DE2744122B2

DE2744122B2 - Meßeinrichtung zur Messung von Parametern von Schwingkreis-Bauelementen

Info

Publication number: DE2744122B2
Application number: DE2744122A
Authority: DE
Inventors: Viktor Viktorovitsch Molotschnikov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1980-01-10
Also published as: JPS5388769A; US4136313A; DE2744122C3; FR2366575B1; CS196800B1; GB1550062A; DE2744122A1; FR2366575A1; SU750389A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Messung von Parametern ,von Schwingkreis-Eiaiuelementen.

Die Meßeinrichtung wird im wesentlichen zur Gütefaktormessung von Induktionsspulen, zur Messung des dielektrischen Verlustfaktors von Kondensatoren sowie zur Messung von Wirkwiderstand, Kapazität und dielektrischem Verlustfaktor von Isolierstoffen angewendet. Sie kann auch zur Parametermessuiig von sonstigen linearen und nichtlinearen Bauelementen der Nachrichtentechnik eingesetzt werden.

Bestehende Meßeinrichtungen für Bauelemente eines

Schwingkreises im UKW- und UHF-Bereich ermögü-

s che-n nur manuell gesteuerte Messungen mit großen Ungencuigkeiten und nur von linearen Bauelementen eines Schwingkreises.

Die Steigerung der Meßgenauigkeit im Ultrakurzwellen- und Höchstfrequenzbereich, die Parametermessung

ίο sowohl linearer als auch nichtlinearer nachrichtentechnischer Bauelemente in kleinen und mittleren elektromagnetischen Feldern sowie die Zunahme der Meßgeschwindigkeit erfordern die Schaffung automatisierter digitaler Präzisions-Meßeinrichtungen für Bauelemente.

Eine Meßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist den Erfindern bekanntgeworden (vgl. auch den damit weitgehend übereinstimmenden SU-Erfinderschein 5 19 650).

Diese Meßeinrichtung weist auch einen Treppenspannungsgenerator auf, der an den ersten und den zweiten Differenzierer angeschlossen und elektrisch mit dem Frequenzmodulator verbunden ist Es ist auch ein Verstärker vorgesehen, von dem ein Steuereingang mit dem Treppenspannungsgenerator, der Ausgang mit dem Steuereingzig des Frequenzmodulators und ein zweiter Eingang mit dem zweiten Differenzierer verbunden sind. Die genannte Meßeinrichtung enthält auch einen an den zweiten Differenzierer angeschlossenen und mit dem Verstärkereingang verbundenen

jn Abschwächer sowie einen Subtrahierer, der ebenfalls an den Verstärker, den Abschwächer und an den ersten und den zweiten Differenzierer angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Subtrahierers mit der Parameteranzeigeeinrichtung verbunden ist.

Diese Meßeinrichtung besitzt einen hohen Parametermeßfehler in einem breiten Frequenzbereich wegen einer Frequenzabhängigkeit der Transformationskoeffizienten der Koppelgiieder der Meßstufe sowie wegen mangelnder Konstanz der Eingangsspannung der Meßstufe, weil die zweite Frequenzableitung des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises in der genannten Meßeinrichtung als analoge absolute Größe zur Parametermessung benutzt wird und von den Transformationskoeffizienten der Koppelglieder und von dem absoluten Wert der Eingangsspannung der Meßstufe abhängig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zur Messung von Parametern von Schwingkreis-Bauelementen zu schaffen, bei der die Frequenzabhängigkeit der Transformationskoeffizienten der Koppelglieder der Meßstufe beseitigt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.

γ, Zweckmäßig ist die Lehre nach dem Patentanspruch 2.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung weist eine erhöhte Genauigkeit der Parametermessung auf, weil der Meßfehler nur durch den Frequenzmeßfehler gegeben ist. Außerdem ist die gleichzeitige Untersuchung beider Äste des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises gewährleistet, was den Meßfehler kleinerer Parameter (Güten), der durch die Unsymmetrie des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises bedingt ist, eliminiert. In Verbindung damit, daß bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ein Meßfehler wegen Frequenzabhängigkeit der Ubertragungsfaktoren der Koppelglieder der Meßstufe völlig ausgeschlos-

sen ist, wird die Genauigkeit z. B. der Gütemessung insbesondere im Hochfrequenzbereich um 20% gegenüber den bekannten Meßeinrichtungen gesteigert

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.2a, 2b, 2c Signale an den Ausgängen von Gliedern der Meßeinrichtung bei Resonanzfrequenzabstimmung,

Fig.3a, 3b, 3c Signale an den Ausgängen von Gliedern der Meßeinrichtung bei Durchlaßfrequenzband-Betrieb (Abtrennung bzw. Verfügung).

Die Meßeinrichtung zur Messung von Parametern von Schwingkreis-Bauelementen enthält eine erste Steuereinheit 1 (F i g. 1), die einen Nulldurchgangs-Füh-Ier 2 und einen Sägezahnspannungsgenerator 3, welche in Reihe geschaltet sind, aufweist Der Sägezahnspannungsgenerator 3 ist elektrisch mit einem Hochfrequenzgenerator 4 verbunden, der an einen Frequenzmodulator 5 angeschlossen ist, dessen Ausgang an einer Meßstufe 6 liegt, der mit den Bauelementen, deren Parameter bestimmt werden, in elektrischer Verbindung steht Als Frequenzmodulator 5 findet ein abgeglichener Frequenzmodulator Verwendung.

Die Meßeinrichtung enthält auch einen ersten Differenzierer 7 zum Erzeugen der ersten Frequenzableitung der frequenzabhängigen Amplitude des Ausgangssignals eines vorgeschalteten Ampütudenmodulators 9 (dieses Ausgangssignal entspricht also den Amplitudenfrequenzgang des Schwingkreises), der an den Nulldurchgangs-Fühler 2 und einen zweiten Differenzierer 8 zum Erzeugen der zweiten Frequenzableitung der frequenzabhängigen Amplitude des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators 9 angeschlossen ist, der ebenfalls an die Meßstufe 6 angeschlossen ist. Der zweite Eingang 10 des Frequenzmodulators 5 ist elektrisch über einen Schalter 11 mit einem Niederfrequenzgenerator 12 verbunden. Es ist auch eine zweite Steuereinheit 13 vorgesehen, die einen Nulldurchgangs-Fühler 14 und einen Sägezahnspannungsgenerator 15, die in Serie geschaltet sind, aufweist

Die Meßeinrichtung enthält ferner einen Speicher 16, der an den Sägezahnspannungs£?nerator 15 und den Niederfrequenzgenerator 12 angeschlossen ist Der Speicher 16 ist für sich allgemein bekannt.

Es ist ein ebenfalls allgemein für sich bekannter Frequenzverhältnism^sser 17 vorgesehen, der an den Niedsrfrequenzgenerator 12 und den Hochfrequenzgenerator 4 angeschlossen ist. Die Meßeinrichtung enthält einen Speicher 18, der dem Speicher 16 ähnlich ist und die elektrische Verbindung des Hochfrequenzgenerators 4 mit der Steuereinheit 1 herstellt Es ist auch eine dritte Steuereinheit 19 vorgesehen, die als Reihenschaltung von Multivibrator und Frequenzteiler ausgeführt und an die Differenzierer 7 und 8, den Schalter 11, an den ersten und zweiten Speicher H6 und 18 und an den Steuereingang 20 des Frequenzmodulators 5 angeschlossen ist.

Die Meßeinrichtung weist auch eine Phasenumkehrstufe 21 auf, die die elektrische Verbindung des Niederfrequenzgenerators 12 mit dem Frequenzmodulator 5 herstellt und mit dem Steuereingang an die dritte Steuereinheit 19 aligeschlossen ist

Im Fall der Gütemessung einer Induktionsspule 22 wird diese unmittelbar an die Meßstufe 6 angeschlossen. Im Fall der Gütemessung eines Kondensators 23 wird dieser einschließlich 'iner ihm zugeordneten Induktionsspule, die anstelle der Induktionsspule 22 angeschlossen wird, an die Meßstufe 6 angeschlossen.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Meßeinrichtung zeigen F i g. 2 und 3 Ausgangsspannungen, wobei die Frequenz auf der Abszissenachse und die Spannung auf der Ordinatenachse aufgetragen ist Dabei zeigt Fig.2 Schaubilder, die die Funktion der Meßeinrichtung im Betriebszustand der Abstimmung des Hochfrequenzgenerators 4 auf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises erläutern, nämlich F i g. 2a die Ausgangsspannung U\ des Amplitudenmodulators 9, F i g. 2b die Ausgangsspannung Ui des Differenzierers 7 sowie F i g. 2c Ausgangsspannung LJ₁ des Speichers 18 darstellen. F i g. 3 zeigt Schaubilder, die die Funktion der Meßeinrichtung bei Durchlaßfrequenzband-Abtrennung zwischen den Wendepunkten des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises erläutern, nämlich F i g. 3a die Ausgangsspannung (Λ des Amplitudenmodulators 9, Fig.3b die Ausga^sspannung Ui des Differenzierers 8 und F i g. 3c die Ausgangsspannung Ut des Speichers 16.

Die Meßeinrichtung arbeitet folgendermaßen-Im Resonanzfrequenzsuchbetrieb öffnet die Steuereinheit 19 (Fig. 1) für eine vorgegebene Zeit den Speicher 18, schließt den Speicher 16 und den Schalter 11 und führt den Frequenzmodulator 5 in den Hochfrequenzabtrennbetrieb über. In dieser Zeit erzeugt der Sägezahnspannungsgenerator 3 eine linear zeitveränderliche Spannung Ut (F i g. 2c). Durch diese j» Spannung wird die Frequenz der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators 4 geändert, die über den Frequenzmodulator 5 dem Eingang der Meßstufe 6 zugeführt wird. Beim Anschluß der zu untersuchenden Bauelemente, d. h. der Induktionsspule 22 und des Kondensators 23, an die Meßstufe 6 wird die Meßstufe 6 zu einem Schwingkreis.

Nach dem Durchgang der Hochfrequenzspannung mit veränderlicher Frequenz durch den Schwingkreis und den Amplitudenmodulator 9 wird diese in die zeitveränderliche und dem Amplitudenfrequenzgang des zu untersuchenden Schwingkreises entsprechende Spannung U\ (F i g. 2a) umgeformt.

Der durch die Steuereinheit 19 gesteuerte Differenzierer 7 (Fig. 1) differenziert diese Spannung U\, wodurch an ihrem Ausgang die Spannung Ui (F i g. 2b) auftritt, die der ersten Frequenzableitung des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises proportional ist. Mit dieser Spannung Ui wird der Nulldurchgangs-Fühler 2 (Fig I) gesteuert, der seinerseits den Sägezahnspannungsgenerator 3 steuert und b«:im Nulldurchgang dieser Spannung Ui (F i g. 2b) am Ausgang des Sägezahnspannungsgenerators 3 die Gleichspannung U, (Fig. 2c) einstellt, die die Frequenz der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators 4 Yi (Fig. 1) festlegt, die gleich der Eigenresonanzfrequenz des Schwingkreises ist.

Im Durchlaßfrequenzbar.d-Betrieb schließt die Steuereinheit 19 für eine vorgegebene Zeit den Speicher 18, öffnet den Speicher 16 und den Schalter J1 und führt bo den Frequenzmodulator 5 in den Niederfrequenz-(Abtrenn)-Betrieb über. Während dieser Zeit wird im Speicher 18 die Spannung U₆ (F i g. 3c) und folglich die Frequenz der Arsgangsspannung des Hochfrequenzgenerators 4 (Fig. 1), die gleich der Eigenresonanzfreb5 quenz des erwähnten Schwingkreises ist, gespeichert.

In dieser Zeit erzeugt der Sägezahnspannungsgenerator 15 die Spannung Ut, (F i g. 3c), die sich zeitlich linear ändert. Durch di^se Spannung ίΛ wird die

Frequenz der Ausgangsspannung des Niederfrequenzgenerators 12(F ig. 1)geändert,die über die Phasenumkehrstufe 21 und den Schalter 11 dem Eingang des Frequenzmodulators 5 zugeführt wird.

Durch die Einwirkung von zwei Spannungen mit den Frequenzen /bund Fauf den Frequenzmodulator 5 wird an seinem Ausgang eine Spannung mit folgender Frequenz /"erzeugt:

/ = /o ± F
mit

/"ο = Frequenz des Hochfrequenzgenerators,
F = Frequenz des Niederfrequenzgenerators.

Nach dem Durchgang durch den Schwingkreis und den Amplitudenmodulator wird die Hochfrequenzspannung mit veränderlicher Frequenz in die zeitveränderliche, dem Amplitudenfrequenzgang des zu untersuchenden Schwingkreises entsprechende Spannung IA (Fig. 3a) umgeformt. Der durch die Steuereinheit 1 gesteuerte zweite Differenzierer 8 (F i g. 1) differenziert die Spannung iA (F i g. 3a), wodurch an seinen Ausgang die Spannung U·, (Fig. 3b) auftritt, die der zweiten Frequenzableitung der frequenzabhängigen Amplitude des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators 8 und damit dem Amplitudenfrequenzgang des Schwingkreises proportional ist.

Mit dieser Spannung wird der Nulldurchgangs-Fühler 14(Fi g. 1) gesteuert, der seinerseits den Sägezahnspannungsgenerator 15 steuert und beim Nulldurchgang der Spannung U-, (Fig. 3b) an seinem Ausgang die

Gleichspannung Lk (F i g. 3c) einstellt, die die Frequenz der Ausgangsspannung des Niederfrequenzgenerators 12 (Fig. 1) festlegt, die die halbe Bandbreite des Schwingkreises zwischen den Wendepunkten seines Amplitudenfrequenzgangs beträgt.

Die durch die Steuereinheit 19 gesteuerte Phasenumkehrstufe 21 gewährleistet eine gleichzeitige diskrete Verarbeitung beider Äste des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises, wodurch beim Messen kleinerer Gütewerte der Mittelwert der halben Bandbreite des linken und rechten Astes des Amplitu- depfrequenzgangs des Schwingkreises ermittelt wird.

Der Übergang von dem Resonanzfrequenzsuchbetrieb zum Durchlaßfrequenzband-Betrieb wird automatisch in vorgegebenen Zeitintervallen durch die Steuereinheit 19 bewirkt. Dabei wird die Güte Q als Frequenzverhältnis ermittelt:

η = O 707

i»

0.707

j/·

Die Güte Q wird unmittelbar mit dem Frequenzverhältnismesser 17 gemessen, mit dem auch die vorgegebene Betriebsfrequenz gemessen wird, mit der die Gütemessung erfolgt. Dabei wird die Betriebsfrequenz mit dem Drehkondensator des Frequenzverhältnismessers 17 eingestellt.

Im Vergleich zu den bekannten Meßeinrichtungen zeigt die erfindungsgemäße eine erhöhte Meßgenauigkeit der Gütemessung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung zur Messung von Parametern von Schwingkreis-Bauelementen,

bei der eine erste Steuereinheit mit einem Sägezahnspannungsgenerator an einen Hochfrequenzgenerator und dieser an einen Frequenzmodulator angeschlossen ist,

dessen Ausgang an einer Meßstufe liegt, die mit den in ihren Parametern zu messenden Bauelementen verbunden ist, und

bei der der Meßstufe Ober einen Amplitudenmodulator parallel ein erster und ein zweiter Differenzierer zum Erzeugen der ersten bzw. der 2weiten Frequenzableitung der frequenzabhängigen Amplitude des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators nachgeschaltet sind, und
bei der dem ersten Differenzierer ein den Nulldurchgang von dessen Ausgangssignal erfassender NuIldurchgangs-Fühler der ersten Steuereinheit nachgeschaltet ist,

gekennzeichnet durch
einen Niederfrequenzgenerator (12), der über einen Schalter (11) dem Frequenzmodulator (5) vorgeschaltet ist,

eine dem zweiten Differenzierer (8) nachgeschaltete zweite Steuereinheit (13), die reihengeschaltet einen den Nulldiirchgang des Ausgangssignals des zweiten Differenzierers (8) erfassenden Nulldurchgangs-Fühler (J4) und einv.n Sägt-ahnspannungsgencrator (15) aufweist,

einen den Sägezahnspannu, ^generator (IS) der zweiten Steuereinheit (13) mit dem Niederfrequenzgenerator (12]i verbindenden ersten Speicher (16),
einen an die Ausgänge des Nieder- und des Hochfrequenzgenerators (12; 4) angeschlossenen Frequenzverhältnismesser (17) zum Messen des Verhältnisses von Nieder- und Hochfrequenz für die Abgabe des Parameter-Meßergebnisses,
einen die erste Steuereinheit (1) mit dem Hoch/requenzgenerator (4) verbindenden zweiten Speicher (18) und

eine dritte Steuereinheit (19)
— zur Beaufschlagung des ersten und des zweiten Differenzierers (7, 8), des Schalters (11), des ersten und des zweiten Speichers (16; 18) :sowie eines Steuereingangs (20) des Frequenzmodulators (5).

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, gekeniiüeichnet durch eine Phasenumkehrstufe (21), die den Niederfrequenzgenerator (12) mit dem Frequenzmodulator (5) verbindet und von der ein Steuereingang an die dritte Steuereinheit (19) angeschlossen ist.