PL63859B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 16JL1967 Czechoslowacja Opublikowano: 4.XL1971 63859 KI. 21 e, 27/28 MKP G 01 r, 27/28 CZYTELNIA UKD 621.317.33 Urzedu KUAIWI N*H ******* twM Wspóltwórcy wynalazku: Bohdan Carniol, Rudolf Styblo Wlasciciel patentu: TESLA, narodni podnik, Praga (Czechoslowacja) Uklad polaczen do pomiaru tlumienia Przedmiotem wynalazku jest uklad polaczen do po¬ miaru tlumienia obwodu rezonansowego wzglednie do pomiaru parametrów sprzezonego obiektu oddzialywu¬ jacego na tlumienie, za pomoca którego oznacza sie srednia wartosc obwiedni swobodnych tlumionych drgan, wzbudzanych okresowo w obwodzie rezonansowym.Przez obwód rezonansowy rozumie sie kazdy obwód, w którym mozliwe jest wzbudzanie swobodnych drgan, a w szczególnosci rezonansowy obwód LC, rezonator wnekowy, rezonator elektromechaniczny lub magneto- mechaniczny. Obiektem pomiaru moze byc przedmiot przewodzacy lub dielektryczny, sprzezony z obwodem LC galwanicznie, indukcyjnie lub pojemnosciowo.Przy rezonatorach elektromechanicznych lub magne- tomechanicznych przedmiotem pomiaru jest równiez otaczajacy osrodek staly, ciekly lub lotny, który poprzez zetkniecie sie z powierzchnia mechanicznego rezonatora zostaje z nim sprzezony i skutkiem tego oddzialywuje na jego tlumienie.Pomiar tlumienia samodzielnego obwodu jest znany.Detektor o malej stalej czasowej — mniejszej niz stala czasowa obwodu rezonansowego LC — wytwarza napie¬ cie pradu stalego, proporcjonalne do sredniej wartosci obwiedni periodycznych swobodnych drgan. Drugi de¬ tektor o duzej stalej czasowej — wiekszej niz stala cza¬ sowa obwodu rezonansowego — wytwarza napiecie, proporcjonalne do wartosci szczytowej. Porównanie obu tych wartosci okresla tlumienie obwodu rezonansowego.Pomiaru parametrów obiektu znajdujacego sie w po¬ blizu obwodu dokonuje sie za pomoca okreslenia sred- 10 15 20 25 30 niej wartosci napiecia obwiedni wzbudzanych okresowo drgan obwodu rezonansowego LC, przy zastosowaniu detektora. Zamiast porównania wartosci sredniej i war¬ tosci szczytowej tego swobodnego drgania, mozna po¬ sluzyc sie porównaniem wartosci srednich swobodnych drgan, powstajacych na dwóch samodzielnych obwo¬ dach rezonansowych LiCi i L2C2. Zamiast obwodów re¬ zonansowych LC mozna równiez pobudzac i oceniac rezonatory elektromechaniczne szczególnie na przyklad piezoceramiczne lub rezonatory magnetomechaniczne.Jezeli wartosc szczytowa napiecia Vmax nie jest stala, wówczas pomiar wartosci sredniej Vst obwiedni, bez przeprowadzania porównania z wartoscia odniesienia, pozostajaca we wspólzaleznosci z wartoscia szczytowa Vmaxt nie osiagnie maksymalnej stabilnosci i czulosci.W celu stabilizacji wartosci szczytowej Vmax stosuje sie diode ograniczajaca, przylaczona do obwodu rezonan¬ sowego. Dioda ta jest zatykana przez napiecie zwrot¬ ne Ez.Dioda przewodzi od momentu, gdy amplituda swo¬ bodnego drgania przekroczy napiecie zwrotne, a prze¬ staje przewodzic, jest zatykana po spadku amplitudy po¬ nizej napiecia zwrotnego. Czas otwarcia diody ograni¬ czajacej okresla sie jako okres ograniczenia. Jezeli opór wewnetrzny diody ograniczajacej jest wystarczajaco ni¬ ski w kierunku przewodzenia, wówczas nastepuje efek¬ tywne ograniczenie maksymalnej amplitudy swobodnego drgania do wartosci Vmax = Ez. Dalsze fale swobodne¬ go drgania nie ulegaja zmniejszeniu, gdyz ograniczone krzywe wykladnicze sa nizsze i dlatego dioda ogranicza- 6385963859 jaca nie zostaje odetkana. Cykl ten powtarza sie przy kazdym nowym wzbudzeniu swobodnego drgania.W celu wytworzenia stalego napiecia zwrotnego pra¬ du stalego dla diody ograniczajacej, stosuje sie nielinio¬ we elementy stabilizacyjne, zwlaszcza jarzeniówke lub diode Zenera, zasilane poprzez opornik wyzszym napie¬ ciem stalym. Jezeli nieliniowy element stabilizacyjny wy¬ kazuje gwaltowne przejecie od duzego oporu wewnetrz¬ nego do zakresu malego oporu wewnetrznego, wówczas jak wiadomo, wystepuje ustabilizowane napiecie zwrot¬ ne, uzaleznione w najwiekszej mierze przez wlasciwosci nieliniowego elementu stabilizacyjnego, a tylko w czesci przez wielkosc napiecia zasilania.Przy zastosowaniu tej metody ograniczania wartosci szczytowej*jest jednakze niemozliwe osiagniecie dobrych wyników%4y£ nawet srodki odniesienia, stosowane w celu ograniczenia wartosci szczytowej, zmieniaja sie na skutek zaleznosci od temperatury oraz miedzy innymi na skutek *zmfan nieliniowego elementu stabilizacyjnego.Wartosc graniczna stabilnosci i czulosci pomiaru jest wiec w tych warunkach w duzej mierze zalezna od spo¬ sobu ustalenia wartosci odniesienia.Mozna, zastosowac wartosc srednia z drugiego rezo¬ nansowego obwodu odniesienia, jednakze konieczny jest wówczas osobny stopien wzbudzajacy dla kazdego z obu obwodów rezonansowych co powoduje, iz uklad jest wówczas skomplikowany i kosztowny.Dla uproszczenia i potanienia ukladu, ograniczenie wartosci szczytowej swobodnego drgania osiaga sie za pomoca diody ograniczajacej i wyprowadzenia wartosci odniesienia z detektora ostrzowego. W celu porównania wartosci odniesienia i wartosci sredniej konieczne jest poza tym zastosowanie albo dzielnika po stronie wyj¬ sciowej detektora ostrzowego albo tez dzielnika pradu zmiennego (dzielnika pojemnosciowego), po jego stro¬ nie wejsciowej. Zastosowanie dzielnika pradu stalego nie da jednak korzysci, gdyz detektor ostrzowy powinien byc w miare moznosci taki sam jak detektor wartosci sredniej.W celu osiagniecia dobrej detekcji — równiez przy wysokich czestotliwosciach stosuje sie diody z niezbyt malym oporem w kierunku przewodzenia, a ze wzgledu na wysoka pozadana pojemnosc pozorna przy wejsciu detektora, dzielnik pradu stalego musi byc dzielnikiem o duzej impedancji. Praktycznie jest to mozliwe tylko przez zastosowanie zamiast oporników drutowych opor¬ ników masowych, jednakze stabilnosc oporników maso¬ wych, jak równiez potencjometru jest niezbyt wysoka przy tego rodzaju zastosowaniu. W przypadku stosowa¬ nia diody prózniowej polaczone w ten sposób dzielniki dziela poza tym równiez napiecie pradu poczatkowego diody detektora ostrzowego. Na skutek tego, kompen¬ sacja pradów poczatkowych detektora wartosci sredniej i szczytowej ulega zaklóceniu, co powoduje zmniejszenie stabilnosci pomiaru. Dlatego tez bardziej korzystnym jest stosowanie na wejsciu detektora ostrzowego, dziel¬ nika pojemnosciowego choc równiez i ten uklad ma swoje strony ujemne, które polegaja na koniecznosci wy¬ eliminowania zmian kata stratnosci, mimo ze zmiany te sa nieznaczne, gdyz urzadzenie zgodnie z opisana wyzej zasada powinno dokonywac pomiaru równiez bardzo nieznacznych zmian tlumienia w obwodzie pomiaro¬ wym, którego czesc skladowa stanowi równiez dzielnik pojemnosciowy.Z tego wzgledu niekorzystne jest stosowanie zwyklych kondensatorów obrotowych z petlicowym wyprowadze¬ niem styku uziemiajacego — korzystne jest natomiast zastosowanie drozszych i wiekszych kondensatorów z 5 tak zwanym statorem rozdzielonym, bez powodujacego zaklócenia petlicowego wyprowadzenia styku. Nie moz¬ na ponadto stosowac zadnych zwyklych przelaczników, przy których zmiana po pewnym czasie opornosci sty¬ kowej powoduje niestabilnosc pomiaru. Z drugiej stro- 10 ny, specjalne przelaczniki posiadajace gwarantowana dlugookresowa bardzo duza konduktancje stykowa sa duze i drogie.Dzielnik pojemnosciowy powoduje poza tym niesta¬ bilnosc pomiaru na skutek zmian pojemnosci bedacych j5 rezultatem nierównych zmian temperatury obu konden¬ satorów dzielnika i zmian temperatury przewodów do¬ prowadzajacych.Zadaniem wynalazku jest opracowanie ukladu pola¬ czen do pomiaru tlumienia obwodu rezonansowego LC 20 lub do pomiaru parametrów sprzezonego obwodu dzia¬ lajacego na pomiar zgodnie z wlasciwymi wymagania¬ mi, który usunie wady wymienionych ukladów.Zadanie to zostalo rozwiazane wedlug wynalazku, za pomoca okreslenia wartosci sredniej napiecia obwiedni 25 swobodnego, tlumionego drgania, wzbudzanego perio¬ dycznie w obwodzie rezonansowym, przy czym maksy¬ malna amplituda napiecia swobodnego drgania ustala¬ na jest wedlug okreslonej wartosci napiecia za pomoca diody ograniczajacej, zablokowanej przez napiecie 30 zwrotne przy nieliniowym elemencie, i która to ampli¬ tuda mniejsza jest niz amplituda maksymalna swobod¬ nego drgania bez podlaczenia diody ograniczajacej, od¬ znaczajacego sie tym, ze punkt polaczenia miedzy nie¬ liniowym elementem a dioda ograniczajaca polaczony 35 jest bezposrednio, wzglednie za posrednictwem dzielni¬ ka oporowego z urzadzeniem do porównywania warto¬ sci sredniej i wartosci szczytowej, przy czym element nieliniowy moze byc bocznikowany przez kondensator.Przedmiot wynalazku i jego dzialanie sa szczególowo 40 objasnione w dalszej czesci opisu na przykladach wyko¬ nania przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1 — przedstawia przyklad ukladu podstawowego, fig. 2 — schemat ogólny ukladu wedlug wynalazku, fig. 3 szcze¬ gólowy uklad polaczen wedlug wynalazku. 45 Nawiazujac do fig. 1, uklad podstawowy zawiera ge¬ nerator impulsów 1, obwód rezonansowy z cewka Liz dzielnikiem pojemnosciowym Ci, C2, detektor wartosci sredniej z dioda 2 i opornikiem 3, urzadzenie do po¬ równywania wartosci sredniej i wartosci szczytowej 6, 50 diode ograniczajaca 7, nieliniowy element stabilizacyj¬ ny 8 bocznikowany przez kondensator 9, opornik wstep¬ ny 10, opornik obwodu filtrujacego 11 z kondensatora¬ mi filtracyjnymi 12, 13, prostowniki 14, 15 wlaczone do uzwojenia zasilania 16 transformatora sieciowego. 55 W obwodzie rezonansowym LCi, C2 wzbudzone zo¬ staja przez generator impulsów 1 swobodne drgania. Na oporniku obciazenia 3 detektora wartosci sredniej, po¬ wstaje skladowa napiecia stalego, proporcjonalna do wartosci sredniej Vst obwiedni swobodnych drgan. Na 60 oporniku obciazenia 5 detektora ostrzowego wytworzo¬ na zostaje, proporcjonalna do czesci wartosci szczyto¬ wej Vmax, skladowa napiecia stalego okreslanego przez regulacje dzielnika pojemnosciowego Ci, C2. Róznica miedzy tymi skladowymi mierzona jest przez uklad 6* 65 majacy postac mostka katodowego.63859 Wartosc szczytowa Vmax swobodnego drgania ograni¬ czona jest przez diode ograniczajaca 7, blokowana przez stale napiecie zwrotne Ez na nieliniowym elemencie sta¬ bilizacyjnym 8 zwlaszcza jarzeniówce lub diodzie Zene- ra. Napiecie zwrotne Ez powstaje na pomocniczym zró¬ dle z uzwojeniem 16 transformatora sieciowego, przy pomocy zaworów prostowniczych 14, 15, filtru ograni¬ czajacego zmienne skladowe, z opornikiem 11 i kon¬ densatorami o duzej pojemnosci 12, 13. Opornik wstep¬ ny 10 puwoduje osiagania dostatecznej wymaganej sta¬ bilnosci nieliniowego elementu stabilizacyjnego, a kon¬ densator 9 stanowi zwieracz dla skladowych wysokiej czestotliwosci.Dzialanie ukladu wedlug wynalazku przedstawionego na fig. 2 jest nastepujace. Swobodne drgania wzbudzane sa w obwodzie rezonansowym LC przez generator im¬ pulsów 1. Proporcjonalna do wartosci sredniej obwiedni skladowa pradu stalego powstaje na oporniku 3. Dioda ograniczajaca przepuszcza w okresie ograniczenia im¬ pulsy pradowe, tworzace na diodzie Zenera 8, razem z polaczonym kondensatorem 9 napiecie pradu stalego Ez, równe napieciu Zenera. Wytworzone w ten sposób na¬ piecie odniesienia Eref = Ez powstaje równiez na dziel¬ niku oporowym 17, 18 i odpowiednia jego czesc zostaje doprowadzona do ukladu 6 porównywania wartosci sred¬ niej i wartosci szczytowej.Uklad przedstawiony na fig. 3 posiada generator im¬ pulsów, w którym zastosowane zostaly prózniowe lam¬ py elektronowe. Sklada sie on z oscylatora kwarcowego 10 KHz z kwarcem K wlaczonym w obwód pentodowy lampy elektronowej ECF82. W czesci triodowej powsta¬ je sygnal o znieksztalconym przebiegu, korzystny dla synchronizacji multiwibratora z lampa elektronowa ECC82.W ten sposób wytworzone zostaja krótkie impulsy na¬ pieciowe do sterowania stopnia wyjsciowego z lampa elektronowa EL 86. Jej impulsy pradowe wzbudzaja wolne drgania w obwodzie rezonansowym LC, nastro¬ jonym na 400 kHz. Na tlumienie obwodu rezonanso¬ wego LC oddzialywuje przyblizenie obiektu pomiaru 0.Na oporniku 3 powstaje ponownie skladowa napiecia stalego, odpowiadajaca wartosci sredniej obwiedni. Dio¬ da ograniczajaca 7 zatrzymuje wartosc szczytowa na wartosci napiecia zwrotnego Ez, które zostaje wytwo¬ rzone na diodzie Zenera 8 zbocznikowanej kondensato¬ rem 9.Dzielnik oporowy 17, 18 w celu dokladnego nasta¬ wienia sygnalu odniesienia uzupelniony jest potencjo¬ metrem 19. Uklad do porównywania wartosci sredniej i wartosci szczytowej 6 zbudowany jest jako mostek kato¬ dowy. Wyniki pomiaru odczytuje sie na mierniku wska¬ zówkowym M (200 \iA). Dioda 2 detektora wartosci sredniej jest duodioda 6B32. Jej drugi system diodowy 2' znajduje sie na drodze napiecia odniesienia w celu wyrównania pradów poczatkowych. Wartosci liczbowe wielkosci czesci skladowych zastosowanych w ukladzie podane sa na rysunku.Uklad polaczen wedlug wynalazku wykazuje bardzo dobre dzialanie oraz dlugotrwala stabilnosc i czulosc przy pomiarach oporu elektrycznego wlasciwego oraz grubosci powierzchni obiektów mierzonych wykonanych z przewodzacego elektrycznosc materialu, w zakresie oporowosci wlasciwych od 10—6 Q»m az do 10—1 Q»m, 5 lub w zakresie grubosci powlok zlota od 50 A (0,005 ^im) do 0,1 mm. Zaleznosc tlumienia obwodu rezonansowego LC od oddalenia metalowego obiektu pomiaru jest wy¬ korzystana do dokladnego pomiaru warstw izolacyjnych na metalach, na przyklad do pomiaru warstw oksydacyj- 10 nych tworzacych sie na aluminium o grubosci kilku i wiecej mikrometrów.Zamiast miernika wskaznikowego M lub lacznie z nim zastosowac mozna specjalny element jak przekaz¬ nik, wzmacniacz w celu automatycznego przetwarzania 15 danych do sygnalizacji, do automatycznego pomiaru i sortowania wzglednie do automatycznego sterowania procesów technologicznych.Takie szczególne zalety wykazuje uklad, w którym sygnal wytwarzany na wyjsciu z urzadzenia do porówny- 20 wania wartosci sredniej i wartosci odniesienia, sluzy do automatycznej regulacji elementu potencjometryczne- go 9. Czesc wartosci odniesienia korzystnie za pomoca serwomotoru, wyregulowana zostaje tak, ze wtedy syg¬ nal wyjsciowy z urzadzenia do porównywania wartosci 25 sredniej i wartosci odniesienia równy jest praktycznie zeru. Wartosci pomiaru zostaja nastepnie okreslone z polozenia mechanicznego elementu regulujacego 19, a dzialanie serwomotoru jest wykorzystane do sterowania pozadanego procesu technologicznego. 30 PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Uklad polaczen do pomiaru tlumienia obwodu 35 rezonansowego, w szczególnosci obwodu rezonansowe¬ go LC lub/i pomiaru parametrów obiektu sprzezonego oddzialywujacego na pomiar, poprzez okreslenie warto¬ sci sredniej napiecia obwiedni swobodnego tlumionego drgania, wzbudzanego periodycznie w obwodzie rezo- 40 nansowym, przy czym maksymalna amplituda napiecia swobodnego drgania ustalona zostaje na okreslonej war¬ tosci napiecia zwrotnego za pomoca diody ograniczaja¬ cej, blokowanej przez napiecie zwrotne za posrednic¬ twem nieliniowego elementu, która to amplituda mniej- 45 sza jest niz maksymalna amplituda swobodnego drgania bez polaczenia diody ograniczajacej, — znamienny tym, ze punkt polaczenia miedzy nieliniowym elementem (8) a dioda ograniczajaca (7) polaczony jest bezposrednio, wzglednie za posrednictwem dzielnika oporowego (17, 50 18) z urzadzeniem do porównywania wartosci sredniej i szczytowej napiecia (6), przy czym nieliniowy element (8) jest bocznikowany przez kondensator (9).

2. Uklad polaczen wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze do okreslenia wartosci sredniej napiecia obwiedni 55 swobodnego, tlumionego drgania jest zastosowana dioda prózniowa (2), a druga dioda prózniowa (2) jest zasto¬ sowana w celu kompensacji pradu poczatkowego mie¬ dzy nielinearnym elementem (8) a urzadzeniem do po¬ równywania wartosci sredniej i wartosci szczytowej (6).KI. 21 e. 27/28 63859 MKP G 01 r, 27/28 10 #i 11 -i \ nr^—K^rl \16 7 x« «x Hf-r^ rl ' X /zjr • ' £ 1 Hh 2* I 4c]- HK /7 tf ty 2KI. 21 e, 27/28 63859 MKP G 01 r, 27/28 PL PL