SU911287A1 - Автогенераторный многопараметрический измеритель - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к средствам неразрушающего контрол  изделий и материалов, в частности композиционных материалов на основе полимеров; и может быть использовано как при исследовании их физико-химических свойств, так и в технологических процессах дл  контрол  и управлени  динамикой изменени  свойств объекта по комплексу замеренных физических характеристик.

Известны устройства контрол  изделий, материалов и веществ, основанные либо на измерении приращени  диэлектрической проницаемости , либо на измерении фазового сдвига , пропорционального тангенсу угла диэлектрических потерь, и содержащие многоканальные задающий и приемно-преобразовательный тракты, и опорный и испытательный каналы, обеспечивающие выделение двух, сдвинутых на посто нную величину, качающихс  частот 11 и

Недостатком этих устройств  вл етс  низка  точность из-за существенных погрещностей , св занных с временной нестабильностью и идентичностью трактов преобразовани 

измерительной информации и со сложностью учета вли ни  неидентичности фазо-частотных характеристик опорного и испытательного каналов.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство, основанное на измерении параметров, св занных с физическими свойствами среды, в полосе частот и содержащее автогенераторы с измерительнь1ми  чейками , усилители, детекторы, микропроцессор , автоматический коммутатор, регистрирующее устройство и блок управлени  31.

Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность из-за существенных погреншостей, обусловленных вли нием вреts менной нестабильности параметров каналов измерени , в которых используютс  независимые друг от друга автогенераторы и звень  преобразовани  измерительной информации .,

Claims (3)

1. Цель юобретеки  - повышение точности измерени  диэлектрических параметров, св занных с физическими свойствами объекта, в полосе частот. 39 Поставленна  цель достигаетс  тем, что автогенераторный многопараметрический изме ритель, содержащий первый и второй автогенераторы , к выходам которых последовательно включены смеситель, усилитель реэонансный частоты, фазовращатель, автоматический коммутатор, емкостна  измерительна   чейка с объектом измерени , а также фазовый детектор, регистрирующее устройство , установочный фазовращатель, выход которого подключен к опорному входу фазового детектора, микропроцессор, включенный между выходом фазового детектора и входом регистрирующего устройства, и блок управлени , выход которого соединен с управл ющими входами автоматического комму татора и микропроцессора, дополнительно снабжен умножителем частоты на п, (п-1) избирательными усилител ми, (п-1) фазовращател ми , п-входовым cjTMMaTOpoM и од- нополюсным модул тором, причем выход по следнего соединен с модулир)тощим входом второго автогенератора, а вход - с выходом сумматора, п входов которого подключены к в ыходам фазовращателей, входы которых соединены с выходами избирательных усилителей, чьи входы подсоединены к выходу смесител , при этом вход умножител  частоты на п подключен к выходу усилител  резонансной частоты, его выход соединен с входом установочного фазовращател , а сигнальный вход фазового детектора соединен с выходом (п-})-го фазовращател . На чертеже изображена блок-схема предл гаемого п-канального измерител . Измеритель содержит два автогенератора 1 и 2 (источники гармонического напр жени  частот cjj и со2 соответственно), однополюсный модул тор 3, смеситель 4, усилитель 5i резонансной частоты Л coj - О) 2, избирательные усилители Sj-Зр, настроенные на соответствующие гармоники частоты S1 , умножитель 6 частоты на п (п - чи ло каналов измерител ), установочный фазо вращатель 7, фазовращатели 8i-8n, фазовый детектор 9, сумматор 10, микропроцессор 1 автоматический коммутатор 12, емкостную измерительную  чейку 13 с объектом измерени , регистрирующее устройство 14 и блок 15 управлени . Измеритель работает следующим образом. Тестовые разночастотные сигналы формируютс  путем смещивани  частот ш т/i двух напр жений первого и второго автогенёраторов 1 и 2. В результате первого смешивани  на выходе смесител  4 образуетс  спектр частот, содержащий частоту Я icoj cjj . При этом текущее значение фазы сигнала на выходе усилител  5| имеет вид ftt4fi.-f,,)+fa, где ф и vf, - начальные фазы напр жений частоты и сол соответственно; Ф - фазовьш сдвиг, вносимый каналом, содержащим усилитель 5). Выделенный усилителем Sj сигнал частоты SL через фазовращатель 81, сумматор , 10 и одно11олосный модул тор 3 подаетс  на модулирующий вход второго автогенератора 2. В результате однополосной модул ции в спектре выходного напр жени  второго автогенератора помимо несущей частоты 2 по вл етс  нижн   бокова , смещенна  на частоту Л . Легко показать, что второе смещивание частоты со первого автогенератора 1 с промодулированной частотой второго автогенератора 2, в спектре которого содержатс  частоты Wj и со2 - Si., дает составл ющую с частотой 2 St , котора  выдел етс  избирательным усилителем S. Текущее значение фазы напр жени  частоты 2 Si. можно записать как aati-iCv AM i Pza где LQ - фазовый сдвиг, вносимый каналом , содержащим избирательный усилитель 52. Общее выражение дл  текущего значени  фазы напр жени  на выходе k -го канала, содержащего избирательный усилитель , имеет вид Ka.(R,-%), (Y) где (o фазовый сдвиг, вносимый каналом избирательного усилител  5к; k 1, ..., п. Из выражени  (1) видно, что фаза напр жени  на выходе п-го канала аддитивно зависит от зна1}ени  фаз всех предьздущих каналов измерител . Следовательно, поочередно подключа  с помощью автоматического коммзггатора 12 емкостную измерительную  чейку 13 с объектом измерени  к разношстотным каналам , можно определить фазочастотную характеристику объекта измерени . В качестве опорного напр жени  фазового детектора 9 используетс  сигнал, полученный в результате умножени  на п разностной частоты SI первого канала с начальным фазовымсдвигом VI()+и fg. На сигнальный вход, как было показано выще, поступает напр жение той же частоты, но с фазовым сдвигом, равным КЧч- 2. . В результате поочередного подключени  е костной измерительной  чейки 3 к выходам фазовращателей 8j, ..., 8п, вход щих в соответствующие разночастотные каналы, в запоминающем устройстве микропроцессора 11 фиксируютс  соответствующие значени  фазовых сдвигов f / на разных частотах от 51 до И . Назначение фазовращателей 8, ... 8п состоит в исключении погрещности измерени  возника1бщей в результате вли ни  неидентнчности выходного импеданса каналов изм рени , что дает различные фазовые сдвиги при подключении емкостной измерительной  чейки 13. Эта погрещность исключаетс  путем предварительной установки фазорращателей 8t, ... 8п в соответствующие положени , определ емые режимом калибровки (в отсутствии объекта). Режим калибровки аналогичен режиму измерени . Установочный фазовращатель 7 позвол ет измен ть начальную фазу опорного напр жени , что обеспечивает максимальную чувствительность фазового детектора 9. Так, напр мер, при измерении малых фазовых сдвигов Й1 ft. вносимых объектом, целесообразно иметь синусоидальную характеристику фазово го детектора, имеющую максимальную крути ну вблизи нул . При внесении объекта измерени  в зону чувствительности емкостной измерительной  чейки 13 в п-й такт коммугаили, п-й канал измерени  получает приращение фазы дЦ) fit общий фазовый сдвиг на сигнальном входе (Ьазового детектора 9 равен .%a. , учитыва , что условие режима калибровки соответству ет известному значению фазового сдвига .fo где % суммарный фазовый сдвиг в отсутствии объекта измерени . Вновь измеренный фазовый сдвиг равен Таким образом, разность фазовых сдвигов в режиме измерени  и в режиме калибровки соответствует искомому значению фазы Примен   многочастотное зондирование ис следуемого объекта, получаем систему уравнений , св зывающих, например, фазовые сдв ги, вносимые композиционным материалом (на основе полимеров), с концентраци ми вход щих в него компонент Vf -FiCtijW), где j - число вход щих в объект измерен компонент; ( 2) f - фазовый сдвиг, вносимый объектом на i-ой частоте; F функци , св зывающа  -коитролнруемые параметры объекта с его замеренными физическими характеристиками на j-ой частоте зондирующего сигнала; f; - - дизлектрическа  проницаемость j-ой компоненты на 1-ой частоте; - концентраци  i-ой компоненты; j 1.2п. Таким образом, определив фазовые сдвиги , вносимые объектом измерени  на разных частотах и зна  значени  диэлектрической проницаемости каждой компоненты в отдельности на любой из, заданных частот, можно, рещив с помощью микропроцессора 11 систему уравнени  (2), найти концентрацию каждой компоненты X материала. Работа микропроцессора синхронизируетс  с рабочими тактами автоматического коммутатора 12 через блок 15 управлени . Информаци  о концентрации каждой из компонент Xj объекта измерени  фиксируетс  регистрирующим устройство 14. I Изобретение позвол ет в автогенераторном многопараметрическом измерителе, имеющем несколько зондирующих частот, использовать фазовый детектор, работающий на фиксированной частоте, что дает возможность существенно повысить точность измерени  за счет исключени  вли ни  фазо-частотной характеристики фазового детектора. Формула изобретени  Автогенераторный многопараметрический измеритель, содержащий первый и второй автогенераторы, к выходам которых последовательно подключены смеситель, усилитель резонансной частоты, фазовращатель, автоматический коммутатор, емкостна  Измерительна   чейка с объектом измерени , а также фазовый детектор, регистрирующее устройство, установочный фазовращатель, выход которого подключен к опорному входу фазового детектора , микропроцессор, включенный между выходом фазо1вого детектора и входом регистрирующего устройства, и блок управлени , выход которого соединен с управл ющими входами автоматического коммутатора и микропроцессора, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности измерени  диэлектрических параметров, св за1шых с физическими свойствами объекта, он дополнительно снабжен умножителем частоты на 7,91 n, (n - I) избирательными усилител ми, (n-1) фазовращател ми, h-входовым сумматором и ОДНОЛОЛОСИЫМ модул тором, ВЫХОД| которого соединеи с модулирующим n входов второго автогеиератора, а вход - с выходом сумматора, n входом которого подключены к выходам фаэовра1Дателей, входы которых соединены с выходами избирательных усилителей, входы которых подсоединены к выходу смесител , при этом вход умножител  частоты на n подключен к выходу усилител  резонансной частоты, его выход соединён с входом устаиовочного фазовращател , а сигнальный вход фазового детектора соедииеи с выходом (п-1)-го фазовращател . Источники информации, прин тые во внимание при эксперЬсзе 1.Авторское свидетельство СССР N 167672, кл. G 01 N 27/22, 1965.
2. 2.За вка Франции N 2397635, кл. G 01 N 27/22, 1979.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 404034, кл. G 01 N-27/72, 1971 (прототип).