Способ определения параметров электрических многополюсников

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИС 1 ИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 54 5 6 01 й 31/28 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ЬСТВУ нический институтфанасьев и И.В,Буоков С.М, Многоустройства, - М.: мин И.В., Шпилевой ные системы поэлевания РЭА. - М.: Ра.ЕЛ Е Н И Я ПАРАМ ЕТИХ М НО ГО ПОЛ ЮС(21) 4780259/21(54) СПОСОБ ОПРЕДРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКНИКОВ Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и диагностирования электронных объектов.Известны способы определения параметров электрических многополюсников и четырехполюсников, в которых одноименные зажимы образцового и измеряемого многополюсников включают в смежные плечи измерительных мостов и производят их уравновешивание, Различие этих и других способов заключается лишь в системе подключения мостов, их питания (переменным или постоянным током). подключении корректирующих усилителей.Недостатки известных способов определения параметров многополюсников заключаются в малом быстродействии, низ(57) Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано для контроля и диагностирования электронных объектов. Способ определения параметров электрических многополюсников, состоящий из включения каждой пары одноименных зажимов объекта контроля и его модели в смежные плечи измерительных мостов, питании только первого моста, измерения токов разбалансов измерителями токов, включенных в измерительные диагонали мостов, Новым в способе являются операции изменения величин сопротивлений между одноименными зажимами объекта контроля и его модели, сопротивлений, последовательной включенных в цепи измерителя тока, а также решение системы матричных уравнений,кой достоверности и ограниченной области применения,Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ измерения параметров электрическо о четырехполюсника. в котором каждую пару одноименных зажимов исследуемого и образцового четырехполюсников включают в смежные плечи двух мостов и регулируют параметры образцового четырехполюсника до уравновешивания мостов, отличающийся тем, что уравновешивание по элементам первого столбца матрицы производят при закороченных плечах второго моста, а уравновешивание по элементам второго столбца матрицы производят при сопротивлениях плеч второго моста, равных сопротивлению нагрузки контролируемого четырехполюсника, и при питании первого моста.Недостатками прототипа являются малое быстродействие, низкая достоверность и ограниченная область применения.Для достоверного определения параметров элементов контролируемого объекта в прототипе необходимо определенное совпадение структур объекта контроля и модели, В противном случае возникает неоднозначное решение задачи определения параметров объекта контроля. Например, при структурах определение параметров четырехполюсников возможно, но при появлении в объекте контроля несанкционированной связи между точками 1 и 3 задача неразрешима, Малое быстродействие прототипа связано с наличием этапа уравновешивания мостов. Количество циклов уравновешивания неодинаково для различных объектов контроля и многомерных измерительных устройств и определяется понятием сходимости, Многомерные измерительные цепи сравнения в общем случае описываются нелинейным векторным уравнением баланса вида,ф = О, (1) где т(к) - некоторая вектор-функция вектора уравновешивающих величин К;О - вектора сигналов небаланса.Сходимость итерационного процесса уравновешивания определяется свойствами матрицы-якобиана системы уравнений(2)бКДля осуществления быстрой сходимо-. сти необходимо, чтобы недиагональные элементы матрицы чувствительности Я были достаточно малыми по модулю, по сравнению с диагональными, т,е, должна быть сведена к минимуму взаимосвязь контуров уравновешивания, При чисто диагональной матрице Я процесс уравновешивания сходится один цикл, состоящий иэ и операций (для прототипа и = 2). Однако, как правило, матрица Я не является чисто диагональной вследствие наличия взаимосвязей контуров уравновешивания. При этом процесс уравновешивания состоит из нескольких циклов гп, а количество операций прототипа равно щп, Область применения способа ограничена для сложных многосвязных объектов и для объектов, не допускающих короткое замыкание на выходных зажимах. Если контролируемый объект представляет собой сложную многосвязную систему с большими величинами коэффициентов взаимного влияния контуров уравновешивания, то матрица чувствительности Я имеет недиаго модели, измеряют токи раэбалансов, определяя элементы вектора Еиитакдалее (3 = 1И), У - параметры объекта контроля 40 - матрицу Ух - определяют решением системы матричных уравнений вида;ОаяАа-щ(Еьн ),. Ем ),Аи-щун(ЕиР) Е,ч р(ч ) г (у) В(г (Еч.параметры модели выбирают одноо порядка с ожидаемыми параметрами объекта контроля, величины проводимостей плеч измерительных мостов и сопротивлений, включенных между объектом контроля и модели, выбирают одного порядка с собственными проводимостями модели в узлах к которым подключаются данные сопротивленияя. Возможен аналогичный способ, отличающийся от предложенного тем, что 55 поочередно и дискретно изменяют на заданную величину величины сопротивлений, включенных в измерительные диагонали, последовательно с измерителяь . токов, величины данных сопротивлсний выбирают 102030 35 нальные элементы, сравнимые по величине с диагональными элементами и вследствие плохой сходимости процесс уравновешивания затруднен и применение прототипа в данном случае нецелесообразно, Существует ряд объектов, недопускающих применение традиционных методов контроля, в том числе короткое замыкание на выходе. Применение прототипа для данных объектов ограничено,Цель изобретения - увеличение быстродействия, достоверности и расширения области применения способа,Данная цель реализуется способом определения параметров электрических многополюсников, заключающимся в том, что формируют иэ каждой пары одноименныхзажимов объекта контроля и его модели смежные плечи Мизмерительных мостов, в измерительных диагоналях которых контролируют величину токов между общими зажимами объекта контроля и модели с общейточкой, питания первогО моста от генератора тока измеряют токи разбаланса, представляющих собой разность токов, протекающих по смежным плечам измерительных мостов. Предлагаемый способ отличается тем, что поочередно и дискретноизменяют на заданную величину величин сопротивления, включенные между одноименными зажимами объекта контроля и модели, измеряют токи разбаланса всех мостов, определяя элементы вектора раэбалансов Еи(, дискретно изменяют величины сопротивлений, включенных между (3+1)-ми зажимами объекта контроля иодного порядка с сопротивлениями плеч измерительных мостов, Существенными отличиями предлагаемого способа являются поочередное и дискретное изменение на заданную величину величин сопротивлений, включенных между одноименными зажимами объекта контроля и модели (сопротивлений, включенных в измерительные диагонали, последовательно с измерителями токов) и определение У-параметров объекта контроля решением системы матричных уравнений в 1 раОацА 1 ч,й(Ечо ., Е)-1 , . Ачмч.1 (Ер(1, . Еич 1 х Хч) 2 (У ) = В(ч) 2 (Еч Еч. (ч 1)Свойства, приобретаемые в результате введения существенных отличий, приводят к увеличению достоверности, быстродействия и расширения области применения способа, Способ позволяет с высокой достоверностью определять параметры элементов контролируемого объекта при условии, что гапдУхгапдУк. Способобеспечивает высокое быстродействие из-за отсутствия этапа уравновешивания. Число операций способа п меньше числа операций прототипа еп, где гп1 (;ля большинства обьектов контроля). Сбласть применения способа расширяется, во-первых, для объектов, у которых невозможен режим короткого замыкания, во-вторых, для объектов, представляющих собой сложную многосвязную систему с большими величинами коэффициентов взаимного влияния контуров уравновешивания,Зажимы а 1, ап обьекта контроля Х 1 и С 1, , Сп модели Кг включены в плечи измерительных мостов, образованных проводи- МОСтЯМИ 91 92, Яп 7 И ВХОДНЫМИ параметрами обьекта 1 и модели 2 в точках а 1, ., ап, С 1, . Сп, В измерительные диагонали этих мостов последовательно с измерителями токов О 1, О 2, , Оп, регистрирующих токи разбалансов Е 1, Ег, , Еп, ВКЛЮЧЕНЫ ПРОВОДИМОСТИ ЯО 1, ЯОг Яоп 8, ШУНтИРОВаННЫЕ ПРОВОДИМОСТЯМИ Яо , яоп Я, соединенными последовательно с ключами Ро, ., Роп 11. Между одноименными зажимами обьекта 1 и модели 2 вклю- ЧЕНЫ ПРОВОДИМОСТИ Яо 29 оп шунтированные проводимостями 9 о, Яоп 6, соединенными последовательно с ключами Рои., Роп 10, В питающую диагональ первого из мостов включен источник тока 3, имеющий выходную проводимость 9)14, В исходном состоянии после подключения объекта контроля Х 1 все ключи Ро;. Роп 10 (Ро Роп 11) размыкаются, От источника тока 3 подается внешнее воздействие амплитудаУ)1, После измения токов разбалансов Е 1, Ег, ", Еп замыкают(1(1 ключ Ро 10 (Ро.11) и опять из(ьеряют токи разбалансов Е 1(2), Ег(2), , Еп . Затем за мыкают ключ Ро 10 (Ро 11) и так далее, Процедура повторяется до и-го ключа. После замыкания ключа Роп 10 (РО(е 11) и изме)ения токов разбалансов Е 1", Е(п),Еп " производится обработка полученной 10 информации по алгоритму, вытекающему из следующих уравнений. В литературе известно обобщенное матричное уравнение состояния многомерного электроизмерительного устройства сравнения, заданного в системе 15 независимых узловых потенциало .ИвУив Увд Увс Ов )хд= УАВ УхА Удс ОА (1) КсУсв Усд Укс Ос ля рас матриваемого многомерного 20 устройства сравнения матрицы уравнения (1) имеют вид ,Ив =-3 и-Зв = 0; ,Хд = -Зх - 3 А = -,1 А = -)а 1, -)аг ", -ап 1т-г, ОА = Оа 1, Оа;, , Оап ОС =Ос 1, Ос:, , Осп) Т - знак транспортирования Решая уравнение (1) методом Гауса (ис ключения), получаем для вектора напряжений разбалансов Ов следующее соотношение Ов=Уив-УвсУкс Усв-(УВА-УсУкс УсА)(УхАУдсУкс.Усд)(Удв-УдсУкс Усв)1-У;СУкс 45 с - (Увд - УвсУкс Усд)(УХА - УдсУкс 1 УСА) "д- УдсУкс С: (3)Учитывая соотношения (2) после несложных преобразований получаемОв = Уи У - 2 Уи,- Укс УУи -(1- 50 Укс Уо)(УХА-УоУкс Уо) (1-УоУк )УУИ-. (Укс - (1- Укс Уо)(УХА - УоУкс Уо) (1 + УоУкс )Щ (4)Введем понятие вектора токов разбалансов 55 Е=Уи Ов. (5)Используя соотношения (2), (5), решаем уравнение (4) относительно матрицыУХ(Ук - 2 У,о - У),3 - (Ук - Уо - У)(У". 2 Уи )Е УУиЕ)=УооУо Уо(Уо.Уо.У)У 4 УкУ - У) , - (УК-У-У,)(У " -2 Уи)1742754 45 И А И =гпах1(1 п Для снижения уменьшать число не уменьшая при Е+ УУИ Е-Уо(УК - Уо-У) УУИ Е+1 + У (Ук - У - У)(6)ИЗМЕНЯЯ ВЕЛИЧИНЫ ПРОВОДИМОСтЕй до (цо;) ираз получаем еще иматричных уравнений вида (6), отличающихся от перво го и между собой, величинами параметров Уо (Уи) и величинами разбалансов Е.Решение полученной системы матричных уравнений получаем в виде01 а 9УК - 2 Уо - У) ( - (У - Уо - У)(У - 10 2 УИ ) Е+УУИ Е) ) хХ 1, Х 2, , Хп=Уо + У+ Уо(Ук - Уу - У) - Уо х (Ук - 2 Уо - У)-",- (Ук - У-Уо)(У -2 Уи )Е+УУи -1 - Уо(Ук -Уо - У) УУИ Е+1+Уо(УК-Уо-У) /, где Х = Х 1, Х;2, , Хи, 15 1=1 п, и =й 1-1. Величины параметров элементов многомерного устройства сравнения (модели измерительных плеч и т,д.), а также величи ны, на которые изменяют проводимости цо (ца), определяются исходя из следующих положений. Как указано выше, определение параметров электрического 1-полюсника осуществляется путем решения системы (7), 25 которую в общем виде можно представить как Ах= Ь, Элементы матриц А и Ь содержат погрешности, полученные в результате конеч ной точности измерения токов невязки Е 1, Е 2ЕпВлияние погрешностей матриц А и Ь на определение матрицы х параметров многополюсника оценивается соотношением 7 35 где сопб А = И А И И А И - евклидова число обусловленности матрицы А. л40 д ИАИ - ИАИ д ИЬИ - ИЫ 1ИАИИЫ 1 лд ИхИ - ИхИдх -ИхИвозмущения матриц А, Ь, х.А, Ь, х - матрицы, элементы которых несодержат погрешностей:А, Ь, х - реальные матрицыИ А И, И Ь И, И х И и т,д. - нормы матриц 50вида и, 1 а 1,1=1ошибки д х необходимо обусловленности сопбА, том нормы И А И, И Ы 1 Число обусловленности сопбА являетсяфункцией от всех параметров устройства сравнения, в том числе от сопротивлений, включенных между одноименными зажимами объекта контроля и модели (последовательно в цепях измерителей тока), а также от величин, на которые изменяют в процессе работы данные сопротивления. Величины используемых проводимостей и величины изменения этих проводимостей в процессе работы выбираются из соображения минимально возможного значения обусловленности сопс 1 А, минимального воздействия на режим работы контролируемого многополюсника, сохранения достаточно больших величин норм И А И, И Ь И, Как показали проведенные исследования, наибольшая точность способа достигается при равенстве порядков; параметров модели и предлагаемых параметров объекта контроля; величин проводимостей плеч измерительных мостов, сопротивлений, включенных между одноименными зажимами объекта контроля и модели, сопротивлений последовательно включенных в цепях измерителей токов и собственных проводимостей модели в узлах к которым подключаются данные сопротивления, Кроме того, на точность способа влияет величина, на которую изменяют величины сопротивлений, включенных между одноименными зажимами объекта контроля и модели (сопротивлений последовательно включенных в цепях измерителей токов). С ростом величины измерения, число обусловленности уменьшается по нелинейному закону, По мнению авторов наиболее оптимальный диапазон изменения величин данных сопротивлений от -50 до - 100 о от исходной величины.величины,Амплитуда источника тока )1 3 подбирается в соответствии с ограничениями на амплитуду внешнего воздействия приведенными в паспорте на изделие (объект контроля). В качестве модели объекта контроля может использоваться электрический многополюсник как с параметрами равными ожидаемым параметрам объекта контроля, так и иметь отличные параметры, Построение модели объекта контроля возможно как из пассивных, так и из активных элементов. Модель может как соответствовать проверяемому объекту, так и быть полностью отличной от объекта контроля. Например, пусть объект контроля представляет собой усилитель на одном транзисторе, Матрица проводимостей объекта контроля имеет вид- г 1 усилитель с параметрами отличными отпредполагаемых параметров объекта контроля."3 з 25 2, Способ поп.1,отличающийся тем, что поочередно и дискретно изменяют на заданную величину величины сопротивлений, включенных в измерительные диагонали, последовательно с измерителями токов, величины данных сопротивлений выбирают одного порядка с сопротивлениями плеч измерительных мостов,50 Составитель С.ТОС к и н Редактор Т,Шагова, Техред М,Моргентал Корректор Л,БескидЗаказ 2283 Тираж Подписное ВНИИПИ Государствек;ного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 11335, Москва, Ж Зб, Раушскак наб., а/б Производственно-издтельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 где у 11, у 21 у 1 г, у 22 - параметры транзистора, причем параметр у 12 не учтен из-за малости его величины. В качестве модели можно выбрать аналогичный усилитель с параметрами равными предполагаемым пара метрам объекта контроля. Возможно также применение другихмоделей с матрицей проводимостей, имеющей гапдУк =. 3,Использование предлагаемого способаопределения электрических параметров 30электрических многополюсников обеспечивает следующие преимущества:1. Уменьшает время измерения У-параметров.2. Расширяет область применения известных способов для сложных многосвязныхобъектов, критичных к режиму короткого замыкания на выходе,3. Позволяет определить У-параметрыпри несовпадении структур объекта контраля и модели.Формула изобретения1. Способ определения параметровэлектрических многополюсников, заку 1 ючающийся в том, что формируют из каждой 45пары одноименных зажимов объекта контроля и его модели смежные плечи 1 чизмерительных мостов, в измерительных диагоналях которых контролируют величину токов между общими зажимами объекта контроля и модели с общей точкой питания первого моста от генератора тока, измеряют токи разбаланса, представляющих собой разность токов, протекающих по смежным плечам измерительных мостов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения быстродействия, повышения достоверности и расширения области применения способа поочередно и дискретно изменяют на заданную величину величины сопротивлений, включенные между одноименными зажимами объекта контроля и модели, измеряют токи разбаланса всех мостов, определяя элементы вектора разбаланса Ею, дискретно изменяют величину со(противления, включенного между (+1)-ми зажимами объекта контроля и модели, измеряют токи разбалансов, определяя элементы вектора разбалансов Ем+и так далее ( = 1, 1 ч) У-параметры объекта контроля(матрицу Ух) определяют решением системы матричных уравне(ний видаОь 9 А 1 и,1 ч(Е 1 чу, Ену), .Аи 1 й,ы(Еь(, , ЕыХ(1 ч) 2(Ух) = ВМ) 2(ЕМ( ) Е 1 ч(параметры модели выбирают одного порядка с ожидаемыми параметрами объекта контроля, величины проводимостей плеч измерительных мостов и сопротивлений. включенных между объектами контроля и модели, выбирают одного порядка с собственными проводимостями модели в узлах, к которым подключаются данные сопротивления.