SU1000934A2 - Устройство дл измерени добротности колебательных контуров - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ

Изобретение относитс  к рациоизме- рительной технике и может быть использовано дл  измерени  цобротн(х;ти, тангенса угла потерь, активного сопротивлени , емкости и инцуктивности радиоэлементов колебательных контуров. По основному авт. св. № 892351 известно устройство дл  измерени  добротности колебательных контуров, содер« хжащее перестраиваемый генератор высо кой частоты, один выход которого через последовательно соединенные первый клю второй вход которого подключен к выходу частотного модул тора, и делитель частоты соединен с одним из входов блока отношени  частот, а другой - с первым входом частотного модул тора, второй вход которого соединен с выходом второг ключа, а выход - с входом измерительно го блока, содержащего измерительный конденсатор, два зажима дл  подключени измер емых элементов, два последовател но соединенных конденсатора, включенных межпу пефвым зажимом и обшей шиной. И третий ключ, включенный между общим выводом последовательно включенных конденсаторов и общей шиной, первый амплитудный детектор, вход которого подключен к выходу измерительного блока , а выход - к входу блока поиска резонансной частоты, первый выход которого соединен с первым входом блока выделени  второй производной по частоте, а второй - с входом первого запоминак) щего блока, выход которого подключен к входу перестраиваемого генератора высокой частоты, генератор низкой частоты, выход которого подключен к входу второго ключа и св зан с вторым входом блока отношени  частот, а вход подключен к выходу второго запоминающего блока, вход которого подключен к выходу нульоргана , четвертый ключ, выход которого подключен к входу нуль-органа, а входы к входу и выходу блока выделени  второй производной по частоте, блок управлени , соответствующие выходы которого подключены к управл ющим входам блока поиска 3 резонансной Частоты, обоих запоминаидаи блоков, второго 1р ретьего ключей,- блока выделени  второй производной по частоте и частотного модул тора. Недостатком известного устройства  вл етс  то, что оно не обеспечиЕ ает отсчета индуктивности колебательного контура в цифровом виде. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства дл  измерени  добротности колебательных контуров за счет обеспечени  цифрового отсчета индуктивности. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  добротности Колебательных контуров введены п тый, шестой и седьмой ключи, второй амплитудный детектор, операционный усилитель , формирователь пр моугольных импульсов и образцова  катушка инцуктив ности, причем последн   включена между вторым зажимом дл  подключени  измер емых элементов измерительного блока и общей щиной, а п тый ключ подключен параллельно образцовой катушке индуктивности , а вход второго амплитудного детектора подключен к второму зажиму дл  подключени  измер емых элементов измерительного блока, выход второго амплитудного детектора соединен .с одним из входов операционного усилител , другой вход которого соединен с вьпсодом первого амплитудного детектора, а выход последнего соединен с первым входом щестого ключа, второй вход которого . соединен с другим входом операционного усилител , а выход шестого ключа через интегратор соединен с одним из входов формировател  пр моугольных импульсов, другой вход которого соединен с выходом . перестраиваемого генератора низкой частоты и с одним из входов седьмого ключа , другой вход которого соединен с первым выходом формировател  пр мо- i.v- |-ii;jujiiv4 JLJUJUT. i-f.A ЧЛУД j,J j-Jivi ri. j. ч M-i угольйых импульсов, второй вьосод послед него соединен с третьим входом шестого ключа, выход которого соединен с входом блока отношени  частот, а управл ющий вход п того ключа соответственно соединен с п тым выходом блока управлени . На фиг, 1 приведена функциональна  электрическа  схема предлагаемого устрсйства на фиг, 2 - диаграммы, по сн ю щие работу устройства. Устройство содержит частотный модул тор 1, перестраиваемый генератор 2 высокой частоты, ключ 3, перестраиваемый генератор 4 низкой частоты, измери 9344 тельный блок 5, включающий измерительный конденсатор 6, цепь 7 из цвух пооледовательно соединенных конденсаторов. Ключ 8, зажимы 9 и 10 дл  подключени  измер емых элементов, образцовую катушку 11 индуктивности и ключ 12, амп- ). литудные детекторы 13 и 14, операционный усилитель 15, ключ 16, интегратор 7, формирователь 18 пр моугольных импульсов, ключ 19, блок2О поиска резонансной частоты, состо щий из блока 21 выделени  первой производной и нуль-органа 22, запоминающий блок 23, блок 24 выделени  второй йроизводной, ключ 25, нуль-орган 26, запоминающий блок 27, ключ 28, делитель 29 частоты , блок 30-отнощени  частот, блок 31 управлени  и измер емый элемент 32. Устройство работает следующим обра- зом. В режиме измерени  добротности коэффициент делени  делител  29 частоты равен двум, вход делител  29 частоты через ключ 28 подключаетс  к выходу перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, вход нуль-органа 26 через ключ 25 - к выходу блока 24 выделени  второй производной по частоте, ключи 8 и 12 закрыты. Через ключ 19 к второму входу блока ЗО отношени  частот подключаетс  второй выход формировател  18 пр моугольных импульсов. В режиме поиска резонансной частоты блок 31 управлени  на заданное врем  открывает запоминающий блок 23, закрывает второй запоминающий блок 27 и ключ 3 и переводит частотный модул тор 1 в режим выделени  несущей высокой частоты.. , За это врем  блок 2О поиска резо- нансной частоты вырабатывает линейно измен ющеес  во времени напр жение U( /(фиг. 2с), Этим напр жением измен етс  частота выходного напр жени  перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, -I Р частотный модул тор 1 поступает на вход измерительного блока 5, После прохождени  через измерительный блок 5 и амплитудный детектор 13 высокочасто гное напр жение с измен ющейс  частотой преобразуетс  в напр жение Ua, измен ющеес  во времени (фиг, 2 ) и соответствующее амплитуа но-частотной характеристике вход щего в измерительный блок 5 колебательного контура, образованного измерительным конденсатором 6, двум  последовательно соединенными конденсаторами 7, образновой индуктивностью 11 и измер емым элементом 32. Это измен ющеес  во ep мени напр жение блок 21 выцелени  пер вой производной по частоте, управл емы блоком 31 управлени , пифференцирует, в результате чего на его выхоце выдел  етс  напр жение US (фиг. 2б ), пропо{ циональное первой производной по часто амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) колебательного контура, т.е. Us a- посто нный коэффициент прогде а порциональности. Этим напр жением управл етс  нульорган 22, в котором при прохождении напр жени  U5 через нуль устанавливает выходное нагф жение (фиг. 2 В ), а следовательно, устанавливаетс  частота выходного напр жени  перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, равна  собственной резонансной частоте колебательного контура. В режиме выделени  полосы пропуска ни  блок 31 управлени  на заданное вре м  закрывает запоминающий блок 23, открывает второй запоминающий блок 27 и ключ 3 и переводит частотный модул  тор 1 в режим .выделени  боковой часто ты. На это врем  в запоминающем блоке 23 запоминаетс  напр жение (фиг. (фиг. 26), а следовательно, и частота выходного напр жени  перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, равна  собственной резонансной частоте колебательного контура. За это врем  нуль орган 26 вырабатывает линейно измен ю щеес  во времени напр жение U g (фиг. 2ё Этим напр жением измен етс  частота выходного напр жени  перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, которое через ключ 3 поступает на второй вход частотного модул тора 1. В результате воздействи  на частот- двух напр жений с час ный модул тор 1 тотами i р и на его вькоце получают с частотой напр жение i-iotP, частота перестраиваемого генератора 2 высокой частоты , частота перестраиваемого генератора 4 низкой частоты. После прохождени  этого напр жени  через колебательный контур, амплитудный детектор 13 и блок 21 выцелени  первой производной по частоте высокочастотное напр жение с измен ющейс  1 34 частотой преобразуетс  в напр жение и 5 (фиг. 2 б ), измен ющеес  во времени и соответствующее первой производной по чартоте АЧХ колебательного контура. Это напр жение 24 выделени  второй производной по частоте, управл емый блоком 31 управлени , дифференцирует, в результате на его выходе выдел етс  напр жение и л (фиг. 2 О ), пропорциональное второй Производной по частоте АЧХ колебательного контура, т.е. Ъ - посто нный коэффициент пропорциональности . Этим напр жением управл етс  нульорган 26, в котором при прохождении напр жени  U л через нуль устанавливаетс  выходное напр жение LI со (фиг. 2е ) и фиксируетс  во втором запоминающем блоке 27, а следовательно, фиксируетс  частота выходного напр жени  перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, равна  половине полосы пропускани  колебательного контура между точками перегиба его АЧХ. Переход из режима поиска резонансной частоты в режим выделени  полосы пропускани  производитс  автоматически блоком 31 управлени  через заданные интервалы времени. При этом добротность колебательного контура определ етс  по формуле Q 0,107 2д17F и непосредственно измер етс  блоком 30 отношени  частот. Дл  определени  добротности измер емой катушки 32 индуктивности автоматически вводитс  коррекци  в измеренную величину Q с помощью амплитудного детектора 14, операционного усилител  15, ключа 16, интегратора 17 и формировател  18 пр моугольных импульсов. Коррекци  производитс  следующим образом. На первый и второй входы операционного усилител  15 подаютс  напр жени  соответственно с выходов амплитудных детекторов 13 и 14. Указанные напр жени  пропорциональны соответственно полному напр жению на контуре и напр ению на образцовой катушке 11 индуктивности . В св зи с тем, что операционый усилитель 15 работает в режиме вычитани , на его выходе получают напр жение, пропорциональное напр жению на измер емой катушке 32 инцуктивности. В результате на вход интегратора 17 через ключ 16 поочередно поступают напр жени  с выхода амплитудного детек тора 13 и с выхода операционного усилител  15, пропорциональные соответстве но полному напр жению колебательного контура и напр жению на измер емой катушке 32 индуктивности. Ключ 16 управл етс  формирователем 18 пр моугольных импульсов, который, в свою очередь, управл етс  генератором 4 низкой частоты и интегратором 17. При пр мом интегрировании на вход интеграгора 17 подаетс  напр жение с выхода операционного усилител  15, пропорциональное напр жению на измер емой катушке 32 индуктивности, а врем  пр м го интегрировани  пропорционально пери оду колебани  генератора 4 низкой частоты . Тр.. При обратном интегрировании на вход интегратора 17 подаетс  напр жение с выхода амплитудного детектора 13, пропорциональное полному напр жению на колебательном контуре, в результате врем  обратного интегрировани  пр мо пропорционально отношению напр жени  на измер емой катушке индуктивности к полному напр жению на колебательном контуре. При прохождении напр жени  об ратнотО интегрировани  в интеграторе 17 через нуль на втором выходе формировател  18 пр моугольных импульсов форми руетс  пр моугольный импульс, период которого пропорционален отношению напр жени  на измер емой катушке 32 индуктивности к полному напр жению на колебательном контуре. Указанные пр моугольные импульсы через ключ 19 посту пают на второй вход блока 30 отношени  част9т, в котором производитс  непосред ственный отсчет добротности измер емой катушки 32 индуктивности в виде отношени  периодов колебаний -период резонансной частоты колебательного контура - период пр моугольных импульсов с второго выхода формировател  18 пр моугольных импульсов, jj - напр жение на измер емой катушке 32 индуктивности; У-)- напр жение колебательного контура (напр жение на выходе измерительного блока 5). Измерение индуктивности на резонансной частоте осушествл е тс  следуюшим образом. Делитель 29 частоты перевод т в со- ответствуюший режим делени  (на2,4...) в зависимости от выбранного значени  образцовой катушки 32 индуктивности, его вход через ключ 28 подключают к выходу частотного модул тора 1, а вхоц нуль-органа 26 через ключ 25 - к выходу блока 21 выделени  первой производной по частоте, ключ 12 перевод т в управл емый режим. Второй вход блока 30 отношени  частот через ключ 19 подключают к выходу перестраиваемого генератора 4 низкой частоты. Блок 31 управлени  на заданное врем  открывает запоминаюший блок 23, закрывает второй запоминаюший блок 27 и ключи 3 и 12 и переводит частотный модул тор 1 в режим выделени  несуш.ей высокой частоты. За это врем  производитс  поиск частоты перестраиваемого генератора 2 высокой частоты, соответст- вуюшей собственной резонансной частоте колебательного контура, как это осуществл етс  в режиме поиска резонансной частоты. Через заданное врем , достаточное дл  настройки перестраиваемого генератора 2 высокой частоты на собственную резонансную частоту колебательного контура , блок 31 управлени  на заданное врем  закрьшает запоминаюший блок 23, открывает второй запоминаюший блок 27 и ключи 3 и 12 и переводит частотньй моду  тор 1 в режим выделени  боковой частоты. На это врем  запоминаетс  частота i выходного напр жени  перестраиваемого генератора 2 высокой час- тоть равна  собственной резонансной частоте колебательного контура. Открытый ключ 12 закорачивает образцовую катушку 11 ршдуктивности и, следовательно , измен ет значение индуктивности и собственной резонансной частоты колебательного контура соответственно На величины Д LJ и Л i:. В это врем  нульорган 26 под управлением блока 21 выделени  первой производной по частоте начинает вырабатывать линейно измен к шеес  во времени напр жение. Этим напр жением измен етс  часгога выхоаного напр жени  перестраиваемого генератора 4 низкой частоты, которое через ключ 3 поступает на второй вхоа частотного модул тора 1.

В результате на выходе-частотного модул тора 1 получают напр жение с частотой 1 IQ + Р . При достижении частотой i значени , равного собственной резонансной частоте колебательного ю и

контура, частота Гц перестраиваемого генератора 4 низкой частоты фиксируетс  нуль-органом 26, как это указывалось в режиме поиска полосы пропускани .

При этом индуктивность измер емой катушки 32 индуктивности определ етс  формулой

11. гае 1, ri -vFrt- собственна  резонансна  частота колебательного контура при изменении . значени  его индуктивности на величину ДЛ,, - значение величины расстройки собственной резонансной частоты колебательного контура при изменении значени  его ин дуктивности на величину дЬ ; Л. U - значение индуктивности образцовой катушки 11 индуктивности. Измерение емкости на резонансной частоте осуществл етс  аналогично изме рению индуктивности, при этом ключ 12 закрьшают, а ключ 8 перевод т в управ- л емый режим. Емкость колебательного контура опре дел етс  формулой raef ig-F- - собственна  резонансна  частота колебательного контура при изменении значени  его емкости на величину Д С , - значение величины расстройки собственной резо нансной частоты колебательного контура при из менении его емкости на величину Д С; дС - значение емкости образцового Конденсатора.

Измерение инауктивности и емкости колебательного контура осуществл етс  при периодическом переключении устройства блоком 31 управлени  из режима поиска резонансной частоты в режим расстройки колебательного контура.

Отсчет индуктивности и емкости колебательного контура на резонансной частоте в соответствии с выражени ми (1)

блоком ЗО отношени  частот.

Предлагаемое устройство обеспечивает измерение индуктивности колебательных контуров в цифровом виде в щироком диапазоне частот, практически до 300 МГц, что значительно повыщает эксплуатационные характеристики устройства . (2), непосредственно производитс  Форм у л а изобретени  Устройство дл  измерени  добротности колебательных контуров к авт. св. № № 892351, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, в него введены п тый, шестой и седьмой ключи, второй амплитудный детектор, операционный усилитель, формирователь пр моугольных импульсов и образцова  катушка индуктивности , причем последн   включена между вторым зажимом дл  подключени  измер емых элементов измерительного блока и общей шиной, а п тый ключ подключен параллельно образцовой катушке индуктивности , а вход второго амплитудного детектора подключен к второму зажиму дл  подключени  измер емпх элементов измерительного блока, выход второго амплитудного детектора соединен с одним из входов операционного усилител , другой вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход последнего соединен с первым входом шестого ключа, второй вход которого соединен с другим входом операционного усилител , а выход шестого ключа через интегратор соединен с одним из входов формировател  пр моугольных импульсов, другой вход которого соединен с выходом перестраиваеКюгогенератора низкой частоты и с одним из входов седьмого ключа , другой вход которого соединен с выходом формировател  пр моугольных импульсов, второй выход последнего соединен с третьим входом шестого ключа , выход которого соединен с входом блока отношени  частот, а управл ющий вход п того ключа соответственно соединен с п тым выходом блока управлени .

Ud

Ud

//

foFj ,

Y/y

V/

US S

/

tM

Uc

X

l/fO

Ud

й

Ue

l/fff

/

и

Claims (1)

1. Форм ул а изобретения Устройство для измерения добротности колебательных контуров к авт. св. № № 892351, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены пятый, шестой и седьмой ключи, второй амплитудный детектор, операционный усилитель, формирователь прямоугольных импульсов и образцовая катушка индуктивности, причем последняя включейа между вторым зажимом для подключения измеряемых элементов измерительного блока и общей шиной, а пятый ключ подключен параллельно образцовой катушке индуктивности, а вход второго амплитудного детектора подключен к второму зажиму для подключения измеряемых элементов измерительного блока, выход второго амплитудного детектора соединен с одним из входов операционного усилителя, другой вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход последнего соединен с первым входом шестого ключа, второй вход которого соединен с другим входом операционного усилителя, а выход шестого ключа через интегратор соединен с одним из входов формирователя прямоугольных импульсов, другой вход которого соединен с выходом перестраиваемогогенератора низкой частоты и с одним из входов седьмого ключа, другой вход которого соединен с первым выходом формирователя прямоугольных импульсов, второй выход последнего соединен с третьим входом шестого ключа, выход которого соединен с входом блока отношения частот, а управляющий вход пятого ключа соответственно соединен с пятым выходом блока управления.