Цифровой измеритель добротности резонансной системы Советский патент 1984 года по МПК G01R27/26 

входами первого, второго и третьего пиковых детекторов, выход первого пикового детектора соединен с первьп входом коммутатора, выход второго пикового детектора соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен -: втЬрым входом коммутатора, вькод которого соединен с первым входом компаратора, выход третьего пикового детектора соединен с вторым входом компаратора, вьгход которого является выходом вычислительного блока, третий вход коммутатора является входом вычислительного блока.

3. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что, 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 первым, вторым, третьим, пятым и шестым выходами блока управления, шестой, седьмой и восьмой выходы устройства управления соединены соответственно с первым,вторымj третьим входами, второго генератора инейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является седьмым выходом блока управления, девятьй, десятый и одиннадцатый выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выод которого является четвертым вы- . ходом блока управления, вход устройства управления является входом блока управления.

1. ЦИФРОВОЙ ИЗ ШРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ, содержащий гетеродин, смеситель, частотомер, зажимы для подключения резонансной системы, вычислительный блок и блок управления, причем выход смесителя соединен с первым входом частотомера, выход вычислительного блока соединен с входом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и расширения пределов измерения добротности, в него введены второй гетеродин, генератор резонансной частоты и четыре коммутатора, причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генератора резонансной частоты соединен с вторым входом частотомера, с первым входом смесителя и вторым входом первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, выход первого гетеродина соединен с вторым входом смесителя и вторым входом второго коммутатора, 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 четвертого коммутатора и четвертым входом (Л вычислительного блока, второй выход блока управления соединен с третьим входом второго коммутатора и вторым входом третьего коммутатора, третий вь|ход блока управления соединен с первыми входами первого гетеродина, генератора резонансной частоты и вто рого гетеродина, четвертый выход со о 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 ичающийся тем, что вычислительный блок содержит три пиковых детектора, делитель напряжения, коммутатор и компаратор, причем первый, второй и третий входы вычислительного блока являются соответственно

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, измерительньй блок с широкополосным усилителем на выходе, фазочувствительный блок, первый вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, широкополосный фазовращатель, цифровой измеритель, последовательно соединенные генератор низкой частоты, фазоинвертор, первый ключ и балансны модулятор, второй ключ, делитель частоты и блок управления, причем второй вход балансного модулятора соединен с выходом генератора высокой частоты и входом делителя частоты, выход которого соединен с одним из входов цифрового измерителя, дру гой вход которого соединен с выходом генератора низкой частоты, а выход балансного модулятора соединен с одним из входов широкополосного фазовращателя, выход 0 которого соединен с входом измерительного блока и

одним из входов второго ключа, другой вход которого соединен с выходом +45 ншрокополосного фазовращателя, выход второго ключа соединен с вто5 рым входом фазочувствительного блока при этом управляющие входы фазоинвертрра и широкополосного фазовращателя соединены с выходом блока управления ПЗ.

0 Недостатками данного цифрового измерителя добротности являются невозможность его работы на СВЧ и отсутствие автоматической настройки на резонансную частоту и на частоту, со15 ответствукнцую половине полосы пропускания исследуемой резонансной системы, ч

Наиболее близким к изобретению яв20 ляется цифровой измеритель добротности, содержащий генератор перестраиваемой частоты, зажимы для подключения резонансной системы, вычислительный блок, гетеродин, смеси25 тель, блок управления, частотомер, генератор гармоник и блок формирования управляющего напряжения, приче выход генератора переменной частоты соединен с одним из зажимов для под30 ключения резонансной системы и с одним из входов смесителя, другой вход Которого соединен с выходом генёра- . тора гармоник, выход смесителя соединен с первым входом блока управления и С одним из входов частотомера, другой вход которого соединен с первым выходом вычислительного блока, вто-. рой выход которого соединен с другим входом блока управления, выход которого соединен с вторым входом блока 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 для подключения резонансной системы. Вычислительный блок содержит пиковьй детектор, делитель напряжения, блок сравнения и дифференцирующую цепь, причем вход вычислительного блока является первым входом блока сравнения и входом пикового детектора, выход которого соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с входом дифференцирующей цепи, выходы которой являются выходами вычислительного блока. Блок управления содержит формирователь импульсов, элемент совпадения и генератор линейно изменяющегося напряжения, причем первый вход блока управления является входом формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента- совпадения, второй вход которого является вторым входом блока управления, выход элемента совпадения соединен с входом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого является выходом блока управления. Блок формирования управлякяцего напряжения содержит .интегрирующую цепь, функциональный преобразователь и суммирукщий блок, причем первый вход блока формирования управляющего напряжения является входом интегрирующей цепи, вькод которой соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом суммирунлдего блока, выход которого является выходом блока формирования управляющего напряжения, второй вход

которого является вторым входом суммирующего блока 2j.

Недостатками известного цифрового измерителя добротности являются отсутствие автоматической настройки на полосу частоты,В пределах которой находится полоса прозрачности резонансной системы, и невысокая точность, так как погрещность измерения определяется неточностью вычис ления добротности по формуле Q V-/1g, которая определяется при этом выражением о 50/Q, неточностью совпадения характеристик перестройки

генератора переменной частоты и гетеродина и неточностью совпадения во времени импульса от формирователя импульсов 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 блок и блок управления, причем выход смесителя соединен с первым входом частотомера, выход вычислительного блока соединен с входом блока управления, введены второй гетеродин, генератор резонансной частоты и четыре коммутатора, причем выход второго гетеродина соединен с первым входом первого коммутатора, выход генератора резонансной частоты соединен с вторым входом частотомера,с первым входом

смесителя и вторым входом первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, выход первого гетеродина соединен с вторым входом смесителя

и с вторым входом второго коммутатора, выход которого соединен с одним зажимом для подключения резонансной сисфемы, второй зажим для подключения резонансной системы соединен с

первым входом третьего коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом четвертого коммутатора, первьй 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 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 гетеродина, 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 COOT: етственно с третьим и четвертым входами частотомера, седьмой выход блока управления соединен с третьим входом первого гетеродина. Кроме того, вычислительньй блок содержит три пиковых детектора, делитель напряжения, коммутатор и ком паратор, 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 ком мутатора, выход второго пикового детектора соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен вторым входом коммутатора, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход третьего пикового детектора соединен с вторым входом компаратора, выходкоторого является выходом вычислительного блока, третий вход коммутатора является входом вычислительного блока.. Кроме того, блок управления содержит устройство управления и два генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, при чем первый, 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 и третьим входами второго генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является седьмым выходом блока управ ления, девятьй, десятый и одиннадцатый выходы устройства управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого генератора линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением, выход которого является четвертым выходом 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 гетеродина 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 система 8 включается между выходом второго коммутатора и входом третьего коммутатора, выход которого через четвертый коммутатор соединен с одним из входов вычислительного блока 11. Генератор 4 резонансной частоты через первый коммутатор 6 соединен с входом второго коммутатора 7, а выход первого гетеродина 5 через коммутатор 7 соединен с входом исследуемой системы 8. Цифровой измеритель добротности резонансной системы работает следующим образом. Цифровой измеритель добротности резонансной системы работает в двух режимах Измерение и Индикация. В режиме Измерение происходит определение резонансной частоты -pQ . и частоты f. , отстоящей от резонансной на половину полосы пропускания исследуемой резонансной системы 8, и вычисление добротности, Импульсом по первому выходу устройства 19 управления, поступающим на, первый 6 и четвертый 10 коммутаторы и по четвертому входу вычислительного блока 11 на третий вход коммутатора 17j происходит подключеиие выхода второго гетеродина J. к входу второго коммутатора 7, первого выхода третьего коммутатора 9 по первому входу вычислительного блока 1 1 к входу первого пикового дете тора 13, выход которого через комму татор 17 вычислительного блока 11 подключается к первому входу компаратора 18. Импульсами по второму вьгходу устройства 19 управления про исходит поочередное подключение с помощью второго коммутатора 7 выходов второго 3 и первого 5 гетеродинов к входу исследуемой резонансной системы 8 и с помощью третьего коммутатора 9 выход исследуемой резонансной системы 8 синхронно подключается к первому 13 и третьему 15 пиковым детекторам вычислительного блока 11, на выходах компаратора 18 сравниваются напряжения с первого 13 и третьего 15 пиковых детекторов которые пропорциональны напряжениям частотами fv, второго 3 и -рj первого 5 гетеродинов, прошедших через исследуемую резонансную систему 8 при поочередной коммутации ее входа и выхода вторым 7 и третьим 9 коммутаторами. Импульсами по третьему выходу устройства 19 управления бло ка 12 управления происходит переклю чение поддиапазонов первого гетеродина 5, генератора 4 резонансной частоты и второго гетеродина 3 по их первым входам и плавная перестройка в пределах каждого поддиапа зона по их вторым входам напряжение первого генератора 0 линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением по четвертому выходу блока 12 управления, управляемого по его входам импульсами с девятого, десятого и одиннадцатого выходов устройства 19 управления, причем перестройка первого гетеродина 5, генератора 4 резонансной частоты и второго гетеродина 5 производится так, что всегда выполняются условия 0,95fo f 1,05fo, (1) В конце каяедого поддиапазона про изводится сброс выходного напряжения первого генератора 20 линейно изменяющегося напряжения со сбросом и хранением импульсами, подаваемыми на «го третий вход по одиннадцатому выходу устройства 19 управления. Процесс перестройки происходит до тех пор, пока на входах компаратора 18не 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 резонанснуй частоту f о исследуемой резонансной системы 8. На выходе компаратора 18 появляется импульс, поступающий на вход устройства 19 управления и останавливающий переключение поддиапазонов второго гетеродина 3, генератора 4 резонансной частоты и 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 -fp , 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 входу компаратора 18. На входах компаратора 18 сравниваются напряжения с второго пикового детектора 14, разделенное наУТ делителем 16 напряжений, и третьего пикового детектора 15, пропорциональные напряжениям с частотами -f генератора 4 резонансной частоты HTj первого гетеродина 5, проходящих резонансную систему 8 при поочередной коммутации вторым 7 и третьим 9 коммутаторами, управляемых импульсами по второму выходу устройства 19 управления. Импульсом по шестому выходу устройства 19управления запускается второй генератор 21 линейно изменяющегося

9

напряжения 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 на1/7, и с третьего пикового детектора 15, что соответствует настройке первого гетеродина 5 на частоту f. , отстоящую от резонансной на половину полосы пропускания исследуемой резонансной систзмы 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 первый 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 частотой fс выхода первого гетеродина 5 поступает на вход смесителя 2, где оно смешивается с частотой fр с выхода генератора 4 резонансной частоты, поступающей на другой вход смесителя 2, и на выходе смесителя 2 образуется напряжение с частотой ftf, равной половине полосы пропускания исследуемой резонансной системы 8 на уровне 0,707 (-ЗдБ) лГ f/-f о, которое поступает на вход частотомера 1, работающего в режиме измерения отношения двух частот, на другой вход которого поступает напряжение с резонансной частотой fo с

0967110

выхода генератора 4 резонансной частоты. Импульсом с четвертого выхода устройства 19 управления частотомер

1 запускается в режим измерения от/1

5 ношения N -, значение которого дт

делится на 2 и записывается в регистр памяти частотомера. На этом режим Измерение заканчивается.

10 Импульсом с пятого выхода устройства 19 управления, поступающим на четвертый вход частотомера 1, разрешается индикация измеренной добротности Q Л//2 исследуемой резонан15 сной системы 8, а по остальным выходам устройства 19 управления цифровой измеритель добротности резонансной системы подготавливается к следующему циклу измерения, что опре-

20 деляется работой устройства 19 управления .

Использование цифрового измерителя добротности резонансной системы обеспечивает по сравнению с измери25 телем добротности Е 9-5 ряд преимуществ. Повышается точность измерения добротности с 10% до 0,3-0,35% за счет автоматизации процесса измерения и уменьшения методической и ин30 струментальной погрешностей измерения добротности. Использование цифрового измерителя добротности резонансной системы существенно улучшает условия труда за счет повьш1е, ния производительности измерения, повышает показатели качества и надежность выпускаемой продукции за счет повышения точности и автоматизации процесса измерения.

4Q. Экономический эффект от внедрения предлагаемого цифрового измерителя добротности образуется за счет повышения производительности измерений и показателей качества и дежности по сравнению с измерителем добротности с Е 9-5.