SU1109671A1 - Цифровой измеритель добротности резонансной системы - Google Patents

Abstract

1. ЦИФРОВОЙ ИЗ ШРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ, содержащий гетеродин, смеситель, частотомер , зажимы дл  подключени  резонансной системы, вычислительный блок и блок управлени , причем выход смесител  соединен с первым входом частотомера, выход вычислительного блока соединен с входом блока управлени , отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности и расширени  пределов измерени  добротности, в него введены второй гетеродин, генератор резонансной частоты и четыре коммутатора , причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генератора резонансной частоты соединен с вторым входом частотомера, с первым входом смесител  и вторым входом первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, выход первого гетеродина соединен с вторым входом смесител  и вторым входом второго коммутатора , выход которого соединен с одним зажимом дл  подключени  резонансной системы, второй зажим дл  подключени  резонансной системы соединен с первым входом третьего коммутатора , первый выход которого соединен с-первым входом четвертого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, второй выход третьего коммутатора соединен с третьим входом вычислительного блока , первый выход блока управлени  соединен с третьим входом первого коммутатора, вторым входом четвертого коммутатора и четвертым входом (Л вычислительного блока, второй выход блока управлени  соединен с третьим входом второго коммутатора и вторым входом третьего коммутатора, третий вь|ход блока управлени  соединен с первыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и вто рого гетеродина, четвертый выход со о блока управлени  соединен с вторыми входами первого гетеродина, генератора резонасной частоты и второго гетеродина, п тый и шестой выходы блока управлени  соединены соответственно с третьим и четвертым входами частотомера, седьмой выход блока управлени  соединен с третьим входом первого гетеродина. 2. Измеритель по п. 1, о т л ичающийс  тем, что вычислительный блок содержит три пиковых детектора, делитель напр жени , коммутатор и компаратор, причем первый, второй и третий входы вычислительного блока  вл ютс  соответственно

Description

входами первого, второго и третьего пиковых детекторов, выход первого пикового детектора соединен с первьп входом коммутатора, выход второго пикового детектора соединен с входом делител  напр жени , выход которого соединен -: втЬрым входом коммутатора , вькод которого соединен с первым входом компаратора, выход третьего пикового детектора соединен с вторым входом компаратора, вьгход которого  вл етс  выходом вычислительного блока, третий вход коммутатора  вл етс  входом вычислительного блока.

3. Измеритель по п. 1, отличающийс  тем, что, блок управлени  содержит устройство управлени  и два генератора линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением, причем первый.

второй,третий,четвертый и п тый выходы устройства управлени   вл ютс  соответственно первым, вторым, третьим, п тым и шестым выходами блока управлени , шестой, седьмой и восьмой выходы устройства управлени  соединены соответственно с первым,вторымj третьим входами, второго генератора инейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением, выход которого  вл етс  седьмым выходом блока управлени , дев тьй, дес тый и одиннадцатый выходы устройства управлени  соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого генератора линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением, выод которого  вл етс  четвертым вы- . ходом блока управлени , вход устройства управлени   вл етс  входом блока управлени .

Изобретение относитс  к измерени м электрических и магнитных величин , в частности к измерению Добротности и может быть использовано дл  контрол  свойств веществ в широких пределах.

Известен цифровой измеритель добротности, содержащий генератор высокой частоты, измерительньй блок с широкополосным усилителем на выходе , фазочувствительный блок, первый вход которого соединен с выходом широкополосного усилител , широкополосный фазовращатель, цифровой измеритель, последовательно соединенные генератор низкой частоты, фазоинвертор, первый ключ и балансны модул тор, второй ключ, делитель частоты и блок управлени , причем второй вход балансного модул тора соединен с выходом генератора высокой частоты и входом делител  частоты , выход которого соединен с одним из входов цифрового измерител , дру гой вход которого соединен с выходом генератора низкой частоты, а выход балансного модул тора соединен с одним из входов широкополосного фазовращател , выход 0 которого соединен с входом измерительного блока и

одним из входов второго ключа, другой вход которого соединен с выходом +45 ншрокополосного фазовращател , выход второго ключа соединен с вто5 рым входом фазочувствительного блока при этом управл ющие входы фазоинвертрра и широкополосного фазовращател  соединены с выходом блока управлени  ПЗ.

0 Недостатками данного цифрового измерител  добротности  вл ютс  невозможность его работы на СВЧ и отсутствие автоматической настройки на резонансную частоту и на частоту, со15 ответствукнцую половине полосы пропускани  исследуемой резонансной системы, ч

Наиболее близким к изобретению  в20 л етс  цифровой измеритель добротности , содержащий генератор перестраиваемой частоты, зажимы дл  подключени  резонансной системы, вычислительный блок, гетеродин, смеси25 тель, блок управлени , частотомер, генератор гармоник и блок формировани  управл ющего напр жени , приче выход генератора переменной частоты соединен с одним из зажимов дл  под30 ключени  резонансной системы и с одним из входов смесител , другой вход Которого соединен с выходом генёра- . тора гармоник, выход смесител  соединен с первым входом блока управлени  и С одним из входов частотомера, другой вход которого соединен с первым выходом вычислительного блока, вто-. рой выход которого соединен с другим входом блока управлени , выход которого соединен с вторым входом блока формировани  управл ющего напр жени , первый вход которого соединен с управл ющим выходом генератора переменной частоты, выход блока формировани  управл ющего напр жени  соединен с входом гетеродина, выход которого соединен с входом генератора гармоник и с третьим входом частотомера, вход вычислительного блока соединенС другим зажимом дл  подключени  резонансной системы. Вычислительный блок содержит пиковьй детектор, делитель напр жени , блок сравнени  и дифференцирующую цепь, причем вход вычислительного блока  вл етс  первым входом блока сравнени  и входом пикового детектора , выход которого соединен с входом делител  напр жени , выход которого соединен с вторым входом блока сравнени , выход которого соединен с входом дифференцирующей цепи, выходы которой  вл ютс  выходами вычислительного блока. Блок управлени  содержит формирователь импульсов, элемент совпадени  и генератор линейно измен ющегос  напр жени , причем первый вход блока управлени   вл етс  входом формировател  импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента- совпадени , второй вход которого  вл етс  вторым входом блока управлени , выход элемента совпадени  соединен с входом генератора линейно измен ющегос  напр жени , выход которого  вл етс  выходом блока управлени . Блок формировани  управл к цего напр жени  содержит .интегрирующую цепь, функциональный преобразователь и суммирукщий блок, причем первый вход блока формировани  управл ющего напр жени   вл етс  входом интегрирующей цепи, вькод которой соединен с входом функционального преобразовател , выход которого соединен с первым входом суммирунлдего блока, выход которого  вл етс  выходом блока формировани  управл ющего напр жени , второй вход

которого  вл етс  вторым входом суммирующего блока 2j.

Недостатками известного цифрового измерител  добротности  вл ютс  отсутствие автоматической настройки на полосу частоты,В пределах которой находитс  полоса прозрачности резонансной системы, и невысока  точность, так как погрещность измерени  определ етс  неточностью вычис лени  добротности по формуле Q V-/1g, котора  определ етс  при этом выражением о 50/Q, неточностью совпадени  характеристик перестройки

генератора переменной частоты и гетеродина и неточностью совпадени  во времени импульса от формировател  импульсов с импульсом дифференцирующей цепи.

Цель изобретени  - повышение точности и расширение пределов измерени  добротности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой измеритель добротности резонансной системы, содержащий гетеродин, смеситель, частотомер , зажимы дл  подключени  резонансной системы, вычислительный блок и блок управлени , причем выход смесител  соединен с первым входом частотомера , выход вычислительного блока соединен с входом блока управлени , введены второй гетеродин, генератор резонансной частоты и четыре коммутатора , причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генератора резонансной частоты соединен с вторым входом частотомера,с первым входом

смесител  и вторым входом первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора , выход первого гетеродина соединен с вторым входом смесител 

и с вторым входом второго коммутатора , выход которого соединен с одним зажимом дл  подключени  резонансной сисфемы, второй зажим дл  подключени  резонансной системы соединен с

первым входом третьего коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом четвертого коммутатора , первьй и второй выходы которого соединены соответственно с первым и

вторым входами вычислительного блока, второй выход третьего коммутатора соединен с третьим, входом вычислительного блока, первый выход блока управлени  соединен с третьим входом первого коммутатора, вторым входом четвертого коммутатора и четвертым входом вычислительного блока, второй выход блока управлени  соединен с третьим входом второго коммутатора и вторым входом третьего коммутатора третий выход блока управлени  соединен с первыми входами первого гетеродина , генератора резонансной частоты и второго гетеродина, четвертый выход блока управлени  соединен с вторыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и второго гетеродина, п тый и шестой выходы блока управлени  соединены COOT: етственно с третьим и четвертым входами частотомера, седьмой выход блока управлени  соединен с третьим входом первого гетеродина. Кроме того, вычислительньй блок содержит три пиковых детектора, делитель напр жени , коммутатор и ком паратор, причем первый, второй и третий входы вычислительного блока  вл ютс  соответственно входами первого , второго и третьего пиковых детекторов , выход первого пикового детектора соединен с первым входом ком мутатора, выход второго пикового детектора соединен с входом делител  напр жени , выход которого соединен вторым входом коммутатора, выход которого соединен с первым входом компаратора , выход третьего пикового детектора соединен с вторым входом компаратора, выходкоторого  вл етс  выходом вычислительного блока, третий вход коммутатора  вл етс  входом вычислительного блока.. Кроме того, блок управлени  содержит устройство управлени  и два генератора линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением, при чем первый, второй, третий, четвертый и. п тый выходы устройства управлени   вл ютс  соответственно первым , вторым, третьим, п тым и шестым выходами блока управлени , шестой , седьмой и восьмой выходы устройства управлени  соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго генератора линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением, выход которого  вл етс  седьмым выходом блока управ лени , дев тьй, дес тый и одиннадцатый выходы устройства управлени  соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого генератора линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением, выход которого  вл етс  четвертым выходом блока управлени , вход устройства управлени   вл етс  входом блока управлени . На чертеже представлена функциональна  электрическа  схема цифрового измерител  добротности резонансной системы. Цифровой измеритель добротности резонансной системы состоит.из частотомера 1, смесител  2, второго гетеродина 3, генератора 4 резонансной частоты, первого гетеродина 5, первого 6, второго 7 коммутаторов, исследуемой резонансной системы 8, третьего 9 и четвертого 10 коммутаторов , вычислительного блока 11 и блока ,12 управлени . Вычислительный блок 11 состоит из первого 13, второго 14 и третьего 15 пиковых детекторов , делител  16 напр жени , коммутатора 17 и компаратора 18. Блок 12 управлени  состоит из устройства 19 управлени , первого 20 и второго 21 генераторов линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением. Исследуема  резонансна  система 8 включаетс  между выходом второго коммутатора и входом третьего коммутатора , выход которого через четвертый коммутатор соединен с одним из входов вычислительного блока 11. Генератор 4 резонансной частоты через первый коммутатор 6 соединен с входом второго коммутатора 7, а выход первого гетеродина 5 через коммутатор 7 соединен с входом исследуемой системы 8. Цифровой измеритель добротности резонансной системы работает следующим образом. Цифровой измеритель добротности резонансной системы работает в двух режимах Измерение и Индикаци . В режиме Измерение происходит определение резонансной частоты -pQ . и частоты f. , отсто щей от резонансной на половину полосы пропускани  исследуемой резонансной системы 8, и вычисление добротности, Импульсом по первому выходу устройства 19 управлени , поступающим на, первый 6 и четвертый 10 коммутаторы и по четвертому входу вычислительного блока 11 на третий вход коммутатора 17j происходит подключеиие выхода второго гетеродина J. к входу второго коммутатора 7, первого выхода третьего коммутатора 9 по первому входу вычислительного блока 1 1 к входу первого пикового дете тора 13, выход которого через комму татор 17 вычислительного блока 11 подключаетс  к первому входу компаратора 18. Импульсами по второму вьгходу устройства 19 управлени  про исходит поочередное подключение с помощью второго коммутатора 7 выходов второго 3 и первого 5 гетеродинов к входу исследуемой резонансной системы 8 и с помощью третьего коммутатора 9 выход исследуемой резонансной системы 8 синхронно подключаетс  к первому 13 и третьему 15 пиковым детекторам вычислительного блока 11, на выходах компаратора 18 сравниваютс  напр жени  с первого 13 и третьего 15 пиковых детекторов которые пропорциональны напр жени м частотами fv, второго 3 и -рj первого 5 гетеродинов, прошедших через исследуемую резонансную систему 8 при поочередной коммутации ее входа и выхода вторым 7 и третьим 9 коммутаторами . Импульсами по третьему выходу устройства 19 управлени  бло ка 12 управлени  происходит переклю чение поддиапазонов первого гетеродина 5, генератора 4 резонансной частоты и второго гетеродина 3 по их первым входам и плавна  перестройка в пределах каждого поддиапа зона по их вторым входам напр жение первого генератора 0 линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением по четвертому выходу блока 12 управлени , управл емого по его входам импульсами с дев того, дес того и одиннадцатого выходов устройства 19 управлени , причем перестройка первого гетеродина 5, генератора 4 резонансной частоты и второго гетеродина 5 производитс  так, что всегда выполн ютс  услови  0,95fo f 1,05fo, (1) В конце ка едого поддиапазона про изводитс  сброс выходного напр жени  первого генератора 20 линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением импульсами, подаваемыми на «го третий вход по одиннадцатому выходу устройства 19 управлени . Процесс перестройки происходит до тех пор, пока на входах компаратора 18не сравн ютс  по амплитуде напр жени  с первого 13 и третьего 15 пиковых детекторов, что соответствует настройке первого гетеродина 5 на левый склон резонансной кривой, а второго гетеродина 3 на правый склон резонансной кривой, и при выполнении услови  (1) генератор 4 резонансной частоты точно настраиваетс  на резонанснуй частоту f о исследуемой резонансной системы 8. На выходе компаратора 18 по вл етс  импульс, поступающий на вход устройства 19 управлени  и останавливающий переключение поддиапазонов второго гетеродина 3, генератора 4 резонансной частоты и первого гетеродина 5. Плавна  перестройка в пределах поддиапазона останавливаетс  импульсом с дес того выхода устройства 19 управлени  по второму входу первого генератора 20 линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением, перевод щим его в режим хранени  выходного напр жени , при котором генератор 4 резонансной частоты генерирует частоту -fp , равную резонансной частоте исследуемой резонансной системы. Импульсом с первого выхода устройства 19 управлени , поступающим на первый 6 и четвертый 10 коммутаторы и по четвертому входу вычислительного блока 11 на третий вход коммутатора 17, происходит подключение выхода генератора 4 резонансной частоты к входу второго коммутатора 7, первого выхода третьего коммутатора 9 по второму входу вычислительного блока 11 на вход второго пикового детектора 14, выхода делител  16 напр жени  к первому входу компаратора 18. На входах компаратора 18 сравниваютс  напр жени  с второго пикового детектора 14, разделенное наУТ делителем 16 напр жений , и третьего пикового детектора 15, пропорциональные напр жени м с частотами -f генератора 4 резонансной частоты HTj первого гетеродина 5, проход щих резонансную систему 8 при поочередной коммутации вторым 7 и третьим 9 коммутаторами, управл емых импульсами по второму выходу устройства 19 управлени . Импульсом по шестому выходу устройства 19управлени  запускаетс  второй генератор 21 линейно измен ющегос 

9

напр жени  со сбросом и хранением, линейно возрастающее напр жение которого по седьмому выходу блока 12 управлени  подаетс  на третий вход первого гетеродина 5 и уменьшает частоту первого гетеродина 5 до тех пор, пока на входах компаратора 18 не сравн ютс  напр жени  с второго пикового детектора 14, разделенное делителем напр жени  16 на1/7, и с третьего пикового детектора 15, что соответствует настройке первого гетеродина 5 на частоту f. , отсто щую от резонансной на половину полосы пропускани  исследуемой резонансной систзмы 8 на уровне 0,707 (-ЗдБ). На выходе компаратора 18 по вл етс  импульс, поступающий на вход устройства 19 управлени , и импульсом по его седьмому выходу, поступающим на второй вход второго генератора 21 . линейно измен ющегос  напр жени  со сбросом и хранением, последний переводитс  в режим хранени  выходного напр жени , при котором первый гетеродин 5 генерирует частоту т на первом склоне резонансной кривой отсто щей от резонансной на половину полосы пропускани  исследуемой резонансной системы 8 на уровне 0,707 (-ЗдБ). Напр жение с частотой fс выхода первого гетеродина 5 поступает на вход смесител  2, где оно смешиваетс  с частотой fр с выхода генератора 4 резонансной частоты , поступающей на другой вход смесител  2, и на выходе смесител  2 образуетс  напр жение с частотой ftf, равной половине полосы пропускани  исследуемой резонансной системы 8 на уровне 0,707 (-ЗдБ) лГ f/-f о, которое поступает на вход частотомера 1, работающего в режиме измерени  отношени  двух частот, на другой вход которого поступает напр жение с резонансной частотой fo с

0967110

выхода генератора 4 резонансной частоты . Импульсом с четвертого выхода устройства 19 управлени  частотомер

1 запускаетс  в режим измерени  от/1

5 ношени  N -, значение которого дт

делитс  на 2 и записываетс  в регистр пам ти частотомера. На этом режим Измерение заканчиваетс .

10 Импульсом с п того выхода устройства 19 управлени , поступающим на четвертый вход частотомера 1, разрешаетс  индикаци  измеренной добротности Q Л//2 исследуемой резонан15 сной системы 8, а по остальным выходам устройства 19 управлени  цифровой измеритель добротности резонансной системы подготавливаетс  к следующему циклу измерени , что опре-

20 дел етс  работой устройства 19 управлени  .

Использование цифрового измерител  добротности резонансной системы обеспечивает по сравнению с измери25 телем добротности Е 9-5 р д преимуществ . Повышаетс  точность измерени  добротности с 10% до 0,3-0,35% за счет автоматизации процесса измерени  и уменьшени  методической и ин30 струментальной погрешностей измерени  добротности. Использование цифрового измерител  добротности резонансной системы существенно улучшает услови  труда за счет повьш1е , ни  производительности измерени , повышает показатели качества и надежность выпускаемой продукции за счет повышени  точности и автоматизации процесса измерени .

4Q. Экономический эффект от внедрени  предлагаемого цифрового измерител  добротности образуетс  за счет повышени  производительности измерений и показателей качества и дежности по сравнению с измерителем добротности с Е 9-5.

Claims (3)

1. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ, содержащий гетеродин, смеситель, частотомер, зажимы для подключения резонансной системы, вычислительный блок и блок управления, причем выход смесителя соединен с первым входом частотомера, выход вычислительного блока соединен с входом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения добротности, в него введены второй гетеродин, генератор резонансной частоты и четыре коммутатора, причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генератора резонансной частоты соединен с вторым входом частотомера, с первым входом смесителя и вторым входом первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, выход первого гетеродина соединен с вторым входом смесителя и вторым входом второго комму татора, выход которого соединен с одним зажимом для подключения резонансной системы, второй зажим для подключения резонансной системы соединен с первым входом третьего коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом четвертого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, второй выход третьего коммутатора соединен с третьим входом вычислительного блока, первый выход блока управления соединен с третьим входом первого коммутатора, вторым входом четвертого коммутатора и четвертым входом вычислительного блока, второй выход блока управления соединен с третьим входом второго коммутатора и вторым входом третьего коммутатора, третий выход блока управления соединен с первыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и вто рого гетеродина, четвертый выход блока управления соединен с вторыми входами первого гетеродина, генератора резонасной частоты и второго гетеродина, пятый и шестой выходы блока управления соединены соответственно с третьим и четвертым входами частотомера, седьмой выход блока управления соединен с третьим входом первого гетеродина.

2. Измеритель по п. ^отличающийся тем, что вычислительный блок содержит три пиковых детектора, делитель напряжения, коммутатор и компаратор, причем первый, второй и третий входы вычислительного блока являются соответственно входами первого, второго и третьего пиковых детекторов, выход первого пикового детектора соединен с первый входом коммутатора, выход второго пикового детектора соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен ? втбрым входом коммутатора, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход третьего пикового детектора соединен с вторым входом компаратора, вьгход которого является выходом вычислительного блока, третий вход коммутатора является входом вычислительного блока.

3. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что, блок управления содержит устройство управления и два генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, причем первый, второй,третий,четвертый и пятый выходы устройства управления являются соответственно первым, вторым, третьим^ пятым и шестым выходами блока управления, шестой, седьмой и восьмой выходы устройства управления соединены соответственно с первым,вторым и третьим входами второго генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является седьмым выходом блока управления, девятый, десятый и одиннадцатый выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является четвертым выходом блока управления, вход устройства управления является входом блока управления.