chemical influences.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for directly recording electrical frequency characteristics for investigating the behavior of low-frequency electrical bipolar circuits, in particular biological impedances, characterized in that the variable frequency generator (1) is connected to a series resistor (3) via a constant current source (2). ) and measured unknown impedances (4) connected to the ground by their other end, and in parallel to the upstream resistor (3) is connected a decoupling amplifier (5), the output of which is connected to the zero indicator (7) and maximum indicator (8). the outputs are connected to the control inputs of the sampler-retainer circuits (9, 10), the other inputs of which are connected to the output of an input amplifier (6) connected in parallel to an unknown measured impedance (4) and whose outputs are connected to both inputs (14). , 15) a coordinate recorder (13).

Device according to claim 1, characterized in that signal matching stages (11, 12) are connected between the outputs of the sampler-retainer circuit (9, 10) and the inputs (14, 15) of the coordinate recorder (13).