SU918885A1 - Автоматический четырехдетекторный измеритель полных сопротивлений - Google Patents

Description

Изобретение относится к радио- и' электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения полных сопротивлений двухполюсников, § например преобразователей электрических сигналов, в диапазоне длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.

Известен автоматический четырех- ю детекторный измеритель полных сопротивлений в диапазоне сверхвысоких частот, содержащий четырехзондовую линию, в которой зонды расположены на расстоянии 1/8 средней длины волны друг от друга, четыре детектора с квадратичными характеристиками, четыре фильтра нижних частот, два вычитающих каскада, электроннолучевой индикатор и генератор пёре- 2Q страиваемой частоты со схемой стабилизации уровня сигнала [11.

Недостатком известного измерителя является то, что он имеет узкую рабочую полосу частот (5 - 10%) и не применим в диапазоне низких частот из-за возрастания длин волн и соответственно габаритов четырехзондовой линии. Кроме того, в плоскости входных разъемов начальный фазовый сдвиг не равен нулю, что требует введения . 30 поправок в результаты измерений на 'каждой частоте и снижает эффективность прибора как автоматического измерителя. .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является . автоматический четырехдетекторный измеритель полных сопротивлений, содержащий генератор перестраиваемой частоты с подключенным к нему опорным сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, второй вывод сопротивления подключен к разъему с исследуемым двухполюсником и к катодам четырех детекторов, аноды которых через фазосдвигающие блоки соединены с выходом генератора перестраиваемой частоты, который в свою очередь соединен через детектор с входом, а через резисторы делителей напряжения - с входами вычитающих блоков, выходы которых соединены.с входами осциллографического индикатора^. Этот измеритель имеет, ’Малые габариты, возможность работы в диапазоне низких частот, а также отсутствие фазовых искажений - плоскость отсчета фазы приведена к плоскости разъема для подключения двухполюсника [2].

Однако известное устройство обладает относительной сложностью схемы фазирования опорных сигналов, узкополосностью и, как следствие, значительной погрешностью в более широком диапазоне частот, так, погрешности порядка 5% по амплитуде и 5° по фазе коэффициента отражения могут быть получены лишь в 10 - 15%. полосе’ частот. В диапазоне 10 -30 МГц пог’решности достигают значительных величин: 15% по модулю и 15°по фазе. Это и является причиной ограничительного применения подобных устройств.

Цель изобретения - увеличение широкополосности и повышение точности измерения полных сопротивлений в диапазоне длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматический измеритель полных сопротивлений, содержащий генератор перестраиваемой частоты, выход которого через блок стабилизации соединен с его входом, а через опорный резистор соединен с входами четырех детекторов и с разъемом для подключения исследуемого двухполюсника, выходы третьего и четвертого детекторов соединены через фазосдвигающие. блоки с выходом генератора перестраиваемой частоты, а через резисторы делителей напряжения с входами второго вычитающего блока, выходы первого и второго детекторов через резисторы соответствующих делителей напряжения соединены с входами первого вычитающего блока, выходы вычитающих блоков соединены с соответствующими входами осциллографического индикатора,введен блок автоПОДСТрОЙКИ фаЗЫ, ВХОДЫ КОТОРОГО СОе- дд динены с вторыми выходами фазосдвигающих блоков, а выход - с входами фазосдвигающих блоков, причем выход первого детектора соединен с корпусом (землей), выход второго детектора . соединен с выходом генератора перестраиваемой частоты.

Кроме того, блок автоподстройки фазы содержит два детекторных датчика, операционный усилитель, регулируемый источник напряжения, дроссель, *0 причем управляемый вход регулируемого источника напряжения соединен с выходом операционного усилителя, дифференциальные входы которого через детекторные датчики соединены! с входами блока автоподстройки фазы, к выходу которого через дроссель подключен выход регулируемого источника напряжения.

На чертеже представлена блок-схема автоматического четырехдетекторного измерителя полных сопротивлений.

Измеритель содержит генератор 1 •перестраиваемой частоты, опорный резистор 2, разъем 3 для подключения исследуемого двухполюсника 4, детекторы 5-8, фазосдвигающие блоки 9 'и 10, блок 11 автоподстройки фазы, вычитающие блоки 12 и 13, осциллографический индикатор 14, блок 15 стабилизации, делители 16 - 19 напряжения, являющиеся нагрузками детекторов,. 5 - 8.

Блок 11 автоподстройки фазы содержит два детекторных датчика 20 и 21, операционный усилитель 22, регулируемый источник 23 напряжения, дроссель 24.

Фазосдвигающие блоки 9 и 10 содержат варикапы '25 и 26 и резисторы 27 и '28.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал вида 2 U_osinu>t, где 2U₀ - амплитуда;

ц> - круговая частота; t - время, с генератора 1 перестраиваемой частоты через опорный резистор 2 поступает на разъем 3 и исследуемый двухполюсник 4. На разъеме 3 получается напряжение, равное сумме падающей волны Uosinurt; и отраженной волны φϋ₀ sin (cot + ) , где 9 - модуль коэффициента отражения напряжения, исследуемого двухполюсника 4; Ч- фаза коэффициента отражения.

Таким образом, на катоды детекторов 5 -·8 поступают сигналы и_о siniOt +9u_osin(Wt + 4).

*'· На аноде детектора 6 напряжение такое же, как и на выходе генератора 1 перестраиваемой частоты, т.е. U_e = 2UtfSinujt.

Так как модули коэффициентов передачи фаэосдвигающих блоков 9 и 10, обеспечивающих фазовый сдвиг в 45^е, равны , то на аноде детектора 7 имеем напряжение

U₇ = <2U_esin (u)t - 45°), а на аноде деректора 8 напряжение

U8 = (2 U_osin(u)t + 45°).

Суммарные сигналы/ воздействующие на детекторы 5-8 имеют вид Uj_s = Uosin»>t + § U osin^t + *f) Ug_= Uosinu>t + fU_osin(u>t + f)-

- 2U_esin0t .

U$_?= UoSiruPt + ?U_osin(<?t +1)- (1)

- VT sin (lit - 45 )

U< = UeSintft + fU_osin pt +T )-f? sin(j>t + 45 ) .

Здесь знаки минус поставлены в связи с тем, что результат воздействия напряжений, приложенных к анодам детекторов 5 - 8, противоположен результату воздействия напряжений, приложенных к их катодам,.

8.

^,г - 2 f cosT) (2) f¹ - 2 f sin T) + _ __

1ζυ?(1 + ?^г + 2f sin$,

После получаем текторов =

U,« =

U„ = Un = где К(Ю - коэффициент передачи детекторов ^d5 -8.

На выходах вычитающих блоков и 13 получаем сигналы Uu = Кус- Ко · Uj . 4pcos4 = = ⁴Ku_C (da_s - Ua₆ 1 U_x 1 Кус =Κα/υ; · 4psin = = Куо (Ua_a -’uo_? ), Iгде Кур - коэффициент передачи читающих блоков 12 и 13.

„После подачи сигналов (3) на квадратичного детектирования напряжения на нагрузках де⁵ Ά »

К п?(1 + Г + 2f cosW к,и*(1 +f - к«и*(1 + *

V ТТ*'

ВЫ' „После подачи сигналов (3) на осциллографический индикатор 14, получаем.на экране световое пятно, отклонение которого от центра трубки характеризует модуль коэффициента отражения, а угол отклонения-радиус вектора от вертикали (Ч ujM ) - фазу коэффициента отражения. При этом?

R = + Uj = 4KuC, Kq . K_u;U*j?

= arctg U*/Uy = If , где Ки - чувствительность осциллографического индикатора 14.

Блок 11 автоподстройки фазы стремится к поддержанию такого напряжения^ на варикапах 25 и 26, при котором' разница между'сигналами на выходах детекторных датчиков 20 и 21 близка к нулю. Но это возможно только при единственном условии, когда сдвйг фаз фазосдвигающих блоков 9 и 10 ра-> вен соответственно - 45^tf и + 45^е.

Таким образом, если сигналы с фазосдвигающих блоков 9 и 10 не равны друг другу по амплитуде, то их разность усилена операционным усилителем 22 и поступает на регулируемый источник 23 напряжения, который вырабатывает такое напряжение смещения на варикапы 25 и 26, что изменение величины их емкости приводит к ВВД>ав-45 ниванию по амплитуде сигналов, снимаемых с фазосдвигающих блоков 9 и 10, т.е. сигнал, поступающий с фазосдвигающего блока 9 на анод детектора 7, сдвинут на - 45^е относительно выходного ..напряжения генератора 1, а сигнал, поступающий с фаэосдвигающего блока 10 на анод детектора 8, сдвинут на +45“.

Так как коэффициент перекрытия емкости варикапов 25 и -26 может быть равным 3-4, то и коэффициент /перекрытия диапазона частот измерителя может быть таким же, причем методическая погрешность измерения во всем диапазоне частот стремится к нулю.

Измеритель может быть использовай •’в диапазоне длинных, средних'коротких и ультракоротких волн.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к радио- и электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  полных сопротивлений двухполюсников, например преобразователей электрических сигналов, в диапазоне длинных средних, коротких и ультракоротких волн. Известен автоматический четырехдетекторный измеритель полных сопротивлений в диапазоне сверхвысоких частот, содержащий четырехзондовую линию, в которой зонды расположены на рассто нии 1/8 средней длины волны друг от друга, четыре детектора с квадратичньами характеристиками , четыре фильтра нижних частот два вычитающих каскада, электроннолучевой индикатор и генератор перестраиваемой частоты со схемой стабилизации уровн  сигнала II}. Недостатком известного измерител  вл етс  то, что он имеет узкую рабо чую полосу частот (5 - 10%) и не применим в диапазоне низких частот из-за возрастани  длин волн и соответственно габаритов четырехзондовой линии. Кроме того, в плоскости входн разъемов начальный фазовый сдвиг не равен нулю, что требует введени  поправок в результаты измерений на каждой частоте и снижает эффективность прибора как автоматического измерител . . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  . .автоматический четырехдетекторный измеритель полных сопротивлений, содержащий генератор перестраиваемой частоты с подключенным к нему опорН1ДМ сопротивлением, равным волновому сопротивленшо линии передачи, второй вывод сопротивлени  подключен к разъему с исследуемом двухполюсником и к катодам четырех детекторов, аноды которых через фазосдвигающие блоки соединены с выходом генератора перестраиваемой частоты, который в свою очередь соединен через детектор с входом, а через резисторы делителей напр жени  - с входами вычитающих блоков, выходы которых соединены.с входами осциллографического индикатора, Этот измеритель имеет, Малые габариты , возможность работы в диапа-. зоне низких частот, а также отсутствие фазовых ис 5сажений - плоскость отсчета фазы приведена к плоскости разъема дл  подключени  двухполюсника 2}. Однако известное устройство обладает относительной сложностью схемы фазировани  опорных сигналов, узкополосностью и, как следствие, значительной погрешностью в более широком диапазоне частот, так, погрешности пор дка 5% по эмплитуде и 5 ° по фазе коэффициента отражени  могут быть получены лишь в 10 - 15%.полосе частот. В диапазоне 10 -30 МГц погрешности достигают значительных вели чин: 15% по модулю и 15 по фазе. Это и  вл етс  причиной ограничительного применени  подобных устройств. Цель изобретени  - увеличение широкополосности к повышение точност измерени  полных сопротивлений в диа пазоне длинных, средних, коротких и ультракоротких волн. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в автоматический измеритель полных сопротивлений, содержащий генератор перестраиваемой частоты, выход которого через блок стабилизации соединен с его входом, а через опорный резистор соединен с входами четы рех детекторов-и с разъемом дл  подключени  исследуемого двухполюсни ка, выходы третьего и четвертого детекторов соединены через фазосдвигающие . блоКи с выходом генератора перестраиваемой частоты, а через резисторы делителей напр жени  с входами второго вычитаннцего блока, выходы первого   второго детекторов через резисторы соответствующих делителей напр жени  соединены с входами первого вычитающего блока, выхода ) вы читающих блоков соединены с соответствующими входами осциллогр фического индикатора,введен блок авт юдстройки фазы, входы которого соединены с вторыми выходами фазосдвигающих блоков, а выход - с входами фазосдвигающих блоков, причем выход первого детектора соединен с корпусо ( землей), выход второго детектора соединен с выходом генератора пере страиваемой частоты. Кроме того, блок автоподстройки фазы содержит два детекторных датчика , операционный усилитель, регули руемый источник напр жени , дроссель прич1Ш« управл емый вход регулируемог источника напр жени  соединен с выхо дом операционного усилител , диффере циальные йходы которого через детек торные датчики соединены с входами блока автоподстройки фазы, к выходу которого через дроссель подключен выход регулируемого источника напр жени . На чертеже представлена блок-схе ма автоматического четырехдетекторн го измерител  полных сопротивлений. Измеритель содержит генератор 1 перестраиваемой частоты, опорный.ре зистор 2, разъем 3 дл  подключени  .исследуемого двухполюсника 4, детекторы 5-8, фазосдвигающие блоки 9 и 10, блок 11 автоподстройки фазы, вычитающие блоки 12 и 13, осциллографический индикатор 14, блок 15 стабилизации , делители 16 - 19 напр жени ,  вл ющиес  нагрузками детекторов ,. 5 - 8. Блок 11 автоподстройки фазы содержит два детекторных датчика 20 и 21, операционный усилитель 22, регулируемый источник 23 напр жени , дроссель 24. Фазосдвигающие блоки 9 и 10 содержат варикапы 25 к 26 к резисторы 27 и 128. Устройство работает следующим образом . Сигнал вида 2 Uosiniot, где 2Uo - амплитуда; U) - кругова  частота; t - врем , с генератора 1 перестраиваемой частоты через опорный резистор 2 поступает на разъем 3 и исследуемый двухполюсник 4. На разъеме 3 получаетс  напр жение, равное сумме падающей волны Uesinurt; и отраженной волны 9 si (tot + t) , где 9 - модуль коэффициента отражени  напр жени , исследуемого двухполюсника 4; Ч- фаза коэффициента отражени . Таким образом, на катоды детекторов 5 -8 поступают сигналы UeSiniA + 9UoSin(wt +Ч). На аноде гетектора 6 напр жение такое же, как и на выходе генератора 1 перестраиваемой частоты, т.е. Ug 2UtfSinujt. Так как модули коэффициентов передачи фазосдвигающих блоков 9 и 10, обеспечивающих фазовый сдвиг в 45, равны 2/2 I то на аноде детектора 7 имеем напр жение и /2UeSin(iOt- 45°), а на аноде деректора 8 напр жение Ug . 1/2 Uo.sin( 4- 45). Суммарные сигналы - воздействующие на детекторы 5-8 имеют вил иг 5 Uosinw)t (Sft +У) Ut- Ucsinw t + fUeSin(u)t + f )-2U ,sinOt. U.sihwt + Uosin( +1)- (1) - f2sin( - 45 ) U UoSintft + JUoSinJ t +r ) «-fl sin(0)t + 45 ), Здесь знаки минус поставлены в св зи с тем, что результат воздействи  напр жений, приложенных к анодам детекторов 5 - 8, противоположен результату воздействи  напр жений, приложенных к их катодам,. После квадратичного детектирован получаем напр жени  на нагрузках де текторов 5-8. , « К,и/(1 + Г + 2У cosW Uj« K,U.j(l +f - 2 f COSY) (2) Uf, K,U(1 + 2f У„ KeU(l +f + 2f sin5i где K(o - коэффициент передачи детек торов 5 - В. На выходах вычитающих блоков 12 и 13 получаем сигналы Ua Кус- Kq . UB . 4pcos4 1,6 (% -. иЧб I U I Kyg Ktt/Uo 4psin4 (i) - v..rt /fT ri- л Kyo (Uoj -Uop ) ,где коэффициент передачи выDie К UP - КОЭФФ1 читающих блоков 12 и 13. После подачи сигналов (3) на осциллографйческий индикатор 14, получаем ,на экране световое п тно, откл нение которого от центра трубки карактеризует модуль коэффициента отражени , а угол отклонени -радиус вектора от вертикали (4ujM ) - фазу коэффициента отражени . При этом R ./и + Uj 4Kuf Ко . %. alrctg Ux/Uy , где Ku - чувствительность осциллогр фического индикатора 14. Блок 11 автоподстройки фазы стр митс  к поддержанию такого напр жен на варикапах 25 и 26, при котором разница междусигналами на выходах детекторных датчиков 20 и 21 близка к нулю. Но это возможно только при единственном условии, когда фаз фаз ос двигающих блоков 9 и 10 вен соответственно - 45 и + 45. Таким образом, если сигналы с фазосдвигающих блоков 9 и 10 не рав ны друг другу по амплитуде, то их разность усилена операционным усили телем 22 и поступает на регулируеглл источник 23 напр жени , которШ вырабатывает такое напр жение смеа1ени на варикапы 25 и 26, что изменение величины их емкости приводит к 8Ьфав ниванию по амплитуде сигналов, снима емых с фазосдвигающих блоков 9 и 10, . сигнал, поступающий с фаэосдвигающего блока 9 на анод детекто ра 7, сдвинут на - 45 относительно выходного ..напр жени  генератора i, а сигнал, поступаю 11Ий с фазосдвигающего блока 10 на анод детектора 8, сдвинут на + 45. Так как коэффициент перекрыти  емкости варикапов 25 и 26 может быть равным 3-4, то и коэффициент перекрыти  диапазона частот измерител  може быть таким же, причем методическа  погрешность измерени  во всем диапазоне частот стремитс  к нулю. Измерите.пь может быть использовав в диапазоне длинных, среднихкоротких и у.пьтракоротких волн. Формула изобретени  1. Автоматический четырехдетектор:ный измеритель полных сопротивлений, содержащий генератор перестраиваемой частоты, выход которого через блок стабилизации соединен с его входом, а через опорный резистор соединен с входами четырех детекторов и с разъемом дл  подключени  исследуемого двухполюсника, выходы третьего и четвертого детекторов соединены через фазосдвигающие блоки с выходом генератора перестраиваемой частоты, а через резисторы делителей напр жени  с входами второго вычитающего блока, выходы первого и второго детекторов через резисторы соответствующих делителей напр жени  соединены с входами первого вычитающего блока, выходы вычитающих блоков соединены с -соответствующими входами - осциллографического индикатора, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  широкополосности и повышени  точности измерени , в него введен блок автоподстройки фазы , входы которого соединены с вторыми выходами фазосдвигающих блоков, а выход - с входами фазосдвигающих блоков, причем выход первого детектора соединен с корпусом (землей), выход второго детектора соединен с выходом генератора перестраиваемой частоты. 2. Измеритель сопротивлений по п.1,.о т л ич а ющ и и с   тем, что блок автоподстройки фазы содержит два детекторных датчика, операционный усилитель , регулируемый источник напр жени , дроссель, причем управл емый вход регулируемого источника напр жени  соединен с выходом операционного усилител  , дифференциальные входы которого через детекторные датчики соединег ы с входами блока автоподстройки фазы, к выходу которого черэз лроссель подключен выход регулируемого источника напр жени . Источники ин формации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Samuel A.L. The Oscillograph . 4 Probe Method of Measuring VSWP Proc. DRE, 35, 1279, 1974.
2. 2.Smith H. Chart Ampedance Plotter. Bulletins 60-3, 61-6, Dielectric Products Engineering Company (прототип).

   J

   5.