SU1420564A1 - Фазогенераторный измеритель магнитной восприимчивости - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике резонансных фазогенераторов и может быть использовано дл  измерени  магнитных свойств веществ. Цель изобретени  - повышение чувствительности преобразовател  за счет увеличени  диапазона расстройки контура, при котором еще сохран етс  синхронизм генераторов, а также повышение производительности измерений. Расстройка, вносима  индуктивным датчиком в контур одного из двух св занных взаимосинхронизированных генераторов, приводит к фазовому сдвигу между напр жени ми на этих контурах, который фиксируетс  в цифровом вычислительном блоке и служит исходной величиной дл  расчета магнитной восприимчивости. Повышение добротности колебательных контуров генераторов с помощью управл емых конверторов отрицательного импеданса, автоматическа  подстройка резонансных частот этих контуров и управл ема  св зь между генераторами позвол ют повысить информационные характеристики измерител . 5 ил. I (Л

Description

4 N5

О

сл

05 4

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  магнитных свойств веществ, а также широкого класса неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы индуктивными датчиками.

Цель изобретени  - повышение чувствительности преобразовател  путем повышени  добротности контуров генераторов, увеличени  диапазона расстройки контуров, при котором еще сохран етс  синхронизм генераторов .

На фиг. 1 приведена функциональна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - алгоритм работы блока управлени ; на фиг. 3 - принципиальна  схема устройства; на фиг. 4 - характеристика преобразовател ; на фиг. 5 - функциональна  схема блока управлени .

Устройство содержит первый генератор 1, имеюший вход управлени  частотой и коммутирующий вход, в контур которого включен индуктивный датчик 2, второй генератор 3, нелинейный элемент 4 св зи, имеющий первый и второй сигнальные входы и вход управлени , конвертор 5 отрицательного импеданса , имеюш.ий управл ющий вход и включенный в контур генератора , конвертор 6 отрицательного импеданса, также имеюший вход управлени  и включенный в контур генератора 3, преобразователь 7 разности фаз в длительности импульса, блок 8 управлени  и регистратор 9. Первый генератор 1 содержит (фиг. 3) усилительный элемент 10 .с цеп ми задани  режима и колебательным контуром, которые образованы четырьм  параллельными ветв ми, перва  из которых состоит из последовательно соединенных индуктивного датчика 2, эталонной катушки 11 индуктивности, параллельно которой подключены нормально замкнутые контакты 12 реле 13, и первичной обмотки трансформатора 14 св зи. Втора  ветвь состоит из последовательно соединенных конденсатора 15 и варикапа 16. Треть  ветвь представл ет собой входное с опротивление конвертора 5. Четверта  ветвь содержит последовательно соединенные конденсаторы 17 и 18. Второй генератор содержит усилительный элемент 19 с цеп ми задани  режима и колебательным контуром, которые образованы трем  параллельными ветв ми. Перва  ветвь содержит последовательно соединенные индуктивность 20 и первичную обмотку трансформатора 21 св зи, втора  ветвь представл ет собой входное сопротивление конвертора 6, треть  ветвь содержит последовательно соединенные конденсаторы 22 и 23. Нелинейный элемент 4 включен между выводами обмоток вторичных трансформаторов 14 и 21 св зи и содержит нелинейные элементы 24 и элементы 25 управлени .

Вход управлени  частотой и коммутирующий вход первого генератора 1 св заны со

5

0

5

0

5

0

ответственно с аналоговым и коммутирующим выходами блока 8, а выход первого генератора 1 св зан с первым сигнальным входом нелинейного элемента 4 и первым информационным входом блока 8. Выход второго элемента 2 св зан с вторым информационным входом блока 8 и вторым сигнальным входом элемента 4. Управл ющий вход конвертора 5 св зан с первым управл ющим выходом, а управл ющий вход конвертора 6 - с вторым управл ющим выходом блока 8, третий управл ющий выход которого св зан с управл ющим входом нелинейного элемента 4. Входы преобразовател  7 разности фаз в длительность импульса св заны с выходами первого и второго генераторов 1 и 2, а его выход св зан с информационным входом блока 8. Генератор 1 выполнен по схеме с емкостной обратной св зью через конденсаторы 17 и 18. Их емкости вместе с емкостью конденсатора 15 и варикапа 16, индуктивностью датчика 2 и первичной обмотки трансформатора 14 определ ют частоту генерации . Катод варикапа 16  вл етс  входом управлени  частотой генератора 1. Управл емый конвертор 5 включен в контур дл  частичной компенсации его активной проводимости . Вызванное этим повышение добротности контура позвол ет на пор док повысить чувствительность схемы. Реле 13 контактами позвол ет подключать эталонную катушку индуктивности 11 и тем самым вносить в контур заранее известную расстройку , провод т калибровку устройства. Схема генератора 3 аналогична схеме генератора 1 за исключением того, что в ней отсутствуют цепи управлени  частотой и калибровки. Св зь между генераторами 1 и 2, вызывающа  их взаимную синхронизацию, осуществл етс  с помощью трансформаторов 14 и 21 через нелинейные элементы 24. Из анализа работы св занных генераторов следует , что чувствительность такой схемы определ етс  выражением

к - const;

(i;

где Q

добротность колебательных контуров первого и второго генераторов ();

- активна  проводимость контуров первого и второго генераторов; gc - проводимость элемента св зи. При этом с повышением чувствительности происходит сужение полосы захвата генераторов. Введение нелинейного элемента позвол ет сохранить высокую чувствительность при малых расстройках контура, сохран   удовлетворительную полосу захватывани . Если в качестве нелинейного элемента 24 используютс  встречно-параллельно включенные диоды, переходна  характеристика преобразовател  имеет вид (фиг. 4а) Однако при этом характеристика остаетс  линейной в очень узком диапазоне расстроек . Введение эле.мента 25 в виде управл емого активного сопротивлени , включенного параллельно имею1;;емус  нелинейному элементу 4, позвол ет получать различную крутизну преобразовани  (фиг. 46).

Цифровой вычислительный блок (фиг. 5) содержит входные счетчики 26-28, буффер- ные входные регистры 29-31, центральный процессорный элемент 32, оперативное 33 и посто нное 34 запоминающие блоки, синхронизатор 35, управл ющий дешифратор 36, выходные буфферные регистры 37-43, циф- роаналоговые преобразователи 44-47, ключевой усилитель 48. Центральный процессорный элемент 32 организует работу всего устройства в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 2, по програ.мме, котора  находитс  в блоке 34. Блок 33 используетс  как дл  организации вычпслсч. н  значений магнитной восприимчивости х, так   дл  наконлени  этих значений при усреднении результатов измерений. Входные регистры 29-31 предназначены дл  фиксации кодов счетчиков при измерении частоты колебаний генераторов 1 и 2 и сдвига фаз между ними. Выходные буферные регистры 37 - 39 предназначены дл  хранени  текущих значений управл ющих сигналов, которые преобразуютс  в аналоговую фор.му цифроана- логовыми преобразовател ми 44-46, выходы которых  вл ютс  соответственно первым , вторы.м и третьим управл ющилш выходами блока 8. Как показано на фиг. 3, унравл емый резистор 49 элемента 25 оптически св зан с излучающим диодом 50,

Устройство и.меет два режима работы «Подготовка и «Измерение. Р ежи.м «Подготовка выполн етс  в .два этапа: «Установка нул  и «Калибровка (фиг. 2). При нажатии «Подготовка блоком 8 выполн етс  следующа  последовательность действий: частота генератора 1 сигна/юл;, подаваемыл на его аналоговый вход управ- . юни , подстраиваетс  до тех нор, пока не в ы I i ол н   юте   VC л о в и  :

где/: - частота генератора 1;

/;; частота генератора 2;

7. - сдвиг фаз .между напр жени ми на контурах генераторов 1 и 2.

Условие (2) начинает выполн тьс  с то- о момента, когда 1 енераторы вход т в полосу захвата, дальнейша  подстройка ведетс  до выг. олнени  услови  (3), которое свидетельствует о том, что расстройка контуров генераторов i и 2 относительно частоты генерац /;i-, в полосе захвата равна нулю ; , пределах выбранной точности измерен Я Ус,и дствие того, что полоса

5

захвата (или взаимной синхронизации) генераторов 1 и 2 нропорциональна нрово- димости элемента 4, нроцесс установки нул  начинаетс  при таком сигнале на входе управлени  нелинейного элемента 4, которому соответствует макснмальна  его прово- ди.мость. После того, как вынолнены услови  (2) и (3), на третьем управл юн1ем выходе блока 8 формируетс  мен ющийс  во времени сигнал, по которому нроводимость

эле.мента 4 измен етс  от млко до , что, согласно фиг. 46. означает возрастание чувствительности преобразовател  от до . При этом посто нно провер етс  выполнение условий (2) и (3), нарущение которых  вл етс  д,1Я блока 8 сигналом о необходимости более точной подстройкн частоты генератора 1. По достижении значени  нроводн:пости элемента 4 величины омиь этап установки нул  считаетс  законченным и устройство переходит к после0 довательностн де.чствий но калиб|1овке преобразовател .

По сигна; ;у с коммутирующего блока 8 на ком.мутирующий вход генератора 1 срабатывает реле 13. размыкаютс  его контакты 12 и в ко.пебательный контур е:-1е)атора I оказываетс  вк. ноченной донс1.. индуктивность II, ве- лнчн.ча которой известна. Введенна  таким образом расстройка нрнвсХ игг к с.дйнгу фаз между напр же1щ .М11 на кон0 турах. который нреоб| :1азуетс  нр.еоб- разователем 7 в длительность имнульса н подаетс  на цифровой вход б.юка 8, который нреобраз -ет ее в цифровой код . Этот код сравниваетс  с записанным в пам ти б. юка 8 кодом и, если

5 //« // / /Gi //: блок 8 подстраивает величину внесенного в коьггуры генераторов 1 н 2 отрицательного сонроти влени  конверторов 5 и 6. Корректировка ч вствите;1ьности преобразовател  производитс  до тех пор. пока ПС выгю.чн етс  условне /, //a i// - lloc. ie это1 0 с1 И.аетс  сигна. с ком.мути- рующего входа renepaToiia 1, индуктивность II блокируетс  контакта.ми 12 н устройство готово к H3Mepei4ino. Сигналом I OTOBHOCTM слчжнт по вление ну.1ей на регистраторе 9.

5

1 ежпм 1 Ниц1Н р т -   нажатиe i кнопки «Пзмерение. Работа устройства в это.м режиме аналогична режиму «Калибровка с той .пинь разнице, что расстройка контура )атора 1 вызываетс 

0 изменением инд) ктивности датчика 2. Повы- ojeHne метро. югических характеристик устройства достигаетс  тем. что блок 8, выполненный с ipHN .efienHe.x л икронро 1ессо- ра, позвол ет осуществ.1 ть ги .фроьое ус})ед- нение результатов ,1сренпй как но 1)дному

5 образцу д.:1  различного его положени , так и д. р да однородных образцов. Введение конверто|1()в снособст| ует новьнне- нию м -иств1 те. ьности преобразовател , но: вол ет управл ть его параметрами. Аналогичной цели служит управл емый нелинейный элемент св зи генераторов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фазогенераторный измеритель магнитной восприимчивости, содержащий регистратор, первый генератор, в контур которого включен индуктивный датчик, второй генератор, а также нелинейный элемент св зи и преобразователь разности фаз, объединенные входы которых соединены с соответствующими выходами генераторов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности , он снабжен двум  конверторами отрицательного импеданса и блоком управлени , при этом конверторы отрицательного

   импеданса включены в контуры соответствующих генераторов, вход управлени  и коммутирующий вход первого генератора соединены соответственно с аналоговым и

   коммутирующим выходами блока управлени , первый и второй управл ющие выходы которого соединены с входами управлени  соответствующих конверторов отрицательного импеданса, выход преобразовател  разности фаз соединен с первым информационным входом блока управлени , а выходы генераторов соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами блока управлени , третий управл ющий выход и информационный выход которого соединены соответственно с входом управлени  нелинейного элемента и входом регистратора .

   Фиг,1

   ю

   V

   W/3./ Я 7Л7/г Ct .J

   25r

   17

   15

   -R

   73

   У8

   /5

   1Э

   22

   3

   Ш-R

   23

   /4

   Фиг.З