Устройство для измерения добротности колебательных контуров

Опубликовано 28,02.83,Бюллетень8Дата опубликования описания 28.02.83 не аенак изобретений и открытий(72) Авторы изобретения иков и Н. П. Шалей(7) Заявитель НИЯ ДОБРОТНОСТИТУРОВ 4) УСТРОИСВО ДЛЯ ИЗМ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ астот, а вход подключе ого запоминающего бло ношения выхоцу вторвход которооргана, четподключенк входу и впроизводнойсоответств уль- ого го поцключен к выходувертый ключ, выход кот к входу нуль-органа, аыхоцу блока выделения по частоте, блок упра ующие выходы когорого равляюшим вхоцам блока хоцы- вгорой ения,цклю оис ыкуп Изобретение относится к рациоизмерительной технике и может бьггь использовано цля измерения цобротности, тангенса угла потерь, активного сопротивления, емкости и инцуктивности рациоэлементов колебательных контуров.5По основному авт. св,892351 известно устройство цля измерения добротности колебательных контуров, содержащее перестраиваемый генератор высо 1 О кой частоты, один выход которого через последовагельно соединенные первый ключ, второй вход которого подключен к выходу частотного модулятора, и целитель частоты соединен с одним из входов блока отношения частот, а другой - С первым входом частотного модулятора, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход - с входом измерительного блока, содержащего измерительный 20 конденсатор, цва зажима цля подключения измеряемых элеменгов, два последовательно соединенных конценсагора, включенных между первым зажимом и обшей шиной,и третий ключ, включенный между о шим выводом последовательно включенныхконценсаторов и обшей шиной, первыйамплитудный детектор, вход которогопоцключен к выходу измерительного блока, а выход - к входу блока поиска резонансной частоты, первый выход которого соединен с первым входом блока выделения вгорой произвоцной по частоте,а второй - с входом первого зайоминакищего блока, выход которого подключен квходу пересграиваемого генератора высокой частоты, генератор низкой частоты,выхоц когорого подключен к входу второгоключа и связан с вгорым входом блока3 100резонансной частоты, обоих запоминаюшихблоков, второго и-третьего ключей,. блокавыделения второй производной по частотеи частотного модулятора.5 Недостатком известного устройстваявляется то, что оно не обеспечиваетотсчета инауктивносги колебательногоконтура в цифровом вице.Цель изобретения - расширение функ Оциональных возможностей устройства цляизмерения добротности колебательных контуров за счет обеспечения цифровогоотсчета инцуктивности.Поставленная цель достигается тем, 33что в устройсгво цля измерения поброгносги колебательных контуров ввеценыпятый, шестой и седьмой ключи, второйамплигуаный пегекгор, операционный усилитель, формировагель прямоугольных щимпульсов и образцовая катушка инпуктивности, причем послеаняя включена междувторым зажимом цля подключения измеряемых элементов измерительного блокаи обгдей шиной, а пятый ключ подключен 25параллельно образцовой катушке инпуктивносги, а вход второго амплитудногодетектора поаключен к второму зажимуаля поцкдючения измеряемых элементовизмерительного блока, выхоа второго ЗОамплитупного детектора соединен с однимиз вхоцов операционного усилителя, другой вход котс рого соепинен с выходомпервого амплитудного детектора, а выходпоследнего соединен с первым вхоаомшестого ключа, второй вхоц которого,соецинен с другим входом операционногоусилителя, а выход шестого ключа черезинтеграгор соединен с одним из входовформирователя прямоугольных импульсов,другой вход которого соединен с выходом. перестраиваемого генератора низкой частоты и с одним из вхоцов сецьмого ключа, другой вход которого соединен спервым выходом формирователя прямоугольных импульсов, второй выход послеанего соединен с третьим вхоцом шестогоключа, выхоп которого соецинен с входомблока отношения частот, а управляющийвход пятого ключа соответственно соединен с пятым выхоцом блока управления.На фиг. 1 приведена функциональнаяэлектрическая схема предлагаемого устрсйсгва," на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие рабогу устройства,Устройство сопержит частотный модулятор 1, пересграиваемый генератор 2высокой частоты, ключ 3, перестраиваемый генератор 4 низкой частоты, измери 0934 4тельный блок 5, включающий измерительный конденсатор 6, цепь 7 из цвух последовательно соеаиненных конпенсаторов,ключ 8, зажимы 9 и 10 пля подключенияизмеряемых элементов, образцовую катушку 11 инпуктивности и ключ 12, амплитуцные детекторы 13 и 14, операционный усилитель 15, ключ 16, интегратор17, формирователь 18 прямоугольныхимпульсов, ключ 19, блок 20 поискарезонансной частоты, сосгояший из блока21 вьщеления первой производной инуль-органа 22, запоминающий блок 23,блок 24 выделения второй йроизводной,ключ 25, нудь-орган 26, запоминаюшийблок 27, ключ 28, делитель 29 частоты, блок 30 отношения частот, блок 31управления и измеряемый элемент 32.Устройство работает следующим образом,В режиме измерения добротности коэффициент деления целителя 29 частотыравен цвум, вхоа делителя 29 часготычерез ключ 28 попключаегся к выхопупересграиваемого генератора 2 высокойчастоты, вход нуль-органа 26 черезключ 25 - к выходу блока 24 выаедениявторой производной по часгоге, ключи 8и 12 закрыты, Через ключ 19 к второмувходу блока 30 отношения часгог подключается второй выход формирователя 18прямоугольных импульсов.Б режиме поиска резонансной часгогыблок 31 управления на заданное времяоткрывает запоминающий блок 23, закрывает второй запоминающий блок 27 иключ 3 и перевоциг часгогный модулятор1 в режим вьщеления несушей высокойчастоты,За это время блок 20 поиска резонансной частоты вырабатывает линейноизменяющееся во времен и напряжение ц/(фиг. 2 с), Этим напряжением изменяетсячасгога выходного напряжения пересграиваемого генератора 2 высокой частоты,которое через частотный мопулятор 1поступает на вход измерительного блока5, После прохождения через измерительный блок 5 и амплигупный цегекгор 13высокочастогное напряжение с изменяющейся частотой преобразуется в напряжение 0 п, изменяющееся во времени(фиг. 2 ) и соответствующее амплитудно-частотной характеристике вхоаяшегов измерительный блок 5 колебательногоконтура, образованного измерительнымконценсатором 6, двумя последовательносоециненными конценсаторами 7, образцовой индуктивносгью 11 и измеряемым% 1000элементом 32, Это изменяющееся во вре)мени напряжение блок 21 выделения первой произвоцной по частоте, управляемыйблоком 31 управления, дифференцируег,в результате чего на его выходе выделяется напряжение Ц (фиг. 2 о ), пропорциональное первой производной по частотеамплитуцно-частотной характеристики(АЧХ) колебательного контура, г,е,ц (30 30О=агпе О - постоянный коэффициент пропорциональности.Этим напряжением управляется нульорган 22, в котором при прохождении 15напряжения Об через нуль устанавливаетсявыходное напряжение ОсО (фиг. 2 В ), аследовательно, устанавливается частотавыхоцного напряжения перестраиваемогогенератора 2 высокой частоты, равная 20собственной резонансной частоте колебательного контура,В режиме вьшеления полосы пропускания блок 31 управления на заданное время закрывает запоминающий блок 23, Боткрываег вгорой запоминающий блок 27и ключ 3 и переводит чвсгогный модулятор 1 в режим выделения боковой частоты. На это время в запоминающем блоке23 запоминается напряжение Оо (фиг. 30(фиг. 26), а слеповагельно, и часгогавыхоцного напряжения пересграиввемогогенератора 2 высокой чвстогы, равнаясобственной резонансной частоте колебательного контура. Зв это время нульорган 26 вырабатывает линейно изменяющееся во времени напряжение 0 Е (фиг, 2 Ф).Этим напряжением изменяется частотавыхоцного напряжения перестраиваемогогенератора 4 низкой частоты, котороечерез ключ 3 посгупаег на вгорой входчвстогного моцуляторв 1.В результате возпейсгвия нв частогный моцулятор 1 цвух напряжений с частогами 1 о и 1 на его выхопе получаютнапряжение с частотой гце о - частота перестраиваемогогенератора 2 высокой частоты,Р - чвсгога пересгрвиввемогогенератора 4 низкой частоты.После прохожцения этого напряжения через колебагельный контур, амплитудный цетектор 13 и блок 21 выделения первой произвоцной по часгоге высокочастотное напряжение с изменяющейся 934 йчастотой преобразуется в напряжение Ор (фиг. 2 о ), изменяющееся во времении соответствующее первой производнойпо частоте АЧХ колебательного контура,Это напряжение 24 выделения второй произвопной по частоте, управляемый блоком 31 управления, пифференцируег, в результате на его выходе вьшеляется напряжение 0 (фиг, 2 ), пропорциональное втсьрой производной по частоте АЧХ колебательного контура, т,е,где Ъ - постоянный коэффициент пропорциональности.Этим напряжением управляется нульорган 26, в котором при прохождениинапряжения очерез нуль устанавливается выхоцное напряжение 0 со (фиг. 26 )и фиксируется во втором запоминающемблоке 27, а следовательно, фиксируетсячастота выхоцного напряжения перестраиваемого генератора 4 низкой частоты,равная половине полосы пропускания колебательного контура межцу точкамиперегиба его АЧХ,Перехоп из режима поиска резонансной частоты в режим выделения полосыпропусквния производится автоматическиблоком 31 управления через заданныеинтервалы времени.При эгом цобротносгь колебательного контура определяется по формуле о Я=О 707 - = 0,7 Ж - о 2 ь2 Ги непосредственно измеряется блоком30 отношения частот.Для опрецеления добротности измеряемой катушки 32 инпуктивности авгоматически вводится коррекция в измереннуювеличину Я с помощью амплитудного детектора 14, операционного усилителя 15,ключа 16, интегратора 17 и формирователя 18 прямоугольных импульсов,Коррекция производится следующимобразом.Нв первый и второй входы операционного усилителя 15 подаются напряжениясоответственно с выходов амплитуцныхдетекторов 13 и 14. Указанные напряжения пропорциональны соответственнополному напряжению на контуре и напряжению на образцовой квгушке 11 ннлуктивносги. В связи с тем, что операционный усилитель 15 работает в режимеиПри обратном интегрировании на вхоц интегратора 17 подаегся напряжение с выхоца ампллгуцного детектора 13, пропорциональное полному напряжению на колебательном контуре, в результате время обратного интегрирования прямо )О пропорционально отношению напряжения на измеряемой катушке индуктивносги к полномунапряжению на колебательном контуре. При прохождении напряжения обратного интегрирования в интеграторе 17 35 через нуль на вгором выхоце формирователя 18 прямоугольных импульсов формируется прямоугольный импульс, период которого пропорционален огношению напряжения на измеряемой кагушке 32 инцук- ф тивности к полному напряжению на колебательном конгуре. Указанные прямоугольные импульсы через ключ 19 поступают на второй вхоц блока 30 отношения частот в котором произвоцигся непосрецсгвенный отсчет добротности измеряемой катушки 32 индуктивности в виде отношения периодов колебаний-период резонансной частогыколебательного контура,Я - периоц прямоугольных импульсов с второго выхопа формирователя 18 прямоугольных импульсов,7 1000вычитания, на его выходе получают напряжение, пропорциональное напряжению наизмеряемой катушке 32 инцуктивности,В результаге на вход интегратора 17через ключ 16 поочерецно посгупаютнапряжения с выхода амплитудного детектора 13 и с выхоца операционного усилителя 15, пропорциональные соответственно полному напряжению колебательногоконтура и напряжению на измеряемой Икатушке 32 индуктивносги. Ключ 16управляется формирователем 18 прямоугольных импульсов, который, в своюочередь, управляется генератором 4 низкой частоты и интегратором 17,35При прямом интегрировании на входинтегратора 17 поцаегся напряжение свыхоца операционного усилителя 15, пропорциональное напряжению на измеряемойкатушке 32 индуктивности, а время прямоРго интегрирования пропорционально периопу колебания генератора 4 низкой частоты. 7.934 Через заданное время, цостагочное для настройки перестраивае 1 ого генератора 2 высокой часгогы на собсгвенную резонансную частоту колебательного контура, блок 31 управления на заданное время закрывает запоминающий блок 23, открывает второй запоминающий блок 27 и ключи 3 и 12 и перевоцит частогный модулятор 1 в режим выделения боковой часготы, На это время запоминается часгота 1 О выхоцного напряжения перестраиваемого генератора 2 высокой чаототы равная собсгвенной резонансной частоге колебательного контура. Открытый ключ 12 закорачиваег образцовую катушку 11 индуктивносги и, следовательно, изменяег значение инцуктивности и собственной резонансной часготы колебательного контура соответственно на величины Ди Ь 1 . В это время нуль- орган 26 поц управлением блока,21 вьшеления первой производной по часгоге начинает вырабатывать линейно изменяющееся во времени напряжение. Этим напря 80 , - напряжение на изме ряе мойкатушке 32 инцуктивности;0 - напряжение колебагельногоконтура (напряжение на выходе измеригельного блока5),Измерение индуктивносги на резонансной частоте осушествляегся слецуюшимобразом.Делитель 29 частоты переводят в соогветствуюший режим деления (на 2,4)в зависимости от выбранного значенияобразцовой катушки 32 инцуктивности,его вход через ключ 28 подключают квыхопу частотного мопулягора 1, а входнуль-органа 26 через ключ 25 - к выходу блока 21 выцеления первой произвоцной по частоге, ключ 12 переводятв управляемый режим. Второй вхоц блока30 огношения частот через ключ 19попключаюг к выходу пересграиваемогогенератора 4 низкой частогы,Блок 31 управления на заданное время огкрываег запоминающий блок 23,закрывает вгорой запоминающий блок 27и ключи 3 и 12 и перевоциг часгогныймодулятор 1 в режим вьщеления несущейвысокой часгогы, За это время производится поиск часгогы пересграиваемого генерагора 2 высокой частогы, соответствующей собственной резонансной частотеколебагельного контура, как эго осушествляегся в режиме поиска резонанснойчастогы.С 1000034 1 Ожением изменяется частота выхоаного Измерение индуктивности и емкости напряжения перестраиваемого генератора колебательного контура осуществляется 4 низкой частоты, которое через ключ при периодическом переключении устрой поступает на второй вход частотного ства блоком 31 управления из режима моцулятора 1, поиска резонансной частоты в режимВ результате на выходе частотного расстройки колебательного контура.модулятора 1 получают напряжение с Отсчет инпуктивности и емкости коле- частотой 1 = 1 о + Г . При постижении бательного контура на резонансной чаочастотой 1 значения, равного собствен- тоте в соответствии с выражениями (1) ной резонансной частоте колебательного 10 и (2), непосрепственно произвоцится контура, частота Г перестраиваемого блоком 30 отношения частот.генератора 4 низкой частоты фиксирует- Преалагаемос. устройство обеспечивает ся нуль-органом 26, как это указыва- изме рение инцуктивности колебательных лось в режиме поиска полосы пропуска- контуров в цифровом виае в широкомния, .15 диапазоне частот, практически аоПри этом инцукгивность измеряемой 300 МГц, что значительно повышает катушки 32 инцуктивности определяется эксплуатационные характеристики устрой- формулойства.2 р Ьь Ь гце 11 о+Г- собственная резонансная частота колебательногоконтура при изменении значения его инпуктивности на величину ЬА, Г=Ь 1 - значение величины расстройки собственной резонансной частоты колебательного контура при изменении значения его индуктивности на величину ЬЬ,Ь Ь - значение индуктивносгиобразцовой катушки 11индуктивности.Измерение емкости на резонанснойчастотеосуществляется аналогично измерению инцуктивности, при этом ключ 12закрывают, а ключ 8 перевоцят в управляемый режим,Емкость колебательного контура опрецеляется формулойсС= ЬС,Сгде 1 с =т д -Г - собственная резонанснаячастота колебательного контура при изменениизначения его емкостина величину Ь С ,- значение величины рассстройки собственной резонансной частоты колеба тельного контура при изменении его емкости на величину Ь С; ь С - значение емкости образ цового Конденсатора.35 40 45 50 55 Формула изобретения Устройство цля измерения добротности колебательных контуров к авт. св.892351, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него ввеаены пятый, шестой и седьмой ключи, второй амплитудный детектор, операционныйусилитель, формирователь прямоугольныхимпульсов и образцовая катушка инпуктивности, причем последняя включена межцу вторым зажимом цля подключения измеряемых элементов измерительного блока и общей шиной, а пятый ключ поаключен параллельно образцовой катушке индуктивности, а вход второго амплитуцного цетекгора поцключен к второму зажиму цля подключения измеряемк элементов измерительного блока, выход второго амплитудного детектора соединен с одним. из вхоцов операционного усилителя, цругой вхоц которого соецинен с выхо-,ом первого амплитудного детектора, а выход последнего соеаинен с первым вхопом шестого ключа, второй вхоц которого соецинен с другим вхопом операционного усилителя, а выход шестого ключа через интегратор соеаинен с оцним из вхоцов формирователя прямоугольных импульсов, цругой вхоа которого соецинен с выходом перестраиваемого генератора низкой частоты и с одним из входов седьмого ключа, аругой вход которого соединен с первым выходом формирователя прямоугольных импульсов, второй выход последнего соепинен с третьим входом шестого ключа, выхоа которого соеаинен с входом блока отношения частот, а управляющий вход пятого ключа соответственно соепи нен с пятым выходом блока управления.1000034 Составитель Л. СотникоРепактор А. Лежнина Техрец А,Бабинецкгор,Е. Рошк Поцписное лиел ППП Пятенгф, г. Ужгороп, ул. Проектная, 4 аказ 1378/48 Тираж 708ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССРпо пелам изобретений и открытий113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., ц. 4/5