Способ измерения импеданса двухполюсника и устройство для его осуществления

СОКОЗ СОВГ 1 СКИХ СО ИАЛИС 1 ИЧЕ СКИ РЕСПУБЛИК. 846 191 (11 51)5 6 01 К 17 ИЯПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ(56) АвторскоеМ 1312490, кл. л М 38 эводст ное обьединокшанцев ая и В,П(088.8)видетельС 01 В 17 тво СС 10, 198 Я ИМПЕДАНС РОЙСТВО ДЛ олюсника; на фиг.2 ивания моста по фавновешивания м ительно для ний в- алгоазе: на оста по прита осуще раздельн ы отношен ока, при левом вхо фазы отн яют ампл твляют ых приия ЭДС очно- и, поюсник, тации которых де мосошения итуду на ачестве я схема уст ба измерени би ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в специализированных иэмери;ельных приборах и в составе контрольной аппаратуры генераторов переменного тока, Цель изобретения - повышение точности измерения при больших уровнях мощности, поступающей в измеряемый двухполюсник за счет исключения подбора и коммутации прецизионных мер - достигается тем, что четырехплечий кольцевой мост переменного тока с развязанной парой входов. к одному из коИзобретение относится к измер ной технике и может быть испольэова точных автоматизированных измер специализированных измерительны борах.Цель изобретения - повышение сти измерения при большой мощнос ступающей в исследуемый двухпол за счет исключения подбора и комм прецизионных мер.На фиг.1 дана структурна ройства для реализации спосо торых подключают исследуемый двухполюсник, дополнительно возбуждают переменным током по второму развязанному входу, уравновешивание моста осуществляют пробными калиброванными приращениями фазы и амплитуды ЭДС возбуждающих источников переменного тока с контролем баланса моста по амплитуде напряжения на свободном выходе моста, а параметры импеданса исследуемого двухполюсника модуль и фазу) вычисляют по амплитуде и фазе отношения напряжений на возбужденных входах уравновешенного моста по формуле, Устройство для реализации способа содержит четырехплечий мост 1 из отрезков четвертьволновых линий, исследуемый двухполюсник, раэвяэывающую нагрузку 3, о нагрузки-делители 6, 7, ключи 8, 9, генераторы 4 5, дешифратор 10, коммутатор 11, блок обратного преобразования частоты 12, датчик 13 разности фаз, анализатор 14 экстремума, модулятор 15, регистр 16 фазы импеданса, вычислитель 17, синхронизатор 19 и генератор 20 опорной частоты. 2 с.п ф-лы,вавй 3 ил 1 табл. импеданса двухпритм уравновешфиг.3 - алгоритм урамплитуде,Уравновешивание мопутем создания пробныхращений фазы и амплитудисточников переменногоизмеряют амплитуду на нта, создают приращениеЭДС на 180. снова измернулевом входе моста и вьначала отсчета фазы то иэ ее значений, при котором измеренная амплитуда оказалась больше, а в случае равенсгва амплитуд - исходное значение, величину амплитуды напряжения на нулевом входе моста, соответствующую началу отсчета фазы, принимают за начальное значение амплитуды Он, затем последовательно создают приращения фазы отношения ЭДС источников на 90 и 180 О, измеряя амплитуду напряжения на нулевом входе моста (09 о и О во) после каждого иэ них, по таблице выбора знаков выбирают знак первого приращения фазы Лр 1, имеющего модуль 90, затем последовательно создают ряд приращении фазы с модулем, равным половине предыдущего модуля, начиная отсчет со второго, измеряя амплитуду напряжения на нулевом входе моста после каждого приращения фазы и выбирая знак приращения по таблице выбора знаков, до тех пор, пока очередное измеренное значение амплитуды не станет равным начальному, после чсго создают последнее приращение фазы, равное половине алгебраической суммы всех приращений фазы, начиная с первого, плюс 180, после этого измеряют амплитуду напряжения на нулевом входе моста, последовательно создают приращения модуля отношения ЭДС источников, возбуждающих мост, по величине равные удвоенному минимально возможному, а по направлению уменьшающие этот модуль, и измеряют амплитуду напряжения на нулевом входе,моста после каждого приращения до тех пор, пока после очередного приращения отношения ЭДС знака изменения напряжения на нулевом входе моста не сменится на противоположный, после чего создают последнее приращение модуля отношения ЭДС, равное по величине минимально возможному, а по направлению, - противоположное предыдущему,и на этом заканчивают уравновешйвание.Устройство для реализации способа измерения импеданса двухполюсника содержит двухполюсник 1,кольцевой мост 2 беэ потерь с четвертьволновыми плечами, в одном из которых создан дополнительный сдвиг фаз 180, развяэывающую нагрузку 3, первый и второй генераторы 4 и 5 перемснного тока, согласующие нагрузки-делители 6 и 7, ключи 8 и 9 с дешифратором 1 О, коммутатор 11, блок 12 обратного преобразования частоты, датчик 13 разности фаэ, анализатор 14 экстремума, модулятор 15, регистр 16 фазы импеданса, вычислитель 17, регистр 18 модуля импеданса, синхронизатор 19 и генератор 20 опорной частоты, При этом исследуемый двухполюсник 1 подключен к одному из развязанных входов моста 2, к соседнему входу которого подключена раэвязывающая нагрузка 3 с сопротивлением, равным половине волно 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вого сопротивления плеч моста, генераторы 4 и 5 своими первыми выходами подключены через нагрузки-делители б и 7 и ключи 8 и 9 к соседним входам моста 2, вторые входы ключей объединены и подключены к выходу дешифратора 10, вторые выходы нагрузок-делителей 6 и 7 и развяэывающая нагрузка 3 подключены к первому, второму и третьему входам коммутатора 11, выход которого соединен с ВЧ-входом блока 12 обратного преобразования частоты, другие входы которого соединены с вторым и третьим вспомогательными выходами второго генератора 5, а выход подключен к входу датчика 13 разности фаэ, первый вход которого связан с четвертым выходом генератора 5,и к входу анализатора 14 экстремума, выход датчика 13 разности фаз подключен к магистрали управления фазой, соединяющей первый выход модулятора 15 с входом управления фазой генератора 5 и входом- выходом вычислителя 17, первый выход анализатора 14 подключен к второму входу вычислителя 17, а второй и третий выходы анализатора 14 подключены к первому и второму входам модулятора 15 и к первому и второму входам синхронизатора 19 соответственно, второй вход модулятора 15 через магистраль управления амплитудой подключен к входу управления амплитудой генератора 5, второй и третий выходы вычислителя 17 подключены к информационным входам регистра 16 фазы импеданса и регистра 18 модуля импеданса, генератор 20 опорной частоты своим выходом подключен к первым входам генераторов 4 и 5 и синхронизатора 19, который связан магистралью синхрокоманд с входами синхронизации генератора 5, дешифратора 10, коммутатора 11, анализатора экстремума 14, модулятора 15, вычислителя 17 и регистров 16 и 18.Работа устройства для реализации способа измерения импеданса двухполюсника (все действия устройства выполняются по кодированным командам иэ синхронизатора 19) осуществляется следующим образом,Сначала выравниваются фазы и амплитуды генераторов 4 и 5. Для этого размыкаются ключи 8 и 9, Коммутатор 11 по соответствующим командам из синхронизатора 19 поочередно подключает выходы нагрузок-делителей б и 7 к входу блока 12 обратного преобразования частоты, В блоке 12 входной ВЧ-сигнал преобразуется в сигнал промежуточной ПЧ-частоты, на который50 линейно переносятся фаза и амплитуда исходного сигнала Сигнал ПЧ поступаег на вход датчика разности фаз 13 и анализатора экстремума 14. В датчике разности фаз фаза подаваемого на вход сигнала сравнивается с фазой опорного сигнала, поступающего из генератора 5, и смещение относительно него по фазе запоминается, Таким образом, оказываются зафиксированными сдвиги по фазе сигналов от генераторов 4 и 5 относительно опорного сигнала. По записанным данным вычисляется разность фаз колебаний генераторов 4 и 5. Эта разность с обратным знаком поступает в кодовой форме через магистраль управления фазой на вход генератора 5 и записывается в его регистре, По записанной информации генератор 5 изменяет фазу своих ВЧ-колебаний до их совмещений с фазой колебаний генератора 4 Регистр управления фазой в генераторе 5 обнуляется, и на этом выравнивание фаз заканчивается. При выравнивании амплитуд измеряется и преобразуется в цифровую форму амплитуда каждого сигнала от генераторов 4 и 5 Это происходит в анализаторе экстремума 14. Оба значения запоминаются, сравниваются, и результат сравнения (больше, меньше, равно) поступает в модулятор 15 и в синхронизатор 19, Если результат сравнения "равно". выравнивание амплитуд закончено, и синхронизатор 19 начинает выдавать команды для осуществления процедуры уравновешивания моста, В остальных случаях результат сравнения запоминается в модуляторе 15 Далее модулятор 15 устанавливает в магистрали управления амплитудой код приращения амплитуды, по модулю равный удвоенному минимальному кванту управления амплитудой генератора (2 ЛОП 1,) со знаком; противоположным результату сравнения. Этот код записывается в регистр управления амплитудой генератора 5, По записанной информации генератор 5 изменяет амплитуду своих колебаний, после чего регистр управления амплитудой обнуляется, Новая амплитуда вновь измеряется, записывается, сравнивается и т.д, до тех пор, пока после очередного приращения амплитуды результат сравнения не изменится на противоположный, Этот признак фиксируется в синхронизаторе 19, после чего по его команде модулятор 15 записывает новый результат сравнения и устанавливает в магистрали управления амплитудой код приращения амплитуды,по модулю равного минимальному кванту управления амплитудой,со знаком, противоположным предыдущему. Генератор 5. как и прежде, отрабатывает это приращение, его регистр 5 10 15 20 25 ЗО :35 40 45 обнуляется, и выравнивание амплитуд заканчивается. Погрешность выравнивания по такому алгоритму не превышает разрешающей способности управления амплитудой.После выравнивания параметров колебаний генераторов 4 и 5 производится уравновешивание моста 2 по фазе. Для этого замыкаются ключи 8 и 9. Коммутатор 11 соединяет нулевой вход моста с входом блока 12, и аналогично предыдущему преобразованный сигнал с его выхода поступает на вход анализатора 14 экстремума, Здесь амплитуда входного сигнала измеряется, преобразуется в цифровую форму и ее значение запоминается, Далее модулятор 15 устанавливает в магистрали управления фазой код приращений фазы на 180, Это значение, как и ранее, записывается в регистр управления фазой генератора 5, отрабатывается генератором 5, и сигнал со смещенной на 180 фазой снова поступает на вход анализатора 14 эстремума Здесь амплитуда снова измеряется, ее значение запоминается и сравнивается с первым. Результат сравнения поступает в модулятор 15 и запоминается. Одновременно в анализаторе 14 экстремума дополнительно запоминается то из значений амплитуды, которое больше, Оно принимается в качестве начального (Оэн), Если результат сравнения "равно", в качестве начального принимается первое, Далее выбирается первое приращение фазы Л у 1, Для этого модулятор 15 устанавливает в магистрали управления фазой код приращения фазы Лр = + 90, который аналогично предыдущему шагу записывается в регистр управления фазой генератора 5, Генератор 5 изменяет фазу ВЧ-колебаний на 90, В анализаторе экстремума новое значение амплитуды запоминается, регистр генератора обнуляется, Модулятор 15 устанавливает в магистрали управления фазой код приращения фазы Лр = 1800, по которому, как и ранее, генератор 5 вновь изменяет фазу своих ВЧ-колебаний на 180 О В анализаторе экстремума 14 амплитуда напряжения с нулевого входа моста снова измеряется, запоминается, сравнивается с предыдущей и передается в модулятор 15 и синхронизатор 19, Если результат сравнения "меньше", повторяется процедура иэменения фазы на 180 О, Если результат сравнения "больше" или "равно", измеренная амплитуда сравнивается с начальным значением Оэн и результат так же как и результат предыдущего сравнения эаписывается в модуляторе 15, а в магистрали управления фазой устанавливается код пер 168469250 вого приращения фазы с модулем 90" и знаком в соответствии с таблицей выбора знака, после чего значение первого приращения записывается в вычислитель, Далее модулятор поочередно формирует коды приращения фазы Лр, начиная с ( = 2 та 1кие, что модуль Лр= - 1 Лр( - 1) 1, ге 2нератор 5 их принимает, соответственно меняет фазу ВЧ-колебаний, вычислитель 17 принимает и суммирует эти коды, а в анализаторе 14 экстремума после каждого приращения измеряется амплитуда напряжения на нулевом входе моста, сравнивается с начальным значением О,. При этом знак каждого следующего приращения определяется в соответствии с таблицей выбора знака. Процедура продолжается до получения результата сравнения "равно" или исчерпания заложенного в устройство количества шагов (г 4), После этого вычислитель 17 устанавливает в магистрали управления фазой код приращения фазы Ауу, равный полусумме накопленных приращений с обратным знаком плюс 180 Лрк = -- (Лр+180". Нэ этом2уравновешивание по фазе заканчивается,Так как перед уравновешиванием моста по фазе амплитуды генераторов 4 и 5, а следовательно, и их ЭДС, выравнены и в процессе фаэирования не меняются. для уравновешивания моста по амплитуде в анализаторе 14 экстремума измеряется и записывается значение амплитуды на нулевом входе моста, появившееся после окончания уравновешивания моста по фазе, Затем в модуляторе 15 последовательно формируется код отрицательного приращения амплитуды ЭДС генератора 5 на величину удвоенного минимального кванта приращения, Код устанавливается в магистрали управления амплитудой, принимается генератором 5, который соответственно уменьшает амплитуду своих колебаний, как описывалось выше. Анализатор 14 экстремума измеряет амплитуду напряжения на нулевом входе моста, запоминает ее значение и сравнивает с значением, записанным в предыдущем цикле Результат сравнения поступает в лодулятор 15 и синхронизатор 19. Такие циклы повторяются до тех пор, пока результат сравнения не изменит знак на обратный ("меньше на "больше ). После этого модулятор 15 устанавливает код приращения амплитуды, по модулю равного м нимальному кванту приращения, а по знаку - противоположное предыдущему На этом 5 10 15 20 25 30 35 40 4 Г уравновешивание цо амплитуде заканчивается.После полного уравновешивания моста по фазе и цо амплитуде производится измерение параметров возбуждающих напряжений и вычисление по ним параметров измеряемого импеданса, Для этого коммутатор 11 подает сигнал с нагрузки-делителя б на вход блока 12 и далее на входы датчика 13 разности фаз и анализатора 14 экстремума В датчике 13 разности фаэ, как и выше, измеряется и записывается сдвиг фазы сигнала с нагрузки-делителя 6 относительно опорного, В анализаторе 14 экстремума измеряется амплитуда сигнала, преобразуется в цифровую форму, передается в вычислитель 17, где и записывается (амплитуда 0). Затем коммутатор 11 подключает к входу блока 12 сигнал с нагрузки-делителя 7, Сигнал, как и ранее, поступает в датчик 13 и анализатор 14. В датчике 13 разности фаэ измеряется его сдвиг фазы относительно опорного сигнала и формируется в цифровой форме и передается в вычислитель 17 разность фаз между сигналами с нагруэокделителей б и 7, т е разность фаэ между генераторами 4 и 5 В анализаторе, как и в предыдущем случае, измеряется, преобразуется и передается в вычислитель 17 величина амплитуды сигнала с нагрузки-делителя 7 (алплитуда 02) В вычислителе 17 обе величины записываются. По принятым данным в вычислителе вычисляются модуль и фаза измерг мого импе- данса, Далее вычисленные знз ения модуля и фазы импеданса поступают "-, ходы регистров 16 и 18 и записываются, Определение импеданса на этом заканчивается,Таким образом, данное техническое решение позволяет исключить из процесса измерений коммутируемые образцовые меры составляющих импеданса или образцовые элементы плеч моста и за счет этого повысить при прочих равных условиях мощность. поступающую в исследуемый двухпо ник в момент измерения импеданса. Формула изобретения1. Способ измерения имцеданса двухполюсника, заключающийся в том, что уравновешивают чет ырехцлечий кольцевой мост переменного тока беэ потерь, возбуждают могт переложенным обкол через один из входов и регулируют распределение токов и н;.цряжений в плеах моста по минимуму напряжения ца входе, противоположном возбуждаемому (нулевому), о т л и ч а ю щ и й с а тем, что, с цел ю цовьшения точности изме регия, дополнительно возбуждают могт по входу переменным гаком когерецгцлм спервым током возбуждения развязанной пары входов, уравновешивают мост раздельно по фазе и амплитуде пробными приращениями фазы и амплитуды отношения Э,ЛС источников, возбуждающих мост, иэ. 5 меряя напряжения на нулевом входе моста после каждого пробного приращения, измеряют фазы и амплитуды напряжений на возбуждаемых входах уравновешенного моста и вычисляют значения модуля и фазы импе данса измеряемого двухполюсника как модуль и фазу выраженияа 12 О 2 О 11 - и 12 тО 2 ТДф 22 Ы 2 )(д 22 я 2 1 15 где Ог - напряжение нэ возбуждаемом развязанном входе моста,01 - напряжение на соседнем возбуждаемом входе моста; 20эа, Ь - элементы матриц передачи четырехполюсников, образующих плечи мостасн С 1 - н д д: Я=Оу О1 222. Устройстводля измерения импеданса двухполюсника, содержащее мост из отрезков четырехволновых линий или электриче ски эквивалентных им элементов без потерь, причем первая парэ нходов моста развязана и к одному из них (иэмерительно. му) подключен измеряемый двухполюсчик, а к соседнему входу(нулевому) - рэзв зывэ ющая нагрузка, две согласующие нэгрузк - делители, первый генератор перемечного тока, генератор опорной частоты, анализатор экстремума и модулятор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения 40 точности измерения, в него введены второй генератор переменного тока, блок обратного преобразования частоты, два ключа с дешифратором, коммутатор, датчик разности фаз, вычислитель, первый и второй регист ры и синхрочизэтор, причем вь, ч 1: перьг.о генератора переменного тока чео.,ерную согласующую нэ Грузку-дРли тель и по рвы и ключ соединен с первым входом мос 1 а, первый выход второго гечерэтора перемен оо тока через вторую согласующую нэ рузкуделитель и второй ключ соединен с вторым входом моста, второй и третии еы ходи второго генератора переменного тока соедине ны с первым и вторым входами блока обратного преобразования частоты четвертый выход - с первым входом датчика рээ ности фаэ, выход генератора г порных чэстот соединен с входом первого генегеатора переменного тока, с первыми входами второго генератора переменного ока и синхронизатора, вход управления фнзои с первым выходом модулятора, вход у 1 равления амплитудой - с вторым выходом модулятора, первым выходом-входом вычислителя и выходом датчика разности фаз, вторые выходы г 1 ервой и второй согласующих нагрузок-делителей соединены соответственно с первым и вторым вхсдами коммутатора, третий вход которого соединен с входом развязывающей нагрузки, а его выход соед нен с трет им входом блока обратного преобрдзовэн я чагтоты, выход которого соединен со ято; ь.кд вхплом дэ 1 чика разности фэз и воом ээли э;орэ экстремума, псрвый ны.од ко о ".а омдинен со вторым нходо;ы нгслигеля,н 1 орой и третий выходь, с,о-д 1 ноны соотв тсгвенно с нторым и тре 1 ьик .одами с н,;рпнизэтора и первым и в,;о.,ы входами модуля.орэ выход синрон. э; рэ через магистраль синхрокомэнд соединен с входами синхрокомэнд второго генеггэтора переменного тока, анализатора экстремума, вычислителя, модулятора, коммутатора. дешифраторэ, выходом соединенного с входами управления ключами, первого и второго регистров, вторые входы которых соединены соотнетственно с выходами вычислителя, э выходы являются выходами устройства.1684692 а.1.Измерить и записатьакпдитуду напряжения наи левон выходе коста . а.2.Изменить фазу отношения ЭДС источников на1800 С Иэмеоить и эвписвть иту, : ряжения на вом входе моста :,а. не фазу отноточников н.б.Измерить н записатьамплитуду напряжения нанулевом входе моста ..7,Изменить фазу отноевя ЭДС истощ ов нВоо а.В.Измерить и записатьамлдитуду напряжения чанудевом входе носта о Уао а.10,Установить 1 г.2 а. 5,Измен шеня ЭДС а. 9.ао ц вновешиввние пое окончено блица выбора знака знак знак г -го прирвщен меньше 1 больше 11684692 6,1. Создать приращение пения ЭДС нв величину + 6.2. Измерить и записать напряиения нв нулевом эхо 6.3. Создать приращение мпения ЭДС нв величипу -.б. Измерить и записатьапрвкения нв нулевом вхо 7. Создать прирвщени ния дДС на величину ль В. СеменМоргентал остав хред Максимиши Фельдм оррек дакто роизводственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101.4, Измерить,записать ипредцпущей амйлитуду напр улевом входе моста.5. Создать приращение менйя ЭДС на величину 2 ого иэ преандущих прирвщотором амплитуда нвпряиеом входе моста оказалась бА, Измерить,записать ипредмдущей амйлитуду напрнулевом входе моста б.эвюиитудв осталась больше предцпущей 6.10.Создать приращение м ния ЭДС на величину в противополоаную шагу б Л 6.11.Создать приращение ипения ЭДС на величину кви в шаге 6.10,Заказ 3503 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, ЖПодписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССРшская наб., 4/5