Цифровой измеритель добротности резонансной системы

СООЭ СОВЕТСКИХсаииамвсниж РЕСПУБЛИН в 001 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н Ф 31и С.В, ДанилТрудовоготитут инженим. 60-леенко е етельств 7/26, 1 ельство 7/26, 19 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Киевский орденаКрасного Знамени инсгражданской авиациития СССР(54)(57) 1. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ, содержащий гетеродин, смеситель, частотомер, зажимы для подключения резонансной системы, вычислительныйблок и блок управления, причем выход смесителя соединен с первымвходом частотомера, выход вычислительного блока соединен с входомблока управления, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения пределовизмерения добротности, в него введены второй гетеродин, генераторрезонансной частоты и четыре коммутатора, причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генераторарезонансной частоты соединен с вторым входом частотомера, с первымвходом смесителя и вторым входомпервого коммутатора, выход которогосоединен с первым входом второгокоммутатора, выход первого гетеродина соединен с вторым входом смесителя и вторым входом второго комму,80110967 татора, выход которого соединен с одним зажимом для подключения резонансной системы, второй зажим для подключения резонансной системы соединен с первым входом третьего коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом четвертого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, второй выход третьего коммутатора соединен с третьим входом вычислительного блока, первый выход блока управления соединен с третьим входом первого коммутатора, вторым входом четвер-того коммутатора и четвертым входом вычислительного блока, второй выход блока управления соединен с третьим входом второго коммутатора и вторым входом третьего коммутатора, третий выход блока управления соединен с первыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и вто рого гетеродина, четвертый выход блока управления соединен с вторыми входами первого гетеродина, генератора резонасной частоты и второго гетеродина, пятый и шестой выходы блока управления соединены соответственно с третьим и четвертым входами частотомера, седьмой выход блока управления соединен с третьим входом первого гетеродина.2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что вычислительный блок содержит три пиковых детектора, делитель напряжения, коммутатор и компаратор, причем первый, второй и третий входы вычислительного блока являются соответственно1109671 входами первого, второго и третьегопиковых детекторов, выход первогопикового детектора соединен с первьп 4входом коммутатора, выход второгопикового детЕктора соединен с входомделителя напряжения, выход которогосоединен -. вторым входом коммутатора, выход которого соединен с первымвходом компаратора, выход третьегопикового детектора соединен с вторымвходом компаратора, выход которогоявляется выходом вычислительногоблока, третий вход коммутатора является входом вычислительного блока. 3. Измеритель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, блок управления содержит устройство управления и два генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, причем первый,Изобретение относится к измерениям электрических и магнитных величин, в частности к измерению добротности и может быть использовано для контроля свойств веществ в широких пределах.Известен цифровой измеритель добротности, содержащий генератор высокой частоты, измерительный блок с широкополосным усилителем на выходе, фазочувствительный блок, первый вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, широкополосный фазовращатсль, цифровой измеритель, последовательно соединенные генератор низкой частоты, фазоинвертор, первый ключ и балансный модулятор, второй ключ, делитель частоты и блок управления, причем второй вход балансного модулятора соединен с выходом генератора высо- кой частоты и входом делителя частоты, выход которого соединен с одним из входов цифрового измерителя, другой вход которого соецинен с выходом генератора низкой частоты, а выход балансного модулятора соединен с одним из вхоДов широкополосного фаэовращателя, выход 0 которого соециОнен с входом измерительного блока и с второй, третий, четвертый и пятый выходы устройства управления являются соответственно первым, вторым, третьим, пятым и шестым выходами блока управления, шестой, седьмой и восьмой выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым иФ третьим входами второго генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, .выход которого является седьмым выходом блока управления, девятый, десятый и одиннадцатый выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, вы" ход которого является четвертым выходом блока управления, вход устройства управления является входом блока управления. одним из входов второго ключа, другой вход которого соединен с выходомо+45 широкополосного фазовращателя,выход второго ключа соединен с вто 5 рым входом фаэочувствительного блока,при этом управляющие входы фазоинвертора и широкополосного фазовращателя соединены с выходом блокауправленияНедостатками данного цифровогоизмерителя добротности являются невозможность его работы на СВЧ и отсутствие автоматической настройки нарезонансную частоту и на частоту, со.15 ответствующую половине полосы пропускания исследуемой резонанснойсистемы,Наиболее близким к изобретению яв ляется цифровой измеритель добротности, содержащий генератор перестраиваемой частоты, зажимы для подключения резонансной системы, вычислительный блок, гетеродин, смеси-.25 тель, блок управления, частотомер,генератор гармоник и блок формирования управляющего напряжения, причемвыход генератора переменной частотысоединен с одним из зажимов для подЗ 0 ключения резонансной системы и с одЗО н.им из входов смесителя, другой входкоторого соединен с выходом генератора гармоник, выход смесителя соеди.нен с первым входом блока управленияи с одним из входов частотомера, дру. 5гой вход которого соединен с первымвыходом вычислительного блока, вто-,рой выход которого соединен с другим входом блока управления, выходкоторого соединен с вторым входомблока Формирования управляющего напряжения, первый вход которого соединен с управляющим выходом генератора переменной частоты, выход блока формирования управляющего напряжения соединен с входом гетеродина,выход которого соединен с входом генератора гармоник и с третьим входом частотомера, вход вычислительного блока соединенс другим зажимом 20для подключения резонансной системы .Вычислительный блок содержит пиковый детектор, делитель напряжения,блок сравнения и дифференцирующуюцепь, причем вход вычислительного 25блока является первым входом блокасравнения и входом пикового детектора, выход которого соединен с входомделителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом блокасравнения, выход которого соединен свходом дифференцирующей цепи, выходыкоторой являются выходами вычислительного блока. Блок управления содержит формирователь импульсов, эле- З 5мент совпадения и генератор линейноизменяющегося напряжения, причемпервый вход блока управления является входом формирователя импульсов,выход которого соединен с первым входом элемента совпадения, второй входкоторого является вторым входом блока управления, выход элемента совпадения соединен с входом генераторалинейно изменяющегося напряжения, 45выход которого является выходом блока управления. Блок формирования управляющего напряжения содержит,интегрирующую цепь, функциональный преобразователь и суммирущций блок, причем первый вход блока формированияуправляющего напряжения является входом интегрирующей цепи, выход которой соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом суммирующего блока, выход которого явля-ется выходом блока формирования управляющего напряжения, второй вход которого является вторым входом суммирующего блока 1 21,Недостатками известного цифровогоизмерителя добротности являются отсутствие автоматической настройкина полосу частоты, в пределах которой находится полоса прозрачностирезонансной системы, н невысокаяточность, так как погрешность измерения определяется неточностью вычисления добротности по формуле Я = 4 Ид,которая определяется при этом выражением Ю = 50 ЯО/; неточностью совпадения характеристик перестройкигенератора переменной частоты и гетеродина и неточностью совпаденияво времени импульса от формирователяимпульсов с импульсом дифференцирующей цепи.Цель изобретения - повышение точности и расширение пределов измерения добротности.Поставленная цель достигается тем,что в цифровой измеритель добротности резонансной системы, содержащий гетеродин, смеситель, частотомер, зажимы для подключения резонансной системы, вычислительный блоки блок управления, причем выход смесителя соединен с первым входом частотомера, выход вычислительного блока соединен с входом блока управления,введены второй гетеродин, генераторрезонансной частоты и четыре коммутатора, причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генераторарезонансной частоты соединен с вторым входом частотомера, с первым входомсмесителя и вторым входом первогокоммутатора, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, выход первого гетеродинасоединен с вторым входом смесителяи с вторым входом второго коммутатора, выход которого соединен с однимзажимом для подключения резонанснойсистемы, второй зажим для подключения резонансной системы соединен спервым входом третьего коммутатора,первый выход которого соединен спервым входом четвертого коммутатора, первый и второй выходы которогосоединены соответственно с первым ивторым входами вычислительного блока,второй выход третьего коммутаторасоединен с третьим. входом вычислительного блока, первый выход блокауправления соединен с третьим входомФ5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 5 110 первого коммутатора, вторым входом четвертого коммутатора и четвертым входом вычислительного блока, второй выход блока управления соединен. с третьим входом второго коммутатора и вторым входом третьего коммутатора, третий выход блока управления соединен с первыми входами первого гете- родина, генератора резонансной частоты и второго гетеродина, четвертый выход блока управления соединен с вторыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и второго гетеродина, пятый и шестой выходы блока управления соединены соот: етственно с третьим и четвертым входами частотомера, седьмой выход блока управления соединен с третьим входом первого гетеродина.Кроме того, вычислительный блок содержит три пиковых детектора, делитель напряжения, коммутатор и компаратор, причем первый, второй и третий входы вычислительного блока являются Соответственно входами первого, второго и третьего пиковых детекторов, выход первого пикового детектора соединен с первым входом коммутатора, выход второго пикового детектора соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход третьего пикового детектора соединен с вторым входом компаратора, выход которого является выходом вычислительного блока, третий вход коммутатора является входом вычислительного блокаКроме того, блок управления содержит устройство управления и два генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, причем первый, второй, третий, четвертый и. пятый выходы устройства управления являются соответственно пере вым, вторым, третьим, пятым и шестым выходами блока управления, шестой, седьмой и восьмой выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго генератора ли нейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является седьмым выходом блока управления, девятый, десятый и одиннадцатый выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого ге.,9671 Ь нератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является четвертым вы ходом блока управления, вход устройства управления является входом блока управления.На чертеже представлена функциональная электрическая схема цифрового измерителя добротности резонансной системы.Цифровой измеритель добротности резонансной системы состоит из частотомера 1, смесителя 2, второго ге. теродина 3, генератора 4 резонансной частоты, первого гетеродина 5, первого 6, второго 7 коммутаторов, исследуемой резонансной системы 8, третьего 9 и четвертого 10 коммутаторов, вычислительного блока 11 и блока 12 управления. Вычислительный блок 11 состоит из первого 13, второго 14 и третьего 15 пиковых детекторов, делителя 16 напряжения, коммутатора 17 и компаратора 18.Блок 12 управления состоит из устройства 19 управления, первого 20 и второго 21 генераторов линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением,Исследуемая резонансная система8 включается между выходом второгокоммутатора и входом третьего коммутатора, выход которого через четвертый коммутатор соединен с одним извходов вычислительного блока 11Генератор 4 резонансной частоты через первый коммутатор 6 соединен свходом второго коммутатора 7, а выход первого гетеродина 5 через ком-мутатор 7 соединен с входом исследуемой системы 8,Цифровой измеритель добротностирезонансной системы работает следующим образом.Цифровой измеритель добротностирезонансной системы работает в двухрежимах "Измерение" и "Индикация".В режиме "Измерение" происходит определение,резонансной частоты о .ичастоты г , отстоящей от резонансной на половину полосы пропускания исследуемой резонансной системы8, и вычисление добротности(,Импульсом по первому выходу устройства 19 управления, поступающимна, первый 6 и четвертый 10 коммутаторы и по четвертому входу вычислительного блока 11 на третий входкоммутатора 17; происходит подключе7 1109671нне выхода второго гетеродина 3. квходу второго коммутатора 7, первого выхода третьего коммутатора 9 попервому входу вычислительного блока 11 к входу первого пикового дететора 13, выход которого через коммутатор 17 вычислительного блока 11подключается к первому входу компаратора 18. Импульсами по второмувыходу устройства 19 управления происходит поочередное подключение спомощью второго коммутатора 7 выходов второго 3 и первого 5 гетеродинов к входу исследуемой резонанснойсистемы 8 и с помощью третьего коммутатора 9 выход исследуемой резонансной системы 8 синхронно подключается к первому 13 и третьему 15пиковым детекторам вычислительногоблока 11, на выходах компаратора 18сравниваются напряжения с первого13 и третьего 15 пиковых детекторовкоторые пропорциональны напряжениячастотами Г второго 3 и 1 первог5 гетеродинов, прошедших через исследуемую резонансную систему 8при поочередной коммутации ее входи выхода вторым 7 и третьим 9 коммутаторами. Импульсами по третьемувыходу устройства 19 управления блка 12 управления происходит перекчение поддиапазонов первого гетеродина 5, генератора 4 резонанснойчастоты и второго гетеродина 3 поих первым входам и плавная перестройка в пределах каждого поддиапзона по их вторым входам напряженипервого генератора 20.линейно изменяющегося напряжения со сбросом ихранением по четвертому выходу блока 12 управления, управляемого поего входам импульсами с девятого,десятого и одиннадцатого выходовустройства 19 управления, причемперестройка первого гетеродина 5,генератора 4 резонансной частоты ивторого гетеродина 5 производитсятак, что всегда выполняются услови 2 = 095 го Г = 1,05 Фо, (1) 5 1 О 15 20 и с о25 а30 35 аем40 45 Я50 55 В конце каждого поддиапазона производится сброс выходного напряжения первого генератора 20 линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением импульсами, подаваемыми на его третий вход по одиннадцатому выходу устройства 19 управления, Процесс перестройки происходит до тех пор, пока на входах компаратора 18 не сравняются по амплитуде напряжения с первого 13 и третьего 15 пиковых детекторов, что соответствует настройке первого гетеродина 5 на левый склон резонансной кривой, а второго гетеродина 3 на правый склон резонансной кривой, и при выполнении условия (1) генератор 4 резонансной частоты точно настраивается на резонанснУю частотУ 1 о исслеДУемой резонансной системы 8. На выходе ком паратора 18 появляется импульс, поступающий на вход устройства 19 управления и останавливающий переключение поддиапазонов второго гете- родина 3, генератора 4 резонансной частоты н первого гетеродина 5, Плавная перестройка в пределах поддиапазона останавливается импульсом с десятого выхода устройства 19 управления по второму входу первого генератора 20 линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, переводящим его в режим хранения выходного напряжения, при котором генератор 4 резонансной частоты генерирует частоту 1 , равную резонансной частоте исследуемой резонансной системы.Импульсом с первого выхода устройства 19 управления, поступающим на первый 6 и четвертый 10 коммутаторы и по четвертому входу вычислительного блока 11 на третий вход коммутатора 17, происходит подключение выхода генератора 4 резонансной частоты к входу второго коммутатора 7, первого выхода третьего коммутатора 9 по второму входу вычислительного блока 11 на вход второго пикового детектора 14, выхода делителя 16 напряжения к первому вхо ду компаратора 18На входах компаратора 18 сравниваются напряжения с второго пикового детектора 14, разделенное на 1/2 делителем 16 напряжени%, и третьего пикового детектора 15, пропорциональные напряжениям с частотами 1" генератора 4 резонансной частоты и Р первого. гетеродина 5, проходящих резонансную систему 8 при поочередной коммутации вто.- рым 7 и третьим 9 коммутаторами, управляемых импульсами по второму выходу устройства 19 управления. Импульсом по шестому выходу устройства 19 управления запускается второй генератор 21 линейно изменяющегосянапряжения со сбросом и хранением, линейно возрастающее напряжение которого по седьмому выходу блока 12 управления подается на третий вход первого гетеродина 5 и уменьшает частоту первого гетеродина 5 до тех пор, пока на входах компаратора 18 не сравняются напряжения с второго пикового детектора 14, разделенное делителем напряжения 16 на 1/2, и с третьего пикового детектора 15, что соответствует настройке первого ген /теродина 5 на частотут, отстоящую от резонансной на половину полосы пропускания исследуемой резонансной сист мы 8 на уровне 0,707 (-ЗдБ), На выходе компаратора 18 появляется импульс, поступающий на вход устройства 19 управления, и импульсом по его седьмому выходу, поступающим на второй вход второго генератора 21 линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, последний переводится в режим хранения выходного напряжения, при котором первыйл/ гетеродин 5 генерирует частоту т на первом склоне резонансной кривой, отстоящей от резонансной на половину полосы пропускания исследуемой резонансной системы 8 на уровне 0,707 (-ЗдБ). Напряжение с частотойс выхода первого гетеродина 5 поступает на вход смесителя 2, где оно смешивается с частотой т с выхода генератора 4 резонансной частоты, поступающей на другой вход смесителя 2, и на выходе смесителя 2 образуется напряжение с частотой д, равной половине полосы пропускания исследуемой резонансной системы/ 8 на уровне 0,707 (-ЗдБ) ЬГ = Р - 1 о, которое поступает на вход частотомера 1, работающего в режиме измерения отношения двух частот, на другой вход которого поступает напряжение с резонансной частотой о с109 Ь 71 10выхода генератора 4 резонансной час.тоты, Импульсом с четвертого выходаустройства 19 управления частотомер1 запускается в режим измерения отношения /Ч = в , значение которого1 оДделится на 2 и записывается в регистр памяти частотомера. На этомрежим "Измерение" заканчивается. О Импульсом с пятого выхода устройства 19 управления, поступающим начетвертый вход частотомера 1, разрешается индикация измеренной добротности Я = И/2 исследуемой резонан сной системы 8, а по остальным выходам устройства 19 управления цифровой измеритель добротности резонансной системы подготавливается к следующему циклу измерения, что опре О деляется работой устройства 19 управления.Использование цифрового измерителя добротности резонансной системыобеспечивает по сравнению с измери телем добротности Е 9-5 ряд преимуществ. Повьппается точность измерениядобротности с 107. до 0,3-0,353 засчет автоматизации процесса измерения и уменьшения методической и инструментальной погрешностей измерения добротности. Использование цифрового измерителя добротности резонансной системы существенно улучшает условия труда за счет повышения производительности измерения,повышает показатели качества и надежность выпускаемой продукции засчет повьппения точности и автоматизации процесса измерения.4 О. Экономический эффект от внедрения предлагаемого цифрового измерителя добротности образуется за счетповышения производительности измерений и показателей качества и надежности по сравнению с измерителемдобротности с Е 9-5.улл едакто дписноСССР Заказ 6025 П венного комитета етений и открытий 35, Раущская наб4"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,илиал Тираж 7 ВНИИПИ Госуда ко делам из 113035, Москва, Корректор Е, Сирохман