Устройство для измерения логарифмического декремента затухания колебательных систем

(11)53206 О ОП ИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюэ Советских Социалистических Респуолик(45) Дата опубликования описания 18.10,76(51) М,Кл, 6 О 1 К 27,26 Государственный комитетСовета Министров СССРпа делам нзооретеннйн отнрытнй(72) Автор изобретения В, Л. Свиридин Минский радиотехнический институт(34) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО ДЕКРЕМЕНТА ЗАТУХАНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМгп(о) Изооретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для измерения логарифмического дакремента затухания хак низкодобротных, так и высокодобротных колебательных систем с полышенной точностью и быстродействием и может быть использовано для измерения других параметров систем, например добротности или тангенса угла потерь.Известно устройство для измерения иараметров колебательных оистем, основанные на измерении натурального логарифма отношения амплитуд двух, колебаний, отстоящих одно от другого иа время, кратное периоду колебаний затухающего переходного, процесса в исследуемых системах при их уларном возбуждении 1.Однако это устройство обладает низкой точностью измерения.Из известных устройств для измерения ло гарифмического лекремента затухания колебательных систем наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее блок ударного возбуждения, блок формирования импульсов управления и инди катор 121.Это устройство имеет низкую точность и малое быстродействие при,измерении параметров высокодобротных систем.С,целью позышения точности и расширения пределов измерения з предлагаемое устройство введены счетчиках импульсоз, входы,хоторого соединены с блоком ударного возбуждения,и блоком формирования пмпульсоз управления, а зыхолы - ,с входом последнего и индикатора и последовательно соединенные блок ооработки несущей и формирования огибающей и блок измерения производной, причем олин из зходоз блока ооработки несущей и формирования огибающей соединены с блоком формирования импульсов управления, а друпие входы блока измерения производной соединены с блохом ударного возбуждения колебания и блоком формирования импульсов управления; блок измерения производной состоит из двух синхронных демодуляторов, выходы;которых,соедпнены с входами решающего усилителя, выход которого соединен с индикатором.Логарифмический лехремент затухания может быть определен по следующей формуле гле ЛУ,И(о) - конечное приращение амплитуды колебаний исследуемых систем, соответствующее,конечному приращению времени Лв начальный момент времени о,и=-; -Т Введение числа п,позволяет упростить измерения и позыоить их разрешающую способность в диапазоне измеряемых величин, таккак это число и устанавливается В процессеизмерений автоматически счетчиком импульсов. Для определения логарифмическогодекремента затухания б требуется предельнокороткое время Л 1, чем и обуславливается быстролейстзис предлагаемого устройства. Однако это время ие может быпгь бесконечныммалым так как для определения производнойдс 1,й- " - пеоохолимо располагать (ясак минимл 1)двумя точками на огибающей ударно-возбужденных колебаний.1-1 е формируя огибающей как таковой (непроизводя детектирования колебавий, хотяподобная операция необходима при исследовании низкодобротных систем), в. качествеопорных точек можно использовать экстремальные точки ударно-возбужденных колебаний, например первый максимум и первыйминимум,или нервый и второй максимумы ит. д., при этом время, требуемое для измерения,произволной, составляет соответственноЛ 1 = - ,или Л 1 = Т и т. д,ТЗо2При измерениях параметров низколобротных систем, особенно когда тангенс угла потерь близок к единицедаже при столь малом М ощущается погрешность определения З 5производной в связи с неточностью выполнения условия измерения ее в,начальный момент времеви ( =/= 1,) и неточностью аппроксимации огибающей хордой,на участке, заключеином, например, между первым макоимуьном и первым минимумом ударно-возбужденных колебаниях.Величины отмеченных составляющих,погрешности измерения могут быть снижены,если осущесгвить предварительную обработку, например дифференцирование по временинесущей с последующим формированием огибающей ударно-возбужденных колебаний исследуемых систем. Формулируя огиоающую, напримерпутем детектирования,колебаний с 50использованием предварительного дифференцирования несущей время, требуемое для опресделения производной, может оыть существенно сокращено и число п можно выбратьменьше 0,25, что позволяет повысить разрешающую способность, а, следовательно, и точность измерений параметров, в особенностинизкодоброгных колебательных систем.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для измерения логарифмического декремента затухания; на фиг,2 - диаграммы, поясняющие,принцип измерений и работы устройства,Устройство содержит исследуемую колеоательную систему 1, схему 2 ударного возбуж депия колеоаний, олок 8 оораоотхи несущей и формирования огибающей, олок 4 измерения производной по времени от огиоающей уларновозбужденных, колебаний, включающий в себя два синхронных демодулятора 5, б и решающий усилитель 7, блок 8 формирования импульсов управления, счетчик 9 импульсов и ин. дикатор 10.При ударном возбужленип импульсом, вырабатываемым схемой 2 (фиг. 2,а) в исслелуемой колебателыюй системе 1 во зременивозникают затухающие колебания (фиг. 2,б). В блоке З,производится обработка несущей, состоящая в дифференцировании по времени огибающей (фиг, 2,б, кривая Б) и лвухполупериодном выпрямлении без фильтрации и с фильтрацией при формировании. Р 1 з полученных импульсов одной полярности на выходах блока 8 в формирователе 8 в моменты времени, соответствупощие экстремальным точкам кривых А и Б раздельно для одной и другой формируют коропкие импульсы стандартной амплитуды и длительности (фиг. 2,в, г), которые после, дополнительной обработки используются для управления синхронных лсмолуляторов 5 и б блока измерения произволчой.Синхронный демодулятор 5 управляется соответствучощим импульсом в зависимости от того, продифферевцированная или непродифференцированная (соответственно кривая Б и А) несущая подаются на него с выколов блока 3. Для управления синхронным демодулятором б вырабатываются аналогичные импульсы на той же последовательности с помощью счетчика 9 ихгпульсов, осуществляющего необходимый временной сдвиг импульса управления (фиг. 2,е, штриховая линия) относительно начала отсчета. В олоке измеренил производной с помощью синхронных лемодуляторов 5 и б накапливается и запоминается информация об амплитуде импульсов ударно-возбужденных колебаний в соответствующие моменты времени, а затем в решающем усилителе обрабатывается эта информация, например вычитается.Полученное:приращение,напряжения ЛК за соответствующий, промежуток времени Л 1 = пТ (фиг. 2,б),поступает для отсчета на индикатор 10, помимо этого на индикатор поступают также импульсы со счетчика 9 импульсов, По окончавии прохождения импульса схемы 2 ударного возбуждения колебаний накопленная информация,в демодуляторах 5, б частично считывается, счетчик 9 импульсов возвращается в исходное состояние, а устройство готово к следующему циклу измерений,Если в качестве индикаторного устройства использовать осциллоскоп и дополнительно генератор импульсов с,калиброванной длительностью импульсов, то сущность измерений можно изложить следующим образом,На,вход канала вертикального отклонения осциллографа алндикатора с,выхода блока 3 подается сформированная огибающая (фиг.2,ж) ударно-возбужденных колебаний, перед 532060ним фронтом, импульса возбуждения запускается развертка. С другого зыхода олока 3 на модулятор индикатора подается импульс (фиг. 2,з)полученный аналогично импульс ам, показанным ца фиг, 2,д, е, и ца экране часть огибающей, соответствующая длительности этоТ го импульса, равной, цанцриеЕ, Л = -- , з начальный момент времени затемцяется,Одновременно передним фронтом импульса (фиг. 2,з) Оинхро 11 изируется вспомогательный генератор импульсов, длительность импульса, которого (фиг. 2,и) регулируется з пределах длительности импульса (фиг. 2,з). Подавая этот импульс на модулятор осциллоскопа в противоположной, полярности относительно импульса (фиг. 2,з) и регулируя его длительность до получения на экране непрерывного изображения огибающей, отмечается по лимбу генератора импульсов длительность импульса (фиг. 2,з). Затем, уменьшая в соответствующее число раз длительность импульса (фиг. 2,и) до получения необходимого числа п, на экране осциллоскопа возникает огибающая (фиг. 2,ж) с четким очертанием подлежащей исследованию части. Измеряя амплитуду 1/,и приращение ЛУогибающей, по формуле (1) с учетом установленного числа г определяется искомый параметр.Верхний предел по б может достигнуть несколько единиц (нолебательный процесс вырождается в апериодическ 1 ий) с приемлемой степенью точности измерений, что не достижимо с помощью других устройств, аналогичных предложенному. При измерениях параметров высокодобротных систем возникают трудности фиксации разности двух амплитуд колебаний, следующих одно за другим, однако в предлагаемом устройстве (за счет уменьшеНИя бЫ:трОИЕйетз 11 я ИЗМЕрЕНцй) ПутЕМ ИЗМЕНЕ;1 ия числа пкоторое в зависимости от допустимой погрешности может варьироваться в широких пределах, этого це происходит.5Формула изобретения 1. Устройство для измерения логарифмического дехремента затухания,колебательчых систем, содержащее блок ударного возбуждения колебаний, блок формирования цмпульсоз управления и индикатор, о т л ц ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышенця точности и расширения пределов измерения, в него введены счетчик импульсов, входы которого соед 1111 ецы с блоком ударного возбуждения и олоком формирования импульсов управления, а выходы - с входом последнего и индикатора,и последовательно соединенные 20нолок ооработки несущеи и формирования огибающей ц блок измерения производной, при 1 ем Один из зьходоз блонка Обработки несущей 11 формирования огибающей соединен 25с блоком формирования импульсов управления, а другие входы блока измерения производной соединены с блоком ударного возбуждения колеба,ний ц блоком формирования цмпульсоз чпразления.2. Устройство по п. 1, отл и ч аю щес сятем, что блок измерения производной состоит из двух синхронных демодуляторов, выходы которых соединены с ыодами решающего усилителя, выход которого соединен с индикатоЗ 5Источники информации, принятые во внцма,ние при экспертизе изобретения:1. Патент США 3163818, кл. 324-57, 1964 г.2. журнал Приборы и системы управле нця, М 1, 1974, стр. 48 - 49.з и 4 + 1677 Тираж 1029ого комитета Совета Министизобретений и открытий