RU2086993C1 - Method for measuring of resistance losses in oscillating circuits and device which implements said method - Google Patents
Method for measuring of resistance losses in oscillating circuits and device which implements said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2086993C1 RU2086993C1 RU94015474A RU94015474A RU2086993C1 RU 2086993 C1 RU2086993 C1 RU 2086993C1 RU 94015474 A RU94015474 A RU 94015474A RU 94015474 A RU94015474 A RU 94015474A RU 2086993 C1 RU2086993 C1 RU 2086993C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- amplifier
- gain
- oscillatory
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрических и магнитных измерений резонансными методами и может использоваться для бесконтактного измерения электропроводности, определения уровня радиации, а включение в схему устройства, реализующего способ, электромеханических преобразователей позволяет измерять различные характеристики исследуемой среды, определяющие возникновение потерь в механических колебательных системах (например, вязкость). The invention relates to the field of electrical and magnetic measurements by resonance methods and can be used for non-contact measurement of electrical conductivity, determine the level of radiation, and the inclusion in the circuit of a device that implements the method, electromechanical transducers allows you to measure various characteristics of the investigated medium, which determine the occurrence of losses in mechanical oscillatory systems (for example, viscosity).
Известен способ измерения параметров контролируемых веществ, реализованный в виде устройства, состоящего из включенного в качестве датчика генератора с резонансным контуром, амплитудного детектора, линеаризующего и логарифмирующего звеньев, включенных в цепь положительной обратной связи. Выходным сигналом данного устройства является напряжение на выходе амплитудного детектора, которое пропорционально потерям, возникающим в колебательном контуре. Однако точность измеряемых этим устройством величин недостаточно высока /1/. A known method of measuring the parameters of controlled substances, implemented in the form of a device consisting of an oscillator with a resonant circuit included as a sensor, an amplitude detector, linearizing and logarithmic units included in the positive feedback circuit. The output signal of this device is the voltage at the output of the amplitude detector, which is proportional to the losses occurring in the oscillatory circuit. However, the accuracy of the values measured by this device is not high enough / 1 /.
Известен также способ измерения добротности, реализованный в виде устройства, содержащего датчик в виде колебательного контура, фазосдвигающую цепочку, нелинейный элемент, необходимый для поддержания автоколебаний, усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, источником опорного напряжения, устройство сравнения, определяющее разность между амплитудой опорного напряжения и амплитудой колебаний на выходе контура, выдающее сигнал для регулирования коэффициента передачи усилителя, а также делитель напряжения и блок, определяющий отношение напряжений на входе и выходе колебательного контура /2/. There is also a known method of measuring the quality factor, implemented in the form of a device containing a sensor in the form of an oscillatory circuit, a phase-shifting chain, a nonlinear element necessary to maintain self-oscillations, an amplifier with a variable transmission coefficient, a reference voltage source, a comparison device that determines the difference between the amplitude of the reference voltage and the amplitude oscillations at the output of the circuit, issuing a signal for regulating the gain of the amplifier, as well as a voltage divider and a unit that determines Ocean voltages at the input and the output of the oscillation circuit / 2 /.
Недостатком рассмотренного способа является невысокая точность измерения вследствие того, что колебательный контур дополнительно нагружен делителем напряжения и блоком расчета отношения напряжения, т.к. это приводит к увеличению потерь в колебательном контуре и искажает истинное значение выходного сигнала. The disadvantage of the considered method is the low measurement accuracy due to the fact that the oscillatory circuit is additionally loaded with a voltage divider and a voltage ratio calculation unit, since this leads to an increase in losses in the oscillatory circuit and distorts the true value of the output signal.
Наиболее близким аналогом к изобретению является способ и устройство для автоматического измерения параметров радиотехнических элементов, в том числе и сопротивления потерь /3/. Известное устройство содержит генератор импульсов, источник опорного напряжения и реверсивный счетчик и позволяет установить колебательный режим в контролируемом радиотехническом контуре. The closest analogue to the invention is a method and apparatus for automatically measuring the parameters of radio elements, including loss resistance / 3 /. The known device contains a pulse generator, a reference voltage source and a reversible counter and allows you to set the oscillatory mode in a controlled radio circuit.
Недостатком известного технического решения является низкая точность. A disadvantage of the known technical solution is the low accuracy.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение повышение точности измерения потерь в элементах колебательных систем за счет линеаризации системы и разгрузки колебательного звена. The problem to be solved by the claimed invention is aimed at increasing the accuracy of measuring losses in the elements of oscillatory systems due to the linearization of the system and unloading of the oscillatory link.
Для решения поставленной задачи предлагается способ измерения сопротивления потерь в элементах колебательных систем, по которому в колебательном звене устанавливают стационарный автоколебательный режим за счет регулирования коэффициента передачи усилителя, по значению которого определяют сопротивление потерь. To solve this problem, a method for measuring the loss resistance in the elements of oscillatory systems is proposed, according to which a stationary self-oscillating mode is established in the oscillating link by adjusting the gain of the amplifier, the value of which determines the loss resistance.
Указанный технический результат достигается также тем, что предлагается устройство, реализующее способ, состоящее из колебательного контура, буферного усилителя, усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, источника опорного напряжения, устройства сравнения, амплитудного детектора, генератора прямоугольных импульсов и реверсивного счетчика, причем выход усилителя с регулируемым коэффициентом передачи соединен со входом колебательного контура, выход которого подключен ко входу буферного усилителя, выход буферного усилителя соединен со входом усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, образуя цепь положительной обратной связи, выход буферного усилителя соединен также с амплитудным детектором, выход амплитудного детектора соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход устройства сравнения связан с источником опорного напряжения, выход устройства сравнения подключен к управляющему входу реверсивного счетчика, к счетному входу реверсивного счетчика подключен генератор прямоугольных импульсов, выход реверсивного счетчика связан с управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом передачи. The specified technical result is also achieved by the fact that a device is proposed that implements an oscillating circuit, a buffer amplifier, an amplifier with an adjustable gain, a reference voltage source, a comparison device, an amplitude detector, a rectangular pulse generator and a reversible counter, the amplifier output being adjustable the transmission coefficient is connected to the input of the oscillatory circuit, the output of which is connected to the input of the buffer amplifier, the output of the buffer amplifier with it is single with the input of the amplifier with an adjustable transmission coefficient, forming a positive feedback circuit, the output of the buffer amplifier is also connected to the amplitude detector, the output of the amplitude detector is connected to the first input of the comparison device, the second input of the comparison device is connected to the reference voltage source, the output of the comparison device is connected to the control the input of the reversible counter, a rectangular pulse generator is connected to the counting input of the reversible counter, the output of the reverse counter is connected to the control variable input amplifier with adjustable gain.
Для того, чтобы пояснить суть предлагаемого способа, рассмотрим условия возникновения автоколебаний в колебательной системе. In order to clarify the essence of the proposed method, we consider the conditions for the occurrence of self-oscillations in the oscillatory system.
Любая колебательная система в общем случае может быть представлена в виде функциональной схемы, показанной на фиг.1. Она состоит из колебательного звена 1, связанного со входом усилителя 2 через буферный элемент 3 и с выходом этого же усилителя через буферный элемент 4. Any oscillatory system in the General case can be represented in the form of a functional diagram shown in figure 1. It consists of an oscillating link 1 connected to the input of the
Передаточная функция разомкнутой системы записывается в виде:
φp(P) = Kу•K01•Wк(P)•K02, (1)
где
Ky- коэффициент передачи усилителя 2;
K01, K02 коэффициенты передачи буферных элементов 3 и 4;
Wк(p) передаточная функция колебательного звена.The open loop transfer function is written as:
φ p (P) = K y • K 01 • W k (P) • K 02 , (1)
Where
K y - gain of the
K 01 , K 02 transmission coefficients of the
W to (p) the transfer function of the oscillatory link.
где
Kk коэффициент передачи колебательного звена;
T0, T постоянные времени реактивных элементов, входящих в колебательное звено /3/.
Where
K k the transmission coefficient of the oscillatory link;
T 0 , T time constants of the reactive elements included in the vibrational link / 3 /.
Передаточная функция замкнутой колебательной системы при положительной обратной связи может быть представлена в виде:
Для получения устойчивых колебаний на выходе автоколебательной системы необходимо выполнение двух условий: баланса фаз и баланса амплитуд.The transfer function of a closed oscillatory system with positive feedback can be represented in the form:
To obtain stable oscillations at the output of a self-oscillating system, two conditions must be satisfied: phase balance and amplitude balance.
Условие баланса амплитуд определяется формулой:
T•p-Kк•Kу •K01•K02•T•p=0
Отсюда: 1=Kк•K y •K01•K02
Если в качестве колебательного звена мы будем использовать последовательный колебательный контур, то его коэффициент передачи будет определяться как
где
Rп суммарное сопротивление потерь, возникающих в колебательном контуре.The condition for the balance of amplitudes is determined by the formula:
T • pK k • K y • K 01 • K 02 • T • p = 0
From here: 1 = K to • K y • K 01 • K 02
If we use a sequential oscillatory circuit as the oscillating link, then its transmission coefficient will be determined as
Where
R p the total resistance to losses arising in the oscillatory circuit.
Как видно из (7), коэффициент передачи электрического колебательного контура обратно пропорционален сопротивлению потерь, возникающих в колебательном контуре. Тогда из формул (6) и (7) можно определить величину сопротивления потерь:
Rп=Ky•K 01 •K02
Из (8) выведем зависимость коэффициента передачи усилителя от сопротивления потерь:
Отсюда следует, что при изменении сопротивления потерь для поддержания устойчивых автоколебаний необходимо регулировать коэффициент передачи усилителя в соответствии с (9). Изменение коэффициента передачи достигается с помощью включения в колебательную систему усилителя, коэффициент передачи которого является регулируемым. По значению коэффициента передачи усилителя с регулируемым коэффициентом можно рассчитать по (8) сопротивление потерь.As can be seen from (7), the transmission coefficient of the electric oscillatory circuit is inversely proportional to the resistance to losses arising in the oscillatory circuit. Then from formulas (6) and (7), we can determine the value of the loss resistance:
R p = K y • K 01 • K 02
From (8) we derive the dependence of the gain of the amplifier on the loss resistance:
It follows that when changing the loss resistance to maintain stable self-oscillations, it is necessary to adjust the gain of the amplifier in accordance with (9). A change in the transmission coefficient is achieved by including an amplifier in the oscillatory system, the transmission coefficient of which is adjustable. The value of the gain of the amplifier with an adjustable coefficient can be calculated according to (8) loss resistance.
Точность измерения потерь определяется точностью регулирования коэффициента передачи усилителя 2. The accuracy of the loss measurement is determined by the accuracy of regulation of the gain of the
Данный способ может быть реализован с использованием общеизвестных технических средств. This method can be implemented using well-known technical means.
Стационарность автоколебаний в электрической колебательной системе поддерживается постоянством амплитуды колебаний на выходе колебательного звена. Величина амплитуды может выбираться любой из диапазона значений, при которых только возможна автогенерация колебаний в данной колебательной системе. Благодаря этому можно не поддерживать какое-либо определенное значение амплитуды, а лишь отслеживать ее изменение при установившемся режиме работы (например, с помощью дифференцирующего звена). The stationary nature of self-oscillations in an electric oscillatory system is maintained by the constancy of the amplitude of the oscillations at the output of the oscillatory link. The magnitude of the amplitude can be selected from any of the range of values at which self-generation of oscillations in a given oscillatory system is only possible. Due to this, it is possible not to support any specific value of the amplitude, but only to track its change during steady-state operation (for example, using a differentiating link).
Так как в цепь положительной обратной связи усилителя с переменным коэффициентом усиления включено колебательное звено, имеющее резонансные свойства, то условия возникновения колебания выполняются только на одной частоте. Ее значение зависит от характеристик элементов, образующих колебательное звено, а также от амплитудно-частотной характеристики усилителя с переменным коэффициентом передачи. Since the oscillating element having resonance properties is included in the positive feedback circuit of the amplifier with a variable gain, the conditions for the occurrence of oscillations are satisfied only at one frequency. Its value depends on the characteristics of the elements forming the oscillating link, as well as on the amplitude-frequency characteristics of the amplifier with a variable transmission coefficient.
Для регулирования коэффициента передачи усилителя могут использоваться высокоточные устройства, метрологические характеристики которых хорошо известны. В роли таких устройств могут выступать, например, многоразрядные цифро-аналоговые преобразователи. High-precision devices can be used to control the gain of the amplifier, the metrological characteristics of which are well known. Such devices can be, for example, multi-digit digital-to-analog converters.
При применении цифрового управления усилителем с регулируемым коэффициентом передачи значительно упрощается процесс получения выходной величины, т.к. ею в данном случае является цифровой код. При этом точность определения сопротивления потерь будет определяться количеством разрядов выходного двоичного кода. When applying digital control of an amplifier with an adjustable transmission coefficient, the process of obtaining the output quantity is greatly simplified, since it in this case is a digital code. In this case, the accuracy of determining the loss resistance will be determined by the number of bits of the output binary code.
На основе вышеизложенного способа можно реализовать устройство, блок-схема которого изображена на фиг. 2, состоящая из колебательного контура 1, выход которого подключен ко входу буферного усилителя 2, выход буферного усилителя 2 соединен со входом усилителя с регулируемым коэффициентом передачи 3, образуя цепь положительной обратной связи, вход буферного усилителя 2 соединен также с амплитудным детектором 4, выход амплитудного детектора соединен с первым входом устройства сравнения 5, второй вход устройства сравнения связан с источником опорного напряжения 6, выход устройства сравнения 5 подключен к управляющему входу реверсивного счетчика 7, к счетному входу реверсивного счетчика 7 подключен генератор прямоугольных импульсов 8, выход реверсивного счетчика 7 связан с управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 3. Based on the foregoing method, it is possible to implement a device whose block diagram is shown in FIG. 2, consisting of an oscillatory circuit 1, the output of which is connected to the input of the
В устройстве отсутствует второй буферный элемент, при этом коэффициент передачи K2 принимается равным единице. Предложенное устройство, несмотря на отсутствие второго буферного элемента, обеспечивает генерацию автоколебаний на выходе колебательной системы за счет корректного выполнения условий баланса фаз и баланса амплитуд. The device does not have a second buffer element, while the transmission coefficient K2 is taken equal to one. The proposed device, despite the absence of a second buffer element, provides the generation of self-oscillations at the output of the oscillatory system due to the correct fulfillment of the conditions of phase balance and amplitude balance.
Выходным параметром данного устройства является двоичный код на выходе реверсивного счетчика 7. The output parameter of this device is a binary code at the output of the
Автогенераторный измеритель сопротивления потерь работает следующим образом. Self-generated loss resistance meter works as follows.
При внесении датчика в виде колебательного контура в исследуемую среду в колебательном контуре 1 увеличиваются потери, что приводит к снижению амплитуды колебаний на выходе буферного усилителя 2, которая после детектирования амплитудным детектором 4 сравнивается в устройстве сравнения 5 с опорным напряжением, вырабатываемым источником опорного напряжения 6. В результате этого сравнения на реверсивный счетчик 7 подается управляющий сигнал, переключающий его на прямой счет импульсов, поступающих с генератора прямоугольных импульсов 8. Двоичный код с выхода реверсивного счетчика 7, подаваемый на управляющий вход усилителя 3, приводит к увеличению его коэффициента усиления. Увеличение коэффициента усиления приводит к нарастанию амплитуды колебаний на выходе буферного усилителя 2. Если амплитуда колебаний не достигла значения, заданного источником опорного напряжения, будет продолжаться дальнейшее увеличение двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 7 и, следовательно, увеличение коэффициента передачи усилителя 3. В тот момент, когда амплитуда колебаний на выходе буферного усилителя 2 превысит значение, задаваемое источником опорного напряжения, устройство сравнения 5 выдает управляющий сигнал, переключающий реверсивный счетчик 7 на счет в обратном направлении. When a sensor is introduced in the form of an oscillatory circuit into the test medium, the losses increase in the oscillatory circuit 1, which leads to a decrease in the oscillation amplitude at the output of the
таким образом, амплитуда колебаний на выходе буферного усилителя 2 будет поддерживаться постоянной с погрешностью, величина которой определяется точностью регулирования значения коэффициента передачи усилителя, осуществляемого при устойчивом режиме работы автогенератора изменением младшего разряда двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 7 на единицу. Постоянство амплитуды, в свою очередь, является условием поддержания в колебательной системе устойчивых гармонических автоколебаний. Thus, the amplitude of the oscillations at the output of the
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94015474A RU2086993C1 (en) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | Method for measuring of resistance losses in oscillating circuits and device which implements said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94015474A RU2086993C1 (en) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | Method for measuring of resistance losses in oscillating circuits and device which implements said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94015474A RU94015474A (en) | 1995-12-27 |
RU2086993C1 true RU2086993C1 (en) | 1997-08-10 |
Family
ID=20155301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94015474A RU2086993C1 (en) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | Method for measuring of resistance losses in oscillating circuits and device which implements said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2086993C1 (en) |
-
1994
- 1994-04-26 RU RU94015474A patent/RU2086993C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 613269, кл. G 01 R 27/26, 1978. 2. Авторское свидетельство СССР N 970264, кл. G 01 R 27/26, 1982. 3. Авторское свидетельство СССР N 1429051, кл. G 01 R 27/26, 1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10119895B2 (en) | Method, circuit and flexural resonator for measuring the density of fluids | |
RU2005129346A (en) | METHOD FOR FUNCTIONING VIBRATION GYROSCOPE AND TESTING / CONTROLLING ELECTRONIC EQUIPMENT APPLIED IN THIS METHOD | |
US4166381A (en) | Apparatus for determining the viscosity of fluids | |
US3842655A (en) | Fluid density sensing systems | |
US4719409A (en) | Digital signal output capacitance sensor displacement gauging system | |
Sittel et al. | Method for Determining the Viscoelastic Properties of Dilute Polymer Solutions at Audio‐Frequencies | |
GB1590794A (en) | Viscosimeter and/or densitometer | |
US6348795B2 (en) | Crystal resonant frequency sensor | |
RU2086993C1 (en) | Method for measuring of resistance losses in oscillating circuits and device which implements said method | |
French et al. | Regenerative system for continuous measurement of internal friction and Young's modulus of alkali halide crystals | |
Nakajima et al. | An improved apparatus for measuring complex viscosity of dilute polymer solutions at frequencies from 2 to 500 kHz | |
RU2312368C2 (en) | Method of measuring quality factor of resonator | |
JP2593324B2 (en) | Gas pressure gauge | |
SU737884A1 (en) | Device for measuring electrophysical characteristics of piezoceramic resonators | |
SU1244530A1 (en) | Device for measuring rigidity of elastic elements | |
JP2648966B2 (en) | Vacuum pressure gauge | |
SU1767454A1 (en) | Device for measuring electrical parameters of quartz resonators | |
SU1022078A1 (en) | Device for measuring distribution in electric potential | |
SU1642339A1 (en) | Frequency-polarization method of checking anisotropy of dielectric sheet material | |
SU993153A1 (en) | Device for measuring non-magnetic material specific resistance | |
SU1642260A1 (en) | Device for measuring vibration parameters | |
RU2059209C1 (en) | Method and device for measurement of durability of object | |
SU1670535A2 (en) | Method of viscosity measurement | |
SU824080A1 (en) | Converter of small capacitance or inductance increments to code | |
SU516003A1 (en) | Device for measuring the parameters of quartz resonators |