SU785792A1 - Устройство дл измерени и допускового контрол амплитудно- частотных характеристик четырехполюсников - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) фильтров, коэффициента передачи на заданных частотах, частот среза фильтров, коэффициента неравномерности в полосе пропускани , коэффициента пр моугольности, коэффициента ослаблени  в Полосе задерживани . Известен измеритель амплитудночастотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников, который содержит генератор качающейс  частоты , дискретный аттенюатор, интергратор в след щей системе отработки измерени  амплитуды и фазы сигнала на выходе четырехпоЗпосника запоминающее устройство с прогнозирующей разр дной цепью, импульсны генератор, электронный цифровой переключатель , источник питани , двигатель перестройки генератора качаю щейс  частоты и реле 111Недостатком его  вл етс  низкое быстродействие из-за наличи  двигател  в цеп х синхронных и фазовых детекторов. Известен также измеритель амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников, который содержит последовательно соединенные ждущий мультивибратор, блок управлени , ключ, интегрирующее устройство, компаратор и реверсивный счетчик, а также источник опорного напр жени , генератор опорных импульсов, логарифмическое устройст во и источник опорного напр жени  Щ Недостатками измерител   вл ютс  низкие точность и быстродействие из-за наличи  логарифмировани  и детектировани  сигнала. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  устройствами производительности измерений. Дл  этого в устройство дл  измерени  и допускового контрол  амплитудно-частотных характеристик четыpexпoJПOcникoв , содержащее блок управлени , генератор опорных импульсов, цифроуправл емый синтезатор частот, последовательно соединенные ключ, интегрирующее устройство и компаратор , причем выход блока управлени  соединен с управл ющим входом ключа, а первый вход ключа - с выходом источника опорного напр жени , введе .ны второе интегрирующее устройство, второй блок управлени , второй ключ, второй компаратор, два формировател  пр моугольных импульсов, блок делени  интервалов времени, цифровой блок управлени , блок хранени  и обiработки информации, блок сравнени  и блок ввода и хранени  информации, причем выход цифроуправл емого синтезатора частот подключен ко второму входу первого ключа и к входу первого формировател  импульсов, соединенных с одним из входов блока управлени , второй вход которого подключен к выходу компаратора, а второй выход блока управлени  соединен с одним из входов блока делени  интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом генератора опорны импульсов, а третий вход блока делени  интервалов времени соединен с первым выходом второго блока управлени  , первый вход которого через второй формирователь Ггр моугольных импульсов подключен к выходу исследуемого четырехполюсника и ко второму входу второго ключа, первый вход которого соединен с выходом источник /опорного напр жени , а управл ющий вход ключа .через второй блок управлени  подключен к выходу второго компаратора , соединенного с выходом второг . тегрирующего устройств подключены к ключенного к выходу второго ключа,управл ющие входы первого и второго инГрирующего устройств подключены к первому и второму выходам цифрового блока управлени , третий выход которого соединен с управл ющим входом цифрового синтезатора частот, а четвертый выход цифрового блока управлени  соединен с четвертым входом блока делени  интервалов времени,выход которого подключен к одному из входов блока хранени  и обработки информации, второй вход последнего соединен с п тым выходом цифрового блока управлени , а выход блока хранени  и обработки информации подключен к одному из входов блока сравнени  , второй вход которого соединен с блоком ввода и хранени  информации , вых;од которого св зан с блоком хранени  и обработки информации.

На фиг.1 показана функциональна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - виды сигналов в разных точках устройства.

Устройство содержит цифроуправл емый синтезатор 1 частот (СЧ) , исследуемый четырехполюсник 2, первый ключ 3, первый формирователь 4 пр моугольных импульсов, цифровой блок 5 управлени , источник б опорного напр жени , первое интегрирук цее устройство 7, первый компаратор 8, первый блок 9 управлени , блок 10 .делени  интервалов времени; второй формирователь 11 пр моугольных импульсов, второй ключ 12, второе интегрирующее устройство 13, второй компаратор 14, второй блок-схему 15 управлени , генератор 16 опорных импульсов, блок 17 хранени  и обработки информации, блок 18 сравнени  блок 19 -входа и хранени  информации .

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

По команде с блока 5 управлени  на выходе синтезатора 1 частот,например серийного прибора 46-31, каждый раз устанавливаетс  синусоидальный сигнал определенной частоты , который поступает на контролируемый объект 2. После установлени  колебаний на выходе объекта 2 идентичные каналы 20 и 21.-производ  преобразование параметров сигналов на входе и выходе объекта 2 в интервале времени. Интервалы времени в виде длительности пр моугольных импульсов (фиг.2 е) поступают на блок 10 делени  интервалов времени. В блоке 10 с помощью генератора 16 импуспьсов поступающие в блок пр моугольные импульсы разной длительности преобразуютс  в пачки импульсов . После этого в блоке 10 происхо дит деление числа импульсов,  вл ющихс  результатом преобразовани  канала 21 на число импульсов, вл ющихс  следствием преобразований в канале 20. Результат делени  блока 10 есть коэффициент передачи объекта 2 на данной частоте. Результат делени  в виде кода числа поступает в блок 17 и запоминаетс . После этого блок 5 дает команду на изменение частоты синусоидального сигнала синтезатора частот и далее происходит вышеуказанным образом изменение коэффициента передачи объек

2и на этой частоте, затем процесс каждый раз повтор етс .

Рассмотрим работу каналов преобразовани  на примере канала 20.

Синусоидальный сигнал (фиг.2 а) с СЧ 1 поступает на формирователь 4, на выходе которого образуютс  соответствун цие пр моугольные импульсы (фиг.2 в). Эти импульсы поступают на блок 9 управлени , который вырабатывает соответствующие коммутирующие импульсы дл  ключа 3. Ключ

3пропускает на вход интегрирующег устройства 7 то отрицательную полуволну синусоидального напр жени  с входа объекта 2 (фиг.2 с) , то опорное посто нное йапр жение с выхода источника б опорного напр жени . Напр жение с ключа поступает на интегрирующее устройство 7, которое представл ет собой интегратор с дво Н1Л4 интегрированием.

Выходное напр жение (фиг.2d) интгрирующего устройства поступает на

компаратор 8, который каждый раз срабатывает в тот момент, когда напр жение на вцходе 7 становитс  равным нулю. Выходной сигнал с компаратора 8 поступает на блок 9 управлени . В момент срабатывани  сигнал блока управлени  попадает на ключ 3 который прекращает доступ посто нного напр жени  на вход интегрирующег устройства 7. В результате вышеуказанного преобразовани  на втором выходе блока управлени  получаютс  пр моугольные импульсы одинаковой амплитуда с длительностью /it,равной длительности спада импульсов на выходе интегрирующего устройства 7, импульсы поступают в блок делени  1Q (фиг.2 е). Длительность этих импульсов пр мо пропорциональна амплитуде синусоидального сигнала, но обратно пропорциональна его частоте и напр жению источника 6 опорного напр жени .

Как видно из работы канала 20 пробразовани  врем  одного измерени  чуть больше одного полупериода синусоидального сигнала. При изменении частоты синусоидального тестового сигнала (фиг.2 а) принцип действи  канала преобразовани  остаетс  прежним . Дл  поддержани  необходимой чувствительности канала преобразовани , а также широкого диапазона по изменению уровн  и частоты входного сигнала блок 5 управлени  дл  каждого диапазона частот устанавливают путем коммутировани ,например, емкостей в цепи обратной св зи интегратора определенную посто нную времени интегрировани  устройства 7

Принцип действи  и работа канала 21 преобразовани  такие же, как и канала 20 преобразовани , с той лишь разницей, что канал 21 преобразует параметры сигнала на выходе контролируемого объекта 2.

Синусоидальный сигнал с выхода объекта 2 поступает на формирователь 11 и ключ 12. Компаратор 14 и блок 15 управлени  формируют на входе интегрирующего устройства 13 при помощи ключа 12 сигнал такого вида, как показано на фиг.2 с..Следует отметить, что в канале 21 блок 5 управлени , также дл  каждого диапазона частот, устанавливает дл  интегрирующего устройства 13 свою посто нную времени интегрировани .

В режиме измерени  амплитудночастотных характеристик четырехполюсников устройство работает следующим образом. Блок 5 управлени  в определенной полосе частот-с заданным шагом измерени  частоты Опршивает контролируемый объект, в результате опроса в блоке 17 в виде числа запоминаетс  значение частот и соответственные им коэффициенты передачи контролируемого объекта 2.

в режиме допускового контрол  АЧХ четырехполюсников устройство работает следующим образом. Перед контролем в блок 19 ввод тс  значени  и допустимый разброс параметров контролируемых четырехполюсников, затем производитс  контроль коэффициента передачи на заданной частоте. Если коэффициент передачи не в допуске , то блок 18 вьадает команду брак, если в допуске, то блок 5

o получает команду на выполнение следующей операции контрол -определени  частоты среза. Это означает,что устройство определ ет такую частоту, при которой коэффициент передачи бу5 дет на определенное число децибел (например ЗдБ) меньше, чем коэффициент передачи на заданной частоте. Новое значение коэффициента передачи (например, по уровню 3 дБ) вычисл етс  в блоке 17 путем умноже0 ни  известного .числа на коэффициент передачи при заданной частоте, это значение вводитс  в блок 19. Далее блок 5 измен ет частоту выхода синтезатора 1 на определенное значение,

5 соответствующий этому значению коэффициент передачи сравниваетс  в блоке 18 с ранее вьочисленным, если они не равны, то блок 5 делает следующий шаг изменени  частоты на выходе

0 синтезатора 1 частот и т.д., до тех пор, пока коэффициенты передач не будут равны, при этом полученное значение частоты будет  вл тьс  частотой среза.

5

Покажем, что при описанном выше функционировании -устройства действительно достигаетс  поставленна  цель. Как следует из работы устройства, на вход контролируемого объекта(четырехполюскрика ) 2 подаетс  синусои0 дальный сигнал вида U А sin . тогда на выходе объекта 2 имеетместо сигнал вида И .-n iVt.+ /), где А г амплитуда сигналов ч кругова  частота; t - врем } Q- фа5 зовый сдвиг. Интегрирующее устройство 7 интегрирует напр жение V в течение полупериода отрицательного напр жени  U . В результате в конце интегрировани  на выходе устройства

0 7 напр жение V с учетом интегриро:вани  сигнала определитс  следующим образом:

Т|2 .,silMW-tdt

5

tasurt д , J.

-г - - (глс. .

С0518)ОУ

А

сов

1 Tiw

Тш

где Т - посто нна  времени интегрировани ;25

t - период; поскольку CD -у ,то выражение (1) можно записать, как

-Ч(«. W-)

2А.

TCP

.2Ai

Jiили:

гu

Далее на какое-то врем  t на вход устройства 7 подаетс  посто нное положительное напр жение U|,,которое -В течение этого времени интегрируетс . С учетом интегрировани  сигнала напр жение Uf, на выходе устройства 7 определ етс  следующим образом:

I У At. Un--4lUnd Одновременно сигналы Uj и Up на выходе интегрирующего устройства 7 суммируютс , и когда эта сумма становитс  равной нулю, срабатывает компаратор 8, срабатывание которого определ ет интервал времени u.t, т.е.

или tu

2A.it: 2Д1 to/Un twUn

Данный интервал времени 4t в виде ширины импульса (фиг.2 е) поступает на блок управлени  9, на блок 10 делени  интервалов времени.

Подобным же образом в- результате подобного преобразовани  напр жени  и 2 в канале 21 можно показать, что интервал времени itj пр ма пропорционален амплитуде напр жени  U2 и обратно пропорционален частоте и на пр жению и , т.е. 1,

Этот интервал &tg, в виде пр моугольных импульсов поступает на блок 15 управлени , в блок 10 делени  интервалов времени.

После делени  интервалов времени в блоке 10 получим:

u-ig .UUn . Ag- .L, fikt tyUn 2A M

Это отношение определ ет коэффициент передачи объекта 2 на данной частоте. При этом врем  измерени  коэффициента передачи объекта на одной частоте меньше одного периода синусоидального напр жени .

в известных устройствах врем  измерени  коэффициента передачи превышает период синусоидёшьного напр жени  более чем в 10 раз. Малое врем  предлагаемого устройства измерени  позвол ет резко повысить быстродействие допускового контрол  параметров четырехполюсников.

Точность измерени  коэффициента передачи- не зависит от нестабильности напр жени  на входе синтезатор а 1

частот 1. и посто нных времен интегрировани  интегрирующих устройств 7 и 13 и нестабильности источника 6 опорного напр жени . Посто нные времени интегрировани  устройств 7 и 13 могут иметь различные значени , что позвол ет не предъ вл ть дополнительных требований на идентичность каналов 20 и 21.

Экспериментальна  проверка показала , что при измерении коэффициентов передачи фильтров верхних и нижних частот в диапазоне частот 20 Гц 30 кГц быстродействие устройства на любой из частот не превышает одного периода синусоидального напр жени .

5 Относительна  погрешность определени  коэффициента передачи составила 0,5%,.

Производительность устройства при контроле параметров фильтров в диапазоне частот от 60 Гц до 30 кГц составл ет 600 шт/час.

Claims (2)

1. Авторское свидетельство СССР 212362, кл.б 01 R 27/28, 1972. 15

2. Авторское свидетельство СССР 476521, кл. G 01 R 27/28, 1975.

А Годен

и

т;

и

и

хЛ ЯЛ

и

uf

31- t

п п п