SU1684692A1

SU1684692A1 - Способ измерени импеданса двухполюсника и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1684692A1
Application number: SU894750180A
Authority: SU
Inventors: Генриетта Николаевна Билянская; Владимир Петрович Мокшанцев
Original assignee: Научно-Производственное Объединение Им.Коминтерна
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1991-10-15

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в специализированных измерительных приборах и в составе контрольной аппаратуры генераторов переменного тока Цель изобретени - повышение точности измерени при больших уровн х мощности поступающей в измер емый двухполюсник за счет исключени подбора и коммутации прецизионных мер - достигаетс тем, что четырех- плечий кольцевой мост переменного тока с разв занной парой входов к одному из коИзобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл точных автоматизированных измерений в специализированных измерительных приборах Цель изобретени - повышение точности измерени при большой мощности, поступающей в исследуемый двухполюсник, за счет исключени подбора и коммутации прецизионных мер На фиг.1 дана структурна схема устройства дл реализации способа измерени торых подключают исследуемый двухполюсник дополнительно возбуждают переменным током по второму разв занному входу уравновешивание моста осуществл ют пробными калиброванными приращени ми фазы и амплитуды ЭДС возбуждающих источников переменного тока с контролем баланса моста по амплитуде напр жени на свободном выходе моста а параметры импеданса исследуемого двухполюсника (модуль и фазу) вычисл ют по амплитуде и фазе отношени напр жении на возбужденных входах уравновешенного моста по формуле. Устройство дл реатизации способа содержит четырехплечий мост 1 из отрезков четвертьволновых линий, исследуемый двухполюсник, разв зывающую нагрузку 3. нагрузки-делители 6 7 ключи 8 9 генераторы 4 5. дешифратор 10, коммутатор 11, блок обратного преобразовани частоты 12, датчик 13 разности фаз, анализатор 14 экстремума , модул тор 15, регистр 16 фазы импеданса вычислитель 17 синхронизатор 19 и генератор 20 опорной частоты 2с п ф-лы 3 ил 1 табл. импеданса двухполюсника, на фиг 2 - алгоритм уравновешивани моста по фазе на фиг 3 -алгоритм уравновешивани моста по амплитуде Уравновешивание моста осуществл ют путем создани пробных раздельных приращений фазы и амплитуды отношени ЭДС источников переменного тока, при которых измер ют амплитуду на нулевом входе моста , создают приращение фазы отношени ЭДС на 180&deg;, снова измер ют амплитуду на нулевом входе моста и выбирают в качестве (Л С о 00 о о .ю

Description

начала отсчета фазы то из ее значений, при котором измеренна амплитуда оказалась больше, а в случае равенства амплитуд - исходное значение, величину амплитуды напр жени на нулевом входе моста, соответствующую началу отсчета фазы, принимают за начальное значение амплитуды и3н, затем последовательно создают приращени фазы отношени ЭДС источников на 90 и 180°, измер амплитуду напр жени на нулевом входе моста (Ugo и Ово) после каждого из них, по таблице выбора знаков выбирают знак первого приращени фазы , имеющего модуль 90°, затем последовательно создают р д приращений фазы с модулем, равным половине предыдущего модул , начина отсчет со второго, измер амплитуду напр жени на нулевом входе моста после каждого приращени фазы и выбира знак приращени по таблице выбора знаков, до тех пор, пока очередное измеренное значение амплитуды не станет равным начальному, после чс х создают последнее приращение фазы, равное половине алгебраической суммы всех приращений фазы, начина с первого, плюс 180°, после этого измер ют амплитуду напр жени на нулевом входе моста, последовательно создают приращени модул отношени ЭДС источников, возбуждающих мост, по величине равные удвоенному минимально возможному , а по направлению уменьшающие этот модуль, и измер ют амплитуду напр жени на нулевом входе,моста после каждого приращени до тех пор, пока после очередного приращени отношени ЭДС знака изменени напр жени на нулевом входе моста не сменитс на противоположный , после чего создают последнее приращение модул отношени ЭДС, равное по величине минимально возможному , а по направлению,- противоположное предыдущему,и на этом заканчивают уравновешивание .

Устройство дл реализации способа измерени импеданса двухполюсника содержит двухполюсник 1,кольцевой мост 2 без потерь с четвертьволновыми плечами, в одном из которых создан дополнительный сдвиг фаз 180°. разв зывающую нагрузку 3, первый и второй генераторы 4 и 5 переменного тока, согласующие нагрузки-делители 6 и 7, ключи 8 и 9 с дешифратором 10. коммутатор 11, блок 12 обратного преобразовани частоты, датчик 13 разности фаз, анализатор 14 экстремума, модул тор 15, регистр 16 фазы импеданса, вычислитель 17, регистр 18 модул импеданса, синхронизатор 19 и генератор 20 опорной частоты.

При этом исследуемый двухполюсник 1 подключен к одному из разв занных входов моста 2, к соседнему входу которого подключена разв зывающа нагрузка 3 с

сопротивлением, равным половине волнового сопротивлени плеч моста, генераторы 4 и 5 своими первыми выходами подключены через нагрузки-делители б и 7 и ключи 8 и 9 к соседним входам моста 2, вторые вхо0 ды ключей объединены и подключены к выходу дешифратора 10, вторые выходы нагрузок-делителей 6 и 7 и разв зывающа нагрузка 3 подключены к первому, второму и третьему входам коммутатора 11, выход

5 которого соединен с ВЧ-входом блока 12 обратного преобразовани частоты, другие входы которого соединены с вторым и третьим вспомогательными выходами второго генератора 5, а выход подключен к входу

0 датчика 13 разности фаз, первый вход которого св зан с четвертым выходом генератора 5,и к входу анализатора 14 экстремума, выход датчика 13 разности фаз подключен к магистрали управлени фазой, соедин ю5 щей первый выход модул тора 15 с входом управлени фазой генератора 5 и входом- выходом вычислител 17, первый выход анализатора 14 подключен к второму входу вычислител 17, а второй и третий выходы

0 анализатора 14 подключены к первому и второму входам модул тора 15 и к первому и второму входам синхронизатора 19 соответственно , второй вход модул тора 15 через магистраль управлени амплитудой

5 подключен к входу управлени амплитудой генератора 5, второй и третий выходы вычислител 17 подключены к информационным входам регистра 16 фазы импеданса и регистра 18 модул импеданса, генератор 20

0 опорной частоты своим выходом подключен к первым входам генераторов 4 и 5 и синхронизатора 19, который св зан магистралью син- хрокоманд с входами синхронизации генератора 5, дешифратора 10, коммутатора

5 11. анализатора экстремума 14, модул тора 15, вычислител 17 и регистров 16 и 18.

Работа устройства дл реализации способа измерени импеданса двухполюсника (все действи устройства выполн ютс по

0 кодированным командам из синхронизатора 19) осуществл етс следующим образом. Сначала выравниваютс фазы и амплитуды генераторов 4 и 5. Дл этого размыкаютс ключи 8 и 9. Коммутатор 11 по

5 соответствующим командам из синхронизатора 19 поочередно подключает выходы нагрузок-делителей 6 и 7 к входу блока 12 обратного преобразовани частоты. В блоке 12 входной ВЧ-сигнал преобразуетс в сигнал промежуточной ПЧ-частоты, на который

линейно перенос тс фаза и амплитуда исходного сигнала. Сигнал ПЧ поступает на входдатчика разности фаз 13 и анализатора экстремума 14. В датчике разности фаз фаза подаваемого на вход сигнала сравниваетс с фазой опорного сигнала, поступающего из генератора 5, и смещение относительно него по фазе запоминаетс . Таким образом, оказываютс зафиксированными сдвиги по фазе сигналов от генераторов 4 и 5 относительно опорного сигнала. По записанным данным вычисл етс разность фаз колебаний генераторов 4 и 5. Эта разность с обратным знаком поступает в кодовой форме через магистраль управлени фазой на вход генератора 5 и записываетс в его регистре. По записанной информации генератор 5 измен ет фазу своих ВЧ-колебаний до их совмещений с фазой колебаний генератора 4. Регистр управлени фазой в генераторе 5 обнул етс , и на этом выравнивание фаз заканчиваетс . При выравнивании амплитуд измер етс и преобразуетс в цифровую форму амплитуда каждого сигнала от генераторов 4 и 5. Это происходит в анализаторе экстремума 14. Оба значени запоминаютс , сравниваютс , и результат сравнени (больше, меньше, равно) поступает в модул тор 15 и в синхронизатор 19. Если результат сравнени равно, выравнивание амплитуд закончено, и синхронизатор 19 начинает выдавать команды дл осуществлени процедуры уравновешивани моста. В остальных случа х результат сравнени запоминаетс в модул торе 15. Далее модул тор 15 устанавливает в магистрали управлени амплитудой код приращени амплитуды, по модулю равный удвоенному минимальному кванту управлени амплитудой генератора (2 AUmin) со зна- ком; противоположным результату сравнени . Этот код записываетс в регистр управлени амплитудой генератора 5. По записанной информации генератор 5 измен ет амплитуду своих колебаний, после чего регистр управлени амплитудой обнул етс . Нова амплитуда вновь измер етс , записываетс , сравниваетс и т.д. до тех пор, пока после очередного приращени амплитуды результат сравнени не изменитс на противоположный. Этот признак фиксируетс в синхронизаторе 19, после чего по его команде модул тор 15 записывает новый результат сравнени и устанавливает в магистрали управлени амплитудой код приращени амплитуды,по модулю равного минимальному кванту управлени амплитудой Ј0 знаком,противоположным предыдущему . Генератор 5. как и прежде, отрабатывает это приращение, его регистр

обнул етс , и выравнивание амплитуд заканчиваетс . Погрешность выравнивани по такому алгоритму не превышает разрешающей способности управлени амплиту- 5 дои.

После выравнивани параметров колебаний генераторов 4 и 5 производитс уравновешивание моста 2 по фазе. Дл этого замыкаютс ключи 8 и 9. Коммутатор 11 со10 един ет нулевой вход моста с входом блока 12, и аналогично предыдущему преобразованный сигнал с его выхода поступает на вход анализатора 14 экстремума. Здесь амплитуда входного сигнала измер етс , пре5 образуетс в цифровую форму и ее значение запоминаетс . Далее модул тор 15 устанавливает в магистрали управлени фазой код приращений фазы на 180°. Это значение, как и ранее, записываетс в регистр управ0 лени фазой генератора 5, отрабатываетс генератором 5, и сигнал со смещенной на 180° фазой снова поступает на вход анализатора 14 эстремума Здесь амплитуда снова измер етс , ее значение запоминаетс и

5 сравниваетс с первым. Результат сравнени поступает в модул тор 15 и запоминаетс . Одновременно в анализаторе 14 экстремума дополнительно запоминаетс то из значений амплитуды, которое больше.

0 Оно принимаетс в качестве начального (USM). Если результат сравнени равно, в качестве начального принимаетс первое. Далее выбираетс первое приращение фазы , Дл этого модул тор 15 устанавли5 вает в магистрали управлени фазой код

приращени фазы Лу + 90° , который аналогично предыдущему шагу записываетс в регистр управлени фазой генератора 5. Генератор 5 измен ет фазу ВЧ-колебаний О на 90°. 8 анализаторе экстремума новое значение амплитуды запоминаетс , регистр генератора обнул етс . Модул тор устанавливает в магистрали управлени фазой

5 код приращени фазы Лу 180° , по которому , как и ранее, генератор 5 вновь измен ет фазу своих ВЧ-колебаний на 180° В анализаторе экстремума 14 амплитуда напр жени с нулевого входа моста снова изQ мер етс , запоминаетс , сравниваетс с предыдущей и передаетс в модул тор 15 и синхронизатор 19. Если результат сравнени меньше, повтор етс процедура изменени фазы на 180°. Если результат

е сравнени больше или равно, измеренна амплитуда сравниваетс с начальным значением Озн и результат так же как и результат предыдущего сравнени записываетс в модул торе 15, а в магистрали управлени фазой устанавливаетс код первого приращени фазы с модулем 90 и знаком в соответствии с таблицей выбора знака, после чего значение первого приращени записываетс в вычислитель Далее модул тор поочередно формирует коды приращени фазы , начина с I 2 такие , что модуль 7J-I Луэ( i - 1 ) I .генератор 5 их принимает, соответственно мен ет фазу ВЧ-колебаний. вычислитель 17 принимает и суммирует эти коды, а в анализаторе 14 экстремума после каждого приращени измер етс амплитуда напр жени на нулевом входе моста, сравниваетс с начальным значением (Jan. При этом знак каждого следующего приращени определ етс в соответствии с таблицей выбора знака. Процедура продолжаетс до получени результата сравнени равно или исчерпани заложенного в устройство количества шагов (N). После этого вычислитель 17 устанавливает в магистрали управлени фазой код приращени фазы Ада . равный полусумме накопленных приращений с обратным знаком плюс 180°

1 ( о ( 4

Л(/5| ) + 180° На этом

уравновешивание по фазе заканчиваетс .

Так как перед уравновешиванием моста по фазе амплитуды генераторов 4 и 5, а следовательно, и их ЭДС, выравнены и в процессе фазировани не мен ютс , дл уравновешивани моста по амплитуде в анализаторе 14 экстремума измер етс и записываетс значение амплитуды на нулевом входе моста, по вившеес после окончани уравновешивани моста по фазе. Затем в модул торе 15 последоватепьно формируетс код отрицательного приращени амплитуды ЭДС генератора 5 на величину удвоенного минимального кванта приращени . Код устанавливаетс в магистрали управлени амплитудой, принимаетс генератором 5, который соответственно уменьшает амплитуду своих колебаний как описывалось выше. Анализатор 14 экстремума измер ет амплитуду напр жени на нулевом входе моста, запоминает ее значение и сравнивает с значением,записанным в предыдущем цикле Резупьтат сравнени поступает в модул тор 15 и синхронизатор 19. Такие циклы повтор ютс до тех пор. пока резупьтэт сравнени не изменит знак на обратный (меньше1 н больше ). После этого модул тор 15 устанавливает код приращени амплитуды, по модулю равною ми нимальному кванту приращени а по знаку - противоположное предыдущему На этом

уравновешивание по амплитуде заканчиваетс

После полного уравновешивани моста по фазе и по амплитуде производитс измерение параметров возбуждающих напр жений и вычисление по ним параметров измер емого импеданса Дл этого коммутатор 11 подает сигнал с нагрузки-делител 6 на вход блока 12 и далее на входы датчика

0 13 разности фаз и анализатора 14 экстремума В датчике 13 разности фаз, как и выше, измер етс и записываетс сдвиг фазы сигнала с нагрузки-делител б относительно опорного. В анализаторе 14 экстремума из5 мер етс амплитуда сигнала, преобразуетс в цифровую форму, передаетс в вычислитель 17,где и записываетс (амплитуда Ui). Затем коммутатор 11 подключает к входу блока 12 сигнал с нагрузки-делител

0 7. Сигнал, как и ранее, поступает в датчик 13 и анализатор 14. В датчике 13 разности фаз измер етс его сдвиг фазы относительно опорного сигнала и формируетс в цифровой форме и передаетс в вычислитель 17

5 разность фаз между сигналами с нагрузок- делителей 6 и 7. т е разность фаз между генераторами 4 и 5 В анализаторе, как и в предыдущем случае, измер етс , преобразуетс и передаетс в вычислитель 17 вели0 чинаамплитудысигналас

нагрузки-делител 7 (амплитуда U2) В вычислителе 17 обе величины записываютс По прин тым данным в вычислителе вычисл ютс модуль и фаза измерг мого импе5 данса. Далее вычисленные знз ени модул и фазы импеданса поступают н jxoflbi регистров 16 и 18 и записыоаю)с . Определение импеданса на этом заканчиваетс . Таким образом, данное техническое ре0 шение позвол ет исключить из процесса измерений коммутируемые образцовые меры составл ющих импеданса или образцовые элементы плеч моста и за счет этого повысить при прочих равных услови х мощность.

5 поступающую в исследуемый двухпо ник в момент измерени импеданса

Claims

Формула изобретени

1 Способ измерени импеданса двух0 полюсника. заключающийс в том. что уравновешивают четырехплечий кольцевой мост переменного тока без потерь, возбуждают могт переменным через один из входов и регулируют распределение токов и

0 напр жений в плечах моста по минимуму напр жени на входе, прошвопопожном возбуждаемому (нулевому), отличающийс тем, что, с цеш.ю повышени точности изме рени , дополнительно возбуждают могт по переменным током когерентном с

первым током возбуждени разв занной пары входов, уравновешивают мост раздельно по фазе и амплитуде пробными приращени ми фазы и амплитуды отношени ЭДС источников, возбуждающих мост, из мер напр жени на нулевом входе моста после каждого пробного приращени измер ют фазы и амплитуды напр жений на ооз- буждаемых входах уравновешенного моста и вычисл ют значени модул и фазы импе- данса измер емого двухполюсника как модуль и фазу выражени

2а 12 (U2/U1 )

1 -a12(U2/Ul }{(Ъ22/ЪГ2) + (%22/а12

где Da - напр жение н возбуждаемом разв занном входе моста,

Ui - напр жение на соседнем даемом входе моста,

aik, bik - элементы матриц передачи четырехполюсников , образующих плечи моста

а, а

п

а ,2 а 22

;

ь

ь„ ь

12

12

2 Устройство дл измерени импеданса двухполюсника, содержащее мост из отрезков четырехволновых линий или электриче- ски эквивалентных им элементов без потерь, причем перва пара входов моста разв зана и к одному из них (измеритетьно му) подключен измер емый двухполюсник, а к соседнему входу (нулевому) -разр знва юща нагрузка, две согласующие narpv3,i- делители, первый генератор переменного тока, генератор опорной частоты, анализа тор экстремума и модул тор отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерени , в него введены второй генератор переменного тока, блок обратного преобразовани частоты, два ключа с дешифратором , коммутатор, датчик разности фаз, вычислитель, первый и второй регист-

5 10

15

0

5

0 5 0 5

ры и синхронизатор, причем вн -а1 первгт генератора переменного тока мои icpnwo согласующую нагрузку-делитегь и IK р-ши ключ соединен с первым входом мопа пор выи выход второго генератора переменного тока через вторую согласующ ю делитель и второй ключ соединен г вторым входом моста второй и третий вьиод РТО рого генератора переменного тока соедине ны с первым и вторым входами блока обратного преобразовани частоты четвер тый выход - с первым входом датчика р з ности фаз выход генератора опооных частот соединен с входом первого генепато ра переменного тока с первыми входами второго генератора переменного ка и сип хронизатора вход управлени ф-зчоч с первым выходом модул тора, вход /лравле ни амплитудой - с вторым выходом моду л т о р а первым выходом входом вычипител и вькодом датчика разности фаз вторые выходы первой и второй согла- сующи нагрузок-депителей соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора, третий вход которого соединен с входом разв зывающей нагрузки, а его выход соединен с трет( им входом блока обратного прр бр зовэы ч частоты выход которого соединен со ПТР;Ч м вчолом ка разнести и J/MMH idiooi экс тремума первые .зы од котО( 1Го о динен со вторым nxcgo1 L b; пк /мге.тч - нюрой и третий выхоль. , r ютврт тпенно с вторым и третьим видами с м (л низэтора и первым л в ьп. плодами модул тора выход син ронч -1-эт tr-i ч. pt o магистр ть синхрокоманд СРГДИНРН с влодами синхро- команд второго генррчтора переменного тока анализатора ччстремума вычислител модул тора, коммутатора дешифратора выходом соединенного с входами угтравле ни ключами первого и второго регистров вторые входы которых соединены соответственно с выходами вычислител , а выходы вл ютс выходами устройства

Таблица выбора знаков

фиг 1

а.I.Измерить и записать амплитуду напр жени на нулевом выходе моста

а.
2.Изменить фазу отношени ЭДС источников на I800C

а.
3.Изменить и записать амплит -р жени на нулевом входе моста -.(

нет

а.5.Изменить фазу отношени ЭДС источников на 900

а.б.Измерить и записать амплитуду напр жени на нулевом входе моста .

а.7.Изменить фазу отношени ЭДС источников на 1800

а.8.Измерить и записать амплитуду напр жени ма нулевом входе моста

а.10.Установить i 2

а.II.Изменить фазу отношени ЭДС источников на

I

а.12.Измерить и записать амплитуду напр жени на нулевом входе моста

нет

а.14.Перейти к ( +1)-му пробному приращению, (установить + i.)

а.15.Присвоить знак ( +1) му приращению (по таблице выбора знака)

а.16. Вычислить конечное приращение фазы

а.17.Изменить фазу отношени ЭДС источников на

уравновешивание по фазе окончено

Таблица выбора знака

знак

приращ.

знак i -го приращени

Ьт/изо UJ(Ј-,).UM и3

меньше I

больше I (равно)

6.1. Создать приращение модул отношени ЭДС на величину +

6.2. Измерить и записать амплитуду напр жени на нулевом входе моста

б.З. Создать приращение модул отношени ЭДС на величину 6 .
4. Измерить,записать и сравнить с предыдущей амплитуду напр жени на нулевом входе моста

6.
5. Создать приращение модул отношени ЭДС на величину 2 в сторону того из предыдущих приращени , при котором амплитуда напр жени на нулевом входе моста оказалась меньше

6.
6. Измерить и записать амплитуду напр жени на нулевом входе моста

, . . | .- I. J. ,

6.
7. Создать приращение модул отно- I тени ЭДС на величинуI

6.6. Измерить,записать и сравнить с предыдущей амплитуду напр жени на нулевом входе моста

5.9

амплитуда оста- лась больше предыдущей

б.10.Создать приращение модул отноше ни ЭДС на величину в сторону противоположную шагу 6.5

6.II.Создать приращение модул отношени ЭДС на величину со знаком как в шаге 6.10.

да