Измеритель параметров комплексных сопротивлений

(5)5 6 01 й 27/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ 2входом блока 8 коммутации каналов. Выход дифференциального усилителя 5 соединен с первым входом компаратора 7 и вторйм входом блока 8 коммутации каналов, выход . которого соединен с первым-входом интегрирующего детектора 9, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя 10, выход которого вместе с выходом счетчика 14 соединен с входом блока 1 управления, выход которого соединен с входом дешифратора 2 команд, выход которого подключен к вторым входам преобразователя 4 ток: - напряжение, интегрирующего детектора 9 и счетчика 14 и третьими входами цифрового фазового детектора 11, блока 8 коммутации каналов и анало- щ го-цифрового преобразователя 10. Выходы компараторов 6 и 7 подключенык первому и второму входам цифрового фазового детектора 11, выход которого соединен с вторым входом элемента 12 совпадения, первый вход которого соединен с выходом генератора 13 счетных импульсов; а выходспервым входом счетчика 14. 1 с.п. ф-лы, 16 ил.(Л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ вф1(56) Авторское свидетельство СССРМ 1252739, кл. 6 01 й 27/02, 1986.Измерение параметров цепей с сосредоточенными постоянными. - Радиоизме-. рительная техника, 1986, с. 17. рис. 26.(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ(57) Использование: в измерительной технике для измеренияпараметров емкостей, индуктивностей и сопротивлений. Сущность изобретения; выход генера 1 ор 3 синусоидального напряжения й первый вход дифференциального усилителя 5 соединены о первым выводом измеряемого сопротивле-ния.15, второй вывод которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя 5 и первым входом преобразователя 4 ток - напряжение. выход которого соединен: с первым входом компэратора 6 и первым(соз - " - совОно = Ои(д) Осм(Ь-- ." - с (сов=-"-с - совок тЙ 3 рТО 2Далее микропроцессся деление Ото на Оио и уВ результате получаетсяной проводимости измер ЙрЬ 11) ) (28)50ЬС 2= - Осм 1 --твЬ 12) . (29) ром производитмножение на Кпд,модуль комплексемого элемента,В момент временит дешифратор 2 команд выдает на детектор 9 сигналы "Запуск" низкого уровня (фиг. 15,а,б), устанавливает детектор импульсом "Сброс ИД" в исходное состояние (фиг, 15,а,а), на блок 8 с декодера 5 2 поступают сигналы "Ком.канала От" низкого уровня и "Ком.канала,Он" высокого уровня (фиг, 15,а,в,г), переключая тем самым на выход Д 25 блока 8 сигнал Ои с дифференциального усилителя (фиг, 15,а.з), В момент 10 временив (фиг. 15,а,б) с блока 2 выдается сигнал "Запуск" на детектор 9. В моментд (фиг, 15,б,и) компаратор Д 27 срабатывает, опрокидывает триггер Д 33,1 и начинается процесс интегрирования по полупериоду 15 (отрезок временидо): на выходе Д 35 детектора 9 выделится напряжение Ои(т):ОИ =т(, ЬО К.Ь Оэптбй+Осмг (24) где Ь 2 - ошибка выборки начала интегрирования детектором;1 Осм 1 + Осм + 01 Кос Ьтг = -- агсэиЙРОи25(25)В момент временид на выходе детектора выделится напряжение Ои(д): Он 19) Осм 1 от - 1 (сос30Тр - 2 Ь.гОиКф оТо - 06 Сф йг)+ Осм 2, . (26)В идеальном варианте (все йапряжения смещения равны нулю) это напряжение имелобы величину:О.,(Ь) - " Кф, (27)2 ЩПосле окончания интегрирования значение напряжения Он(1) преобразуется АЦП 10 в цифровой код, снимается микропроцес сором блока 1 и запоминается в ОЗУ МП Д 1.Далее микропроцессором блока 1 производится вычитание из От(а) и Ои(д) величины паразитного смещения Осм(тд) (см,(18. В результате. получаются оконча тельные величины Ото и Оно,ЬОто = О,(О 4) - О,.(Е 1 д) =- О- -ТО(31) где Кду - коэффициент усиления дифференциального усилителя 5;Внд - сопротивление обратной связи впреобразователе 4,Величина 6 х запоминается в ОЗУ МП,При отсутствии напряжений смещениярезультат деления соответствовал бы истинной величине проводимости измеряемого элемента:От ид 1146 хист =д, Квд (32) Подставляя в(32) формулы (22); (27), используя (19); (23) и (31), получаем значение бх,ист.16 х ист = - ф (33)с-хПогрешность измерения проводимости определяется как6 х -бхист(34)На основе (34), используя (20); (22); (25); (27); (28) и (29) можно проанализировать величину погрешности измерения д 6 х при исм 1 =+ Ю В фэт = В: О, =4 В;Вр = Ю-г.4Анализируя погрешность измерения предлагаемого измерителя, вызванную наличием паразитных смещений постоянного напряжения его цепей, можно сделать вывод; влияния этих смещений практически полностью исключаются и не оказывают существенного влияния на результат измерения даже, если его величина (смещения) имеет значительную величину, в данном случае от 0,1 до 1, от величины полезного сигнала, В предлагаемом измерителе влияние величины паразитного напряжения смещения на результат измерения уменьшается в 100-250 раз и по точности не уступает прототипу. После записи величины 6 х в ОЗУ МП переходит к расчету и анализу сдвига фаз между От и Ои. Сначала рассчитывается время сдвига фаз:сх=(256 Яхт+Их с Ло,(35) где Мхт - число, накопленное в таймере Тф микропроцессора;Мха- ЧИСЛО, СНЯТОЕ МИКРОПРОЦЕССОРОМ С регистра Д 43 блока 14;Ьо - частота повторения генераторасчетных импульсов (70 МГц).и производится анализ сдвига фаз между От и Он. Если 1/Ъ удовлетворяет условию ОЪ2, то осуществляется расчет емкостного сопротивления,Вычисляются величины 3 и р и соз Ъ, затем осуществляется расчет емкости (по параллельной схеме включения);0. С = - " зи р (37)Жр и расчет сопротивления (по параллельной схеме включения) или тя о; Я=1/6 соз Р. (38.1) 19 д=:зи ъ/соз ъ, (38.2) Величины С и Я выдаются на индикацию (блок индикации на фиг,1 не показан) или на ЭВМ, в качестве которой может быть использована любая серийная модель ЭВМ с соответствующим интерфейсом. После этого осуществляется переход к первому такту измерения. Если Ъ удовлетворяет условию уЪ- 3 2 (емкостное или индуктивное сопротивление), то расчет осуществляется следующим образом. Рассчитывается величина уъ: Ъ =2 х - Ъ, (39) Если ъ 0,то производится расчет1 зпри созуЪ,а затем емкости С (параллельная схема включения):С =(ОхЛор 1 з 1 п у 3 (40)и сопротивления Я (параллельная схема включения) или 19 д:Я=1/6 соз ф (41.1) таад = , . (41,2)соз 1 дЪПосле этого значения С и Я выдаютсяна индикацию и осуществляется переход к . первому такту измерения,: . Если у 3О, то осуществляется расчет .индуктивности Ь (последовательная схема включения):11. - .Ж (42) и сопротивления Я (последовательная схема включения) в, =-"й (4 з) Величины. . и Я выдаются на индикацию и осуществляется переход к первому такту измерения. Время всего цикла измерения хц предлагаемого измерителя определяется поформулехц =хЗ+х 4+тЬ+Зхб у . (44)где хз - время детектирования напряженийСмЕщЕния (16-19 фиг, 15,б,к);хз - Тр/2;х 4 - время измеренияОт (112-114, фиг.10 15,а,в; 15 б,к);ха - Тр/2-1,5 Тр,х 5 - время измерения Он (117-119, фиг,15,а,г; 15,в,к);1=4;15 х 6 - время преобразования АЦП (тд-Оо;114-115 119 120 фиг,15,б,к,л);х 6 100 мкс.Можно сравнить время хц с временемтц (Время измерения прототипа, см, (15) и(16). При работе прототипа на одной и тойже частоте время х 1 прототипа и хз,х 4,хьпредлагаемого измерителя можно считатьравными, так как в основе детектированиялежит один и тот же физический принцип.Время х 2 можно приравнять к х 6, так какони постоянны и занимают относительнонебольшое время в цикле измерения (1030%). Таким. образом, время измеренияпредлагаемого измерителя хц можно переписать во временах х 1 и х 2 прототипа:хц = Зх 1 + Зх 2 (45)Выполнение измерителя описаннымвыше способом обеспечивает повышение35 быстродействия при измерении параметровкомплексных сопротивлений. Измерителемсамостоятельно определяется тип измеряемого элемента,Вследствие этого измеритель, постро 40 енный по предлагаемому принципу, при измерении параметров комплексныхсопротивлений имеет по сравнению с прототипом выигрыш в быстродействии в 1,72,1 раза.Формула изобретенияИзмеритель параметров комплексйыхсопротивлений, содержащий генератор си нусоидального напряжения, преобразователь ток - напряжение, первый вход50 которого соединен с первым выводом измеряемого сопротивления, элемент совпадения, первый вход которого соединен свыходом генератора счетных импульсов, авыход - с первым входом счетчика, и,компа 55 ратор, ол и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения, быстродействия, в него введеныблок управления, дешифраторкоманд, дифференциальный усилитель, блок коммутации каналов, интегрирующий детектор,аналого-цифровой преобразователь, циф1751690 24 Табл и ца 1 аблица 2 Тэблицв 3 Осц,в о 10. овой фазовый детектор и второй компаратор, второй вывод измеряемого сопротивле-ния соединен с выходом генераторасинусоидального напряжения и первым входом дифференциального усилителя, второй 5вход которого соединен с первым входомпреобразователя ток - напряжение, а выход- с первым входом блока коммутации каналов и первым входом второго компаратора, 10выход преобразователя ток - напряжениесоединен с первым входом первого компаратора и вторым входом блока коммутацииканалов, выход которого соединен с первымвходом интегрирующего детектора, первый 15и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами аналого-цифровогопреобразователя соответственно, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к первому и второму входам цифрового фазового детектора, выход которого соединен с вторым входом элемента совпадения, выход счетчика соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и входом блока управления, выход которого соединен с входом дешифратора команд, выход которого соединен с вторыми входами преобразователя ток - напряжение, интегрирующего детектора и счетчика и третьими входами цифрового фазового детектора, блока коммутации каналов и аналого-цифрового преобразователя, вторые входы первого и второго компараторов соединены с общей шиной измерителя.5 10 15 Выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом делителя частоты и входом схемы поглощения импульсов, выход делителя частоты соединен с первым выводом измеряемого сопротивления и первым входом первого ключа, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, второй вывод объекта измерения соединен с первым входом, преобразователя ток - напряжение, выход которого соединен с первым входом второго ключа, выход которого соединен с первым входом синхронного. детектора, выход схемы поглощения импульсов соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом синхронного детектор, выход синхронного детектора и выход источника разрядного напряжения через соответствующие резисторы соединены с входом интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, выход которого соединен с первым входом элемента совпаденйя, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход элемента совпадения соединен с входом счетчика.Данные измерители позволяют исключить погрешность, вызванную смещением нуля интегратора и дрейфа фазы фазовращателя, Сдвиг фазы опорного напряжения на угол, кратный л/2, осуществляется цифровым фазовым фазовращателем, состоящим из схемы поглощения импульсов и делителя частоты на четыре. Такой фазовращатель дает достаточно точный сдвиг напряжения на д /2. Однако измерение проводится в пять тактов, что существенно.снижает быстродействие измерителей,Целью изобретения является повыше ние быстродействия при измерении параметров емкостей, индуктивностей и сопротивлений.Использование предлагаемого измерителя существенно уменьшает время измерения, а также позволяет практически . полностью избавиться от влияния напряжений смещения на результат. измерения, В отличие от прототипа измерение параметров комплексного сопротивления в предлагаемом устройстве проводится не измерением составляющих векторов От и Он в декартовой системе координат, а измерением их модулей с одновременным измере 20 соответственно, другой вывод объекта из 30 35 40 50 55 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров емкостей, индуктивностей исопротивлений.Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для входного контроля элементов, лабораторного измеренияСВ-элементов и внутрисхемного контроля функциональных печатных плат;Известен измеоитель интегрирувщего типа 4262 А фирмы "НеМеи-Раскагб" (США), который содержит генератор синусоидального напряжения, объект измерения, преобразователь ток - напряжение, выполненный на операционном усилителе, четыре ключа, фазовращатель, синхронный детектор, интегратор, компаратор, схему логического совпадения, генератор счетных импульсов и счетчик,Один вывод объекта измерения соединен с выходом генератора синусоидального напряжения и сигнальными входами двух ключей, выходы которых соединены с входами синхронного детектора и фазовращателя мерения соединен с токовым и потенциальными входами преобразователя ток - напряжение, выход которого соединен с сигнальными входами двух ключей, выходы которых соединены с входами синхронного детектора и фазовращателя соответственно, выход фазовращателя соединен с управ- ляющим входом синхронного детектора, выход которого соединен с управляющим входом интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, выход которого соединен с одним из входов схемы логического совпадения, другой вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход схемы логического совпадения соединен с входом счетчика. Недостатки данного измерителя заключаются в наличии погрешности за счет смещений синхронного детектора и интегратора, дрейфа фазы фазовращателя,сложности получения точного и стабильного сдвига напряжения на угол, кратный л/2,Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются измерители 4274 Я, 4275 А фирмы "НеМей-РасМагб" (СЙА), основанные на интегрирующем методе измерения с относительным опорным напряжением с применением микропроцессора, каждый из которых содержит генератор синусоидального напряжения, делитель частоты, фазовращатель, выполненный на схеме поглощения импульсов и делителя частоты, измеряемое сопротивление, преобразователь ток - напряжение, выполненный на операционном усилителе, два ключа,синхронный детектор, источник разрядногонапряжения, интегратор, компаратор, элемент совпадения, генератор счетных импульсов и счетчик.1751690 В 3 Составитель Л.РожецкиТех е М.Мо гент л наРедактор А,Лежнина Р д р а Корректор 8.Гирня 3 аказ 2689 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям й открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1нием сдвига фаэ между векторами От и Он вполярных координатах.Поставленная цель достигается тем, чтов измеритель, параметров комплексных сопротивлений, содержащий генератор синусоидального напряжения, преобразовательток - напряжение, первый вход которогосоединен с первым выводом измеряемогосопротивления, элемент совпадения, первый вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, а выход - спервым входом счетчика, и компаратор, введены блок управления, дешифратор команд,дифференциальный усилитель, блок коммутации каналов, интегрирующий детектор,аналого-цифровой преобразователь, цифровой фазовый детектор и второй компаратор, причем второй вывод измеряемогосопротивления соединен с выходом генератора синусоидального напряжения и первым входом дифференциального усилителя,второй вход которого соединен с первымвходом преобразователя ток - напряжение,а выход - с первым входом блока коммутации каналов, выход которого соединен спервым входом интегрирующего детектора,первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами аналогоцифрового преобразователясоответственно, выходы первого и второгокомпараторов подключены соответственнок первому и второму входам цифрового фазового детектора, выход которого соединенс вторым входом элемента совпадения, выход счетчика соединен с выходом айалогоцифрового преобразователя и входом блокауправления, выход которого соединен свходом дешифратора команд, выход которогосоединен с вторыми входами преобразователя ток - напряжение, интегрирующегодетектора и счетчика и третьими входамицифрового фазового детектора, блока коммутации каналов ианалого-цифрового преобразователя, вторые входы первого ивторого компараторов соединены с общейшиной измерителя,Измерение параметров комплексногосопротивления посредством известного устройства осуществляется в пять тактов, каждый из которых состоит из трех идентичныхэтапов измерения,Первый такт измерения сводится к измерению и запоминанию напряжениясмещения на выходе интегратора приотключенном генераторе синусоидальногонапряжения.На первом этапе первого такта происходит интегрирующее детектирование по полупериоду рабочей частоты посредствомсинхронного детектора, в результате чего на выходе синхронного детектора выделяетсянапряжение смещения Осм:Осм(С) = Р .Г б 1+ Осм 2 + У .Г С С,(1)где Осм, - напряжение смещения на входесинхронного детектора;Осм - напряжение смещения на выходесинхронного детектора в процессе детектирования;"0 То - постоянная времени синхронногодетектора.11 - момент времени окончания детектирования и начало заряда интегратора: 11 Х 1=Тр/2.Тр - период рабочей частоты, на которойпроисходит измерение.В момент времени х 1 на выходе детектора выделяется напряжение Осм (т 1).На втором этапе первого такта происхо дит процесс заряда интегратора, в результате чего на его выходе выделяется2напряжение Осм (1):Осм(1) =ОсСм(11) б й+ ,21 б й ++ 3 3 ТР игде Осм-, напряжение смещения на выходеинтегратора;Осм 4.- напряжение смещения выходасинхройного детектора после его сброса(момент 12)12 - момент времени окончания зарядаинтегратора и начала его разряда;х 2=с 2-О - время заряда интегратора;Ти - постоянная времени интегратора.В момент времени т 2 на вцхо,ое интегратсра ВЫдЕЛяЕтСя НаПряжЕНйЕ Осм (12):2 Х 1 Х 2 Х 2 40Осм (т 2) - Осм 1 Г + Осм 2 +ТО и ТиХ 3Ыи 1 р-ОсмзНа третьем этапе первого такта происходит процесс разряда,интеграторапосред ством подключения к его входу источникаразрядного напряжения (условимся: постоянная времени цепи разряда интегратораравна постоянной времени цепи заряда Ти).В результате процесса разряда на выходе 50 интегратора выделится напряжениеОсм (1):з(4)где Ор - величина напряжения источникаразрядного напряжения1 з- момент времени перехода выходного напряжения интегратора через нулевоезначение (конец измерения напряжениясмещения): 1 з= ЬтхВ момент времени тз на выходе интегратора выделяется напряжение Осм (тз)=0:зц ч р чЦ(.Осу =О.2,ТчТры . (5)Иэ уравнения (6) можно найти времяЬтх, которое зафиксирует счетчик и которое будет вычитаться из результата измерения составляющих как величина,пропорциональная величине смещения:0 см 1 ь,сд сМгЬс+ь 1 Т 11 .0 ОцА ОР " Осм+ (6)В следующие 4 такта измерения известное устройство измеряет две синфазные составляющие йе От, йе Он и двеКВадратурНЫЕ СОСтаедяЮщИЕ п 1 От, в Он.Рассмотрим на примере измерения йе Онасколько полно компенсируется напряжение смещения извес гного устройства. ИдеаЛЬНОЕ ИЭМЕрЕННОЕ В р Е М я Гхн 1,пропорциональное величине йе От (при условии отсутствия напряжения смещения)равно:2 От, а,хц 1 = -О - ф - СОВ ф 1 г (7)где в- круговая частота сигнала, посредством которого п.роводится измерение;р 1 - угол сдвига фаз между напряжением От и опорным напряжением Оол.Используя те же математические операции, что и в первом такте измерения, найдем реально измеренную известнымУСтРОИСтВОМ ВЕЛИЧИНУ тхР 1.. В конце первого этапа измерения в момент времени с 1 на выходе синхронного детектора выделяется постоянноенапряжение О 1(0):О ф 1) - ;Т- СОЗ ф 1 + Осм 1 у - + Осм 2. (8)2 От ц +В конце второго этапа измерения в момент времени 12 на выходе интегратора выделяется напряжение О 2(т 2):Ц фЦЦ,С,):сОМ 1 фсМ, т1 ТЛ 4.л с,.ф"см т +чсм 1 о 1 сфь(9)ч55 В конце третьего этапа измерения в момент времени 1 з на выходе интегратора выделяется напряжение Оз 11 з)=0:л Л Л"0 Гдв тхр 1- рЕаЛЬНОЕ ВрЕМя, ЗафИКСИрОВаННОЕизвестным устройством без компенсациипаразитных смещений.Из уравнения (11)Й 0 т с еи, ,сл ц лл(11)Вычитая из (11) уравнение (6), получимОКОНЧатЕЛЬНую ВЕЛИЧИНУ Тхр 1, КОтсрая ИСпользуется в дальнейших расчетах:1 2 ОТ 72тхр 1 =Гхр Лх ц -- О- сОВф 1,25р - см 4 о щ(12)Определим погрешность измеренияд Гх 1д Тхо 1 Тхр 1 Осм 430 х 1 Ххо 1 Ор Осм 4На точность измерения дахр в известномустройстве влияет величина смещения синХрОННОГО дЕтЕКтОра (Осм 4)В табл, 1 приведены погрешности измерения известным устройством приОсм 4=+10 В при Ор 1; 10 В,-2Однако в результате преобразований, выполненных по формулам (39) и (40) (измере 4 ние параметров цепей с сосредоточеннымпостоянными, с. 29) эта погрешность существенноуменьшается, и практически не.влияет на точность измерения параметровкомплексных сопротивлений,Время всего цикла измерения (г) определяется по формулет 3 =5(01 +й 2)+Ьгх+ххр 1++ Тхр 2 + хрЗ + Гхр 4(14)150 где г,р 1 - время разряда интегратора вовтором такте измерения (йеОт):1. Ххр 2 - ВрЕМя разряда ИНтЕГратОра Втретьем такте измерения (ЬОт);х,рз - время разряда интегратора вчетвертом такте измерения (йеОн);тхр 4- ВрЕМя раэряда ИНтЕГратара В Пятом такте измерения ( вОн).Время разряда интегратора обычно находится в пределах Ьгх - 10 г 2, причем, какП РаВИЛО, ЕСЛИ ГхР 1 - Гхра - ЬГх, тОгхр 2 - гхр 4 - (г 2 - 10 г 2) при измерении высокодобротных емкостей или индуктивноСтЕй ИЛИ, ЕСЛИ Гхр 1 = Гхрэ = (Г 2 - 10 Г 2), тО1Гхр 2 - Тхр 4 = ЬГх, ПрИ ИЗМЕРЕНИИ СОПратИВлений, на основании чего можно определитьмаксимальное и минимальное время измерения известного устройства:1 ц макс = 5 Г 1 + 15 72 + 3 ЛГх(15)тцмин =5 г 1 +772+3 Лгх(16)В вышеприведенном анализе учитывается только чистое время измерения безучета времени переходных процессов и времени ожидания синхронного детектирования, максимальная величина которогоравна периоду рабочей частоты,На фиг. 1 изображена структурная схема измерителя параметров комплексных сопротивлений; на фиг. 2 - принципиальнаясхема блока управления; на фиг. 3 - принципиальная схема дешифратора команд; нафиг,4 - принципиальная схема генераторасинусоидального сигнала; на фиг. 5 - принципиальная схема преобразователя ток -напряжение; на фиг. 6 - принципиальнаясхема дифференциального усилителя; на 0фиг. 7 - принципиальная схема компараторов; на фиг, 8 - принципиальная схема блока коммутации каналов; на фиг, 9принципиальная схема интегрирующего детектора; на фиг, 10 - принципиальная схемааналого-цифрового преобразователя; нафиг. 11 - принципиальная схема цифровогофазового детектора; на фиг, 12 - принципиальная схема элемента совпадения и счетчика; на фиг. 13 - принципиальная схемагенератора счетных импульсов; на фиг. 14 -циклограмма работы микропроцессора; нафиг, 15 а, б - временная диаграмма работыпредлагаемого измерителя; на фиг. 16 а, в -алгоритм работы предлагаемого устройства,Измеритель параметров комплексныхсопротивлений (фиг. 1) выполнен иэ блока 1управления, дешифратора 2 команд, генератора 3 синусоидального напряжения, преобразователя ток - напряжение 4,дифференциального усилителя 5, компараторов 6 и 7, блока 8 коммутации каналов,. интегрирующего детектора 9, аналого-цифрового преобразователя 10, цифрового фазового детектора 11, элемента 12совпадения, генератора 13 счетных импульсов, счетчика 14 и измеряемого сопротивления 15. Выход генератора синусоидального напряжения 3 и первый вход дифференциального усилителя 5 соединены с первым выводом измеряемого сопротивления 15, второй вывод которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя 5 и первым входом преобразователя ток - напряжение 4, выход которого соединен с первым входом компаратора 6 и первым входом блока 8 коммутации каналов, Выход дифференциального усилителя 5 соединен с первым входом компаратора 7 и вторым входом блока 8 коммутации каналов, выход которого соединен с первым входом интегрирующего детектора 9. Его первый и второй выходы соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя 10 соответственно, выход которого вместе с выходом счетчика 14 соединен с входом блока 1 управления, выход которого соединен с входом дешифратора 2 команд. Выход дешифратора 2 команд подключен к вторым входам преобразователя ток - напряжение 4, интегрирующего детектора 9 и счетчика 14 и третьими входами цифрового фазового детектора 11, блока 8 коммутации каналов и аналого-цифрового преобразователя 10, Выходы компараторов 6 и 7 подключены к первому и второму входам цифроваго фазового детектора 11 соответственно, выход которого соединен с вторым входом элемента 12 совпадения, первый вход которогосоединен с выходом генератора 13 счетных импульсов, а выход - с первым входом счетчика 14.Блок 1 управления (фиг.2) выполнен на микропроцессоре серии К 1816 ВЕ 31 и предназначен для приема информации по шине данных, выполнения математических операций и выдачи адресных сигналов на дешифратор 2 команд, Он состоит из микропроцессора Д 1, элементов начальной установки МП К 1 и СЗ, формирователя тактовой частоты на конденсаторах С 1 и С 2 и резонаторе В 01, адресных регистров Д 2 и Д 4, шинного формирователя ДЗ, постоянного запоминающего устройства Д 6 и элемента Д 5.1.Дешифратор 2 команд (фиг,З) служит для распределения сигналов с блока 1 уп- . равления по шине управления и выдачи их на управляющие входы соответствующих блоков. Он состоит из параллельно-программируемого адаптера Д 7 и элементов начальной установки В 2 и С 4,Генератор 3 синусоидального напряжения (фиг,4) предназначен для задания тестового синусоидального сигнала и содержит генератор прямоугольной последовательности импульсов, выполненный на элемен,ах Д 8.1-Д 8.3, резисторах 83-85, конденсаторах С 5-С 7, частота которого задается кварцевым резонатором В 02 (1 к.р =159 кГц), счетчик-делитель частоты на 100, выполненный на микросхемах Д 9, Д 10, полосовой 5 фильтр, настроенный на частоту 1,59 кГц, который содержит элементы 86-813, С 8-С 11 и микросхемы Д 11, Д 12, умощнитель на элементах Д 13, 814-827,ЧД 1,ЧД 2 МТ 1,Л 4,Преобразователь 4 ток - напряжение (фиг,5) предназначен для преобразования тока, протекающего через измеряемый элемент, в пропорциональное ему напряжение 10 и содержит собственно преобразователь, выполненный на микросхеме Д 14, элементах 828-832, С 12-С 15, реле К 1-К 4, и умощнитель, содержащий транзисторы ЧТБ;, ЧТ 8, диоды ЧДЗ, ЧД 4 и резисторы 833-844.Дифференциальный усилитель 5 (фиг,б) предназначен для выделения сигнала, пропорционального падению напряжения наизмеряемом сопротивлении Ух 15 (фиг. 6) исодержит микросхемы Д 15,.,Д 18, резисторы 845.858 и конденсатор С 16,Компараторы 6 и 7 (фиг,7) идентичны и 25предназначены для преобраэованйя синусоидального сигнала в меандр, и состоят измикросхем Д 19, Д 20 и элементов 859-866,С 17-С 22,Блок 8 коммутации каналов(фиг.8) предназначен для переключения сигналов с дифференциального усилителя 5 ипреобразователя 4 на интегрирующий детектор 9 и содержит микросхемы Д 21,.,Д 25и элементы 867 и С 23. 35йнтегрирующий детектор 9 (фиг.9)предназначен для преобразования синусоидального напряжения в пропорциональное ему постоянное, выдачи этой величинына аналого-цифровой преобразователь 10 и 40запуска этого преобразователя. Детекторсостоит из микросхем Д 26 Д 28, Д 291,Д 30.1, Д 31, Д 32, Д 33.1, Д 34, Д 35, Д 36.1 иэлементов 868-882, С 24-С 27,Аналого-цифровой преобразователь 10 45(фиг.10) предназначен для преобразованияаналогового сигнала в цифровой код и состоит из входного усилителя и умощнителяна микросхеме Д 37, транзисторах ЧТ 9,ЧТ 1 О, элементах 883889 и С 28; собственно АЦП Д 40 и схемы с тремя логическимисостояниями Д 38, Д 39 для вывода цифрового кода на блок 1 управления.Цифровой фазовый детектор 11 (фиг. 11)предназначен для выделения импульса, 55длительность которого равна сдвигу фазмежду сигналами, поступающими с компараторов 6 и 7, Он состоит из микросхемД 29,2, Д 33.2 и Д 41. Элемент 12 совпадения (фиг. 12) предназначен. для выдачи на счетчик 14 определенного количества счетных импульсов, соответствующих сдвигу фаз, выделенному детектором 11, Она состоит из элемента Д 42.1.Генератор 13 счетных импульсов (фиг.13) предназначен для заполнения временного интервала сдвига фаз прямоугольной последовательностью импульсов с частотой 70 МГц и состоит из кварцевого резонатора В 03, транзистораЧТ 11, элемента Д 42,2, резисторов 890, .893, конденсаторов С 29-С 32 и индуктивностей .1, 2.Счетчик 14 (фиг.12) предназначен для подсчета количества импульсов выхода схемы 12 логического совпадения и выдачи его через регистр с тремя состояниями на блок 1 управления по шине данных. Он содержит микросхемы Д 4 ЗД 45.Устройство работает следующим образом,После начальной установки элементами 81 и СЗ блока 1 (фиг.2) и элементами 82 и С 4 соответственно после включения напряжения питания запускается тактовый генератор на элементах С 1, С 2 и В 01 с частотой 12 МГц (фиг. 2). Порт Рф микропроцессора (МП) Д 1 является мультиплексированным, т.е, по нему передаются младший байт адреса и байт данных, Через порт Р 2 передается старший байт адреса. Младший байт адреса записывается в регистр Д 2, а старший - в регистр Д 4 по сигналу с МП "А Е", Далее МП выдает сигнал "РВЕМ", который поступает на вход ПЗУ Д 6 "СГ (выбор кристалла), осуществляя выборку по заданному адресу внешней программной памяти. Этот же сигнал поступает на вход "А/В" приемопередатчика ДЗ, настраивая его на передачу данных к микропроцессору(В"А). Далее МП, расшифровав команду из ПЗУ, производит соответствующее действие, повторяя в нужный момент обращение к внешней программной памяти. Цикл этого обращения показан на фиг. 14,а. Прием информации по шине данных от блоков 10 и 14 осуществляется через порт Р 1 МП, а подсчет импульсов переполнения от блока 14 "Тф"-встроенным таймером в соответствии с заданным алгоритмом. В соответствии с этим алгоритмом работы; приведенным на фиг.16, осуществляется запись информации от МП в дешифратор 2 команд. Это происходит согласно фиг. 14,б следующим образом. Адрес записывается в регистры Д 2 и Д 4 по сигналу "АЕ". Сигнал "РВЕМ" в этом случае не подается, а после того, как на выходе приемопередатчика ДЗ через порт Рф установлены выводимые данные (разряды Дф,;Д 7) подается сигнал "ОЯ" (запись), который, поступая на ППА Д 7 (фиг,2), осуществляет запись данных в выбранный адресными разрядами А 6 и А 1 выходной порт РА, РВ или РС. Сигнал "ВК", поступающий низким 5 уровнем с блока 1, активизирует микросхему Д 7 в течение цикла записи..Адреса портов ППА следующие:РА - 8 фф 9 Н;РВ - 8 991 Н;РС - 8 99 2 Н.Перед началом работы разряды портов ППА имеют следующие значения (табл, 2),Цикл измерения начинается с поиска нужного диапазона измерения. В преобра зователе 4 ток - напряжение включается первый диапазон. Это происходит после подачи сигнала ".1 диап" с разряда порта РАф блока 2 низким уровнем, который включает реле К 1 блок 4 (фиг.5), Это реле 20 своими контактами подключает в цепь обратной связи операционного усилителя Д 14 элементы В 29 и С 12, Тестовый сигнал с выхода генератора 3 проходит через измеряемый элемент 15 и с выходов блоков 4 и 5 25 поступает на сигнальные входы блоков 6,7,8 (фиг. 15, а,е,к). Далее в блоке 8 коммутации каналов (фиг. 8) осуществляется коммутация канала Ит на вход интегрирующего детекто 10 ра 9. Это происходит после подачи сигнала 30 высокого уровня с порта РА и блока 2, До подачи этого сигнала вход повторителя Д 25 блока 8 посредством ключей Д 21-Д 23 (фиг.8) был отсечен от каналов О, и Он. На 35 выходе повторителя сигнал отсутствовал После подачи сигнала "Ком,кан. От" (фиг.15,а,в) ключ Д 22.2 закрывается, а ключи Д 21.1 и Д 22.1 открываются, обеспечивая прохождение сигнала От через ФНЧ на эле(фиг,5), и установление переходных процес сов.Далее происходит интегрирующее де-тектирование сигнала О по полупериоду рабочей частоты интегрирующим детектором 9, С разряда порта РС 2 блока 2 низким 50 уровнем выдается сигнал "Сброс ИД" длительностью 10 мкс (фиг. 15,а), который устанавливает прямой выход О-триггера Д 33.1 блока 9(фиг. 9) в состояние "0". Замыкается ключ Д 32.1, разряжая емкость С 24 интегра 55 тора Д 31. После импульса "Сброс" с разряда порта РСЗ блока 2 подается сигнал "Запуск" (фиг; 15,а,б). На О-входе триггера Д 33.1 блока 9 устанавливается высокий уровень и триггер находится в состоянии готовности. ментах С 23 и В 67 на выход повторителя 40 Д 25, После этого МП блока 1 осуществляет выдержку в 1,0 мс, необходимую для комму. тации диапазонного сопротивления Я 29 в преобразователе 4 ток - напряжение После перехода напряжения через ноль в положительную область значения (момент времени тз, фиг. 15,а,з) на прямом выходе которого устанавливае 1 ся уровень "1". Размыкается ключ Д 32,1 интегратора Д 31, вводя его в режим интегрирования, и запускается одновибратор Д 34,2, выдающий импульс длительностью Тр/2 (фиг, 15,б,и) (полупериода частоты тестового синусоидального сигнала). Этот импульс выключает ключ Д 26,2 и включает ключ Д 26.1, подавая сигнал От на вход интегратора, Начинается процесс интегрирования по полупериоду (фиг. 15,б,к). По окончании импульса одновибратора Д 34,2 в момент времени ь (фиг, 15,б,и) сигнал От посредством ключей Д 26 отключается от интегратора Д 31 и детектор 9 переходит в режим хранения информации. Последовательно запускаются два одновибратора Д 34,1 и Д 36.1, которые через 80 мкс в момент времени 15 выдают на АЦП 10 сигнал низкого уровня "Запуск АЦП" (фиг, 15,б,л) длительностью 2 мкс, По этому сигналу напряжение От с выхода усилителя Д 35 блока 9 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 10 и преобразуется АЦП Д 40 (фиг, 10) в течение 4-6 мкс в 12-разрядный цифровой код, который по сигналам низкого уровня с разрядов порта РА 6, РА 7 блока 2 "1 байт" и "2 байт" передается через трехстабильные буфера Д 38, Д 39 побайтно по шине данных (сначала 8 младших разрядов, затем 4 старших) на порт Р 1 МП Д 1 блока 1 управления. Если после перевода цифрового кода микропроцессором ему будет соответствовать значение напряжения 10,23 758, то это свидетельствует о том, что измеряемый элемент находится не в допуске и не может быть измерен, В этом случае цикл поиска начинается сначала, а на индикацию выдается сигнал переполнения, Если значение напряжения находится в пределах 1 ВОдцп 10.2375 В, то нужно переходить к измерению, Если значение напряжения меньше 18, то необходимо включить 2-й диапазон измерения, предварительно отключив сигнал "Запуск" (установить РСЗ в "0"), и подав с разряда порта РС 2 сигнал "Сброс ИД". Далее повторяются те же операции, что и для 1-го диапазона измерения, Если значение напряжения; снятого микропроцессором с АЦП 10, будет меньше 1 В и на втором диапазоне,. то включается третий диапазон, а при необходимости и четвертый, Включение диапазонов осуществляется подачей сигналов "2 диап."; "3 диап." и "4 диап," с разрядов порта РА 1 РА 3 дешифратора команд 2 низким уровнем. В результате в блоке 4 реле К 2-К 4 будут подключатьв цепь обратной связи ОУ Д 14 соответствующие элементы (фиг. 5), Если на четвертом диапазоне напряжение Олцп будет меньше 1 В, то все равно осуществляется переход к режиму измерения элемента. Если в процессе поиска в 2-4 диапазонах, напряжение Одцп=10,2375, то поиск прерывается на данном диапазоне, и вновь начинается с первого диапазона.Режим измерения состоит из трех тактов, В первом такте проводится измерение и запоминание напряжения смещения на выходе интегрирующего детектора 9 при отключенном генераторе 3 синусоидального напряжения (блок 9 коммутации каналов отключен). В последующих расчетах участвуют времена чистого измерения, но фактическое время измерения будет несколько больше, так как после каждого включения и выключения коммутатора 8 перед подачей импульса "Запуск" или "Калибр" на детектор 9 в предлагаемомизмерителе осуществляется задержка длительностью в 350 мкс, необходимая для устранения влияния переходных процессов, Так как при анализе прототипа время переходных процессов не учитывалось, то для корректного сравнения не учитывается это время и при анализе предлагаемого измерителя.В первом такте происходит интегриру ющее детектирование напряжения смещения по полупериоду тестовой частоты, а также измерение сдвига фаз между сигналами От и Он, поступающими с блоков 4 и 5.Для этого отключается канал О в блоке 8 посредством подачи с блока 2 в момент времени М сигнала "Ком.кан, т" низкого уровня (фиг. 15, а, в), Следует выдержка в 350 мкс, Потом на блок 9 с блока 2 подается сигнал "Запрет" низким уровнем. Теперь импульсы с компаратора Д 27 уже не могут опрокинуть триггер Д 33,1 блока 9, Далее на блок 9 с блока 2 в момент времени 17 подается сигнал "Сброс ИД" длительностью 1 мкс (фиг.15, а,а), который устанавливает триггер Д 33,1 (фиг,9) в исходное состояние, а нэ цифровой фазовый детектор 11 и на счетчик 14 с разрядов портов РС 7 и РВ 1 Д 7 блока 2 подаются сигналы "Сброс ФД" и "Сброс С 4" (фиг. 15,а и 15,б,п) низким уровнем длительностью 1 мкс. Выходы 0 О-триггеров Д 33,2 и Д 41 блока 11 (фиг.11) устанавливаются в "0", а счетчики Д 43 и Д 44 блока 14 (фиг. 12) обнуляются. После этого в момент времени а на блок 9 с блока 2 подается сигнал "Запуск" (фиг.15,а,б) и высоким уровнем сигнал "Калибр" длительностью 1 мкс (фиг, 15,а,д). На фазовый детектор 11 подается сигнал "Разрешение" на измерение сдвига фаз (фиг, 15, б,м), На выходе интегрирующего детектора9 выделится напряжение смещения Осм(т)(фиг, 15,б,к); Осм(1) =, бт + Осм 2 =9 Осм 1в Т 0где Осм, - напряжение смещения нуля на входе интегрирующего детектора;Осм - напряжение смещения нуля на выходе йнтегрирующего детектора;Тр - период рабочей частоты;То - постоянная времени интегрирующего детектора,В момент времени с 9 на выходе детектора выделится постоянное напряжение О (т 9):ТрОсм (с) = ЮМ 1 - Р + Осм 2 (18)2 ТО 10 15 В момент времени 11 о результат выдается на АЦП 10, снимается микропроцессором и запоминается в ОЗУ микропроцессора блока 1 управления, После этого в момент времени т 11 на блок 9 выдается импульс "Сброс ИД", и сигнал "Запуск" принимает уровень "0" (фиг. 15,а,б). Сигнал "Запрет" принимает высокий уровень.Измерение сдвига фаз начинается в момент времени 1 а после выдачи сигнала "Разрешение". Триггер Д 33,2 цифрового фазового детектора 11 (фиг. 11) находится в состоянии ожидания положительного перепада с компаратора Д 19 блока 6 (фиг. 7), На вход компаратора поступает синусоидальный сигнал О с блока 4. В момент перехода напряжения О (пропорционального току, 40 протекающему через измеряемый элемент)через ноль (момент времени 1 н.ф, фиг. 15, э) срабатывает компаратор блока 6 Д 19, триггер Д 33.2 блока 11 опрокидывается и выдает на вход элемента совпадения Д 42.1 блока 12 (фиг,12) разрешение (уровень "1") на прохождение через него счетных импульсов с генератора 13 (фиг, 15,б,н,о) на счетчик Д 43 блока 14. Импульсы переполнения с выхода Р счетчика Д 43 (фиг. 12) поступают на счетный вход С счетчика Д 44, а импульсы переполнения с выхода Р Д 44 через шину данных- на таймер "Тф" МП блока 1, который находится в режиме приема счетных импульсов. Кроме этого, триггер Д 33.2 блока 11 (фиг. 11) в момент опрокидывания переключает триггер Д 41,1, который выдает на О-вход триггера Д 41.2 разрешение на включение по положительному перепаду сигнала с выхода компаратора Д 20 блока 7 (канал О) (фиг. 7), В момент перехода навр где Оси - напряжение смещения, приведенное к положительному вхоуу компаратора(для К 554 САЗА Осмк 5 10 В);Ок - напряжение нуля на выходе комаратора(000,2 В);Кос - коэффициент. передачи цепи положительной обратной связи компаратора с выхода на вход (Кос=2,56 10 з).В момент времени 114 (фиг.15,б,к) на выходе детектора выделится напряжение 0 Ог(т 14);От(14) = Ос (т см ТО. ВТр- соз вр Ь 1) + о 2. (21)В идеальном варианте (все напряжениясмещения равны нулю) в момент 114 на выходе детектора напряжение достигло бы величины От ид(114):1 О К аТврТо 2От ид(114) = - ф.(СОЯ - СОЗО) =2 В К, (22)врТоПосле съема микропроцессором блока 1значения величины напряжения 0(114) с 5 АЦП (блок 10), МП оценивает результат измерения. Может быть несколько вариантов:а) величина измеренного напряженияОг(114) равна 10,2375 В; в этом случае вся предыдущая информация сбрасывается и 0 МП переходит к режиму поиска диапазона;б) если величина измеренного напряжения 0(т 14) удовлетворяет условию 1 ВО,(114)10,2375 В, то его величина запоминается в ОЗУ и осуществляется переход к третьему такту измерения;в) если измерение производится в одном из диапазонов (1-3), то если От 1 В, то вся предыдущая информация сбасывается и МП переключается к режиму поиска диапа зона.В третьем такте измерения происходитдетектирование, измерение и запоминание сигнала Он, пропорционального падению напряжения на объекте измерения: 5 10 н 1= ОгКоу + ) (23)2гдеОн- амплитуда сигнала на выходе дифференциального усилителя 5;Кду - коэффициент передачи усилитеи15 пряжения Он (пропорционального падениюнапряжения на измеряемом элементе) через ноль (момент времени ти.ф. фиг. 15,а,е)триггер Д 41.2 блока 11 опрокидывается исбрасывает триггер Д 33,2, запрещая тем самым прохождение счетных импульсов с генератора 3 через элемент совпадения Д 42.1блока 12 на счетчик 14 (фиг. 15.б,н,о). Счетпрекращается, С дешифратора 2 команд наблок 14 через 1,5 мс после э выдается сигнала "Конец измерения", который переднимфронтом записывает информацию со счетчиков Д 43, Д 41 (фиг. 12) в регистр с тремясостояниями Д 45 и по сигналу "ВК" с блока2 низким уровнем эта информация по шинеданных записывается в порт Р 1 МП блока 1управления, где складывается со значением, накопленным в таймере Т О. После этогосигнал "Разрешение" принимает низкийуровень (фиг.15,б,н). 2Во втором такте измерения производится детектирование, измерение и запоминание сигнала Ог, пропорционального току,протекающему через объект измерения;От - (Ог 1 (19)где Ог- амплитуда сигнала на выходе преобразователя 4;10 г - амплитуда напряжения на выходегенератора 3; 3Япд - величина образцового диапазонного сопротивления в цепи обратной связиД 14 преобразователя 4;Йх - комплексное сопротивление измеряемого объекта; 3Е, - комплексное паразитное сопротивление подключающих проводов,В момент времени т 12 (фиг. 15,а,в) наблок 8 с блока 2 высоким уровнем подаетсясигнал "Ком,канала 0", на вход детектора 9 4поступает сигнал О (фиг, 15,а,з). На детектор 9 с блока 2 высоким уровнем подаетсясигнал "Запуск" (фиг, 15,а.б). В момент времени т 1 з(фиг. 15,а,з) при переходе напряжения От через ноль срабатывает компаратор 4Д 27 блока 9 и начинается процесс интегрирования по полупериоду рабочей частоты(фиг, 15,6, к). В момент 114 (фиг. 15,6, к), оп ределяемый длительностью импульса одновибратора Д 34.2 блока 9 (фиг.15,б,и), 5детектор переходит в режим хранения информации. В отрезок времени 114-11 з на выходе детектора 9 выделится напряжениеОт(1)00) =1-( Х Ь,О м 1 а+Кф1 тр 5.ГО + Ь,1Оо зп врс 11 + Осм 2(20)где вр - круговая рабочая частота, на которой проводится измерение; Ь 11 - ошибка выбора начала интегрирования детектором, связанная с наличием паразитных смещений на входе компаратора и на входе детектора;Кф - коэффициент передачи ВС-фильтра в блоке коммутации каналов;