Автогенераторный многопараметрический измеритель Советский патент 1984 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к области резонансных измерений электрических параметров, связанных с физическими свойствами объекта, с помощью вихре токовых и емкостных датчиков. В час ности, оно может быть применено для контроля свойств виноматериалов при ихобработке,обеспечивающей ускорение и повышение качества технологического процесса. ю Известно устройство для измерения электрических параметров сред, основанное на том, что в контролируемом объекте возбуждают с помощью вихретокового датчика модулированные по частоте вихревые.токи и измеряют параметры сигнала, используя выделение гармонических составляющих селективными детекторами. По амплитудно-фазовьм соотношениям, составляющих кратным частотам модуляции вихревых токов судят о результатах контроля. Устройство содержит высокочастотный свип-генератор, вихр токрвые датчики, подключенные к выходу этого генератора, низкочастот ный модулятор с целью управления частотой свип-генератора П. Отличительной особенностью устройства является использование частотно-избирательных фазочувствительных каналов, кратных по частоте модулятора, и применение вычислитель ноге блока в качестве регистратора. К достоинствам этого устройства можно отнести измерения на ряде частот фиксируя одновременно-амплитудный и фазовый сигналы. Однако это устройство имеет недостатки, связанные ело сложностью структурной схемы и трудностями согласования ввода и съема сигнала свип-генератора, что в итоге снижает точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому является автогенераторнь1Й измеритель который содержит два автогенератора к выходам которых последовательно подключены смеситель, усилитель резонансной частоты,фазовращатель, автоматический коммутатор, емкостная измерительная ячейка с объектом измерения, а также фазовый детектор регистрирукицее устройство, устойчивый фазовращатель, выход ifoToporo подключен к опорному входу фазового детектора, микропроцессор и блок управления, который управляет коммутатором и микропроцессором. Кроме того, измеритель содержит умножители частот, фазовращатели, многовходовой-сумматор и избирательные усилители, входы которых подсоединены к выходу смесителя, вход умножителя частоты подключен к выходу усилителя резонансной частоты, выход которого соединен со входом устойчивого фазовращателя, а сигнальный вход фазового детектора соединен с выходом фазовращателя 2j . К достоинствам этогоустройства можно отнести применение микропроцессора и многопараметрические измере-: ния, увеличивающие количество информации о свойствах объекта. Недостатком этого устройства является сложность структурной схемы, содержащей большое число преобразователей и усилителей, и трудность точного согласования блоков преобразования сигналов. Кроме того, использование схемы со смесителем частот сужает диапазон рабочих частот. Целью изобретения является упрощение устройства и расширение частотного диапазона измерений. Указанная цель достигается тем, что автогенераторный многопараметрический измеритель, содержащий три автогенератора, каждый из которых состоит из нелинейного элемента, колебательного контура в нагрузочной цепи, вихретокового датчика, включенного в качестве элемента колебательного контура, первый, второй и третий амплитудные детекторы, первый, второй и третий частотные детекторы, входами соединенные с выходами автогенераторов, три блока деления, на входе которых попарно подключены выходы амплитудных и частотных детекторов, автоматический коммута- . тор, входы которого соединены с выходами блоков деления, аналогоцифровой преобразователь, подключенНЬ1Й: входом к выходу автоматического коммутатора, регистратор, микропроцессор, включенный между выходом аналого-цифрового преобразователя и входом регистратора, и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора и микропроцессора, дополнительно снабжен емкостным датчиком, умножителем добротности, тремя управляемыми конденсаторами и управляемым резистором, при этом емкостной датчик включен

в колебательный контур третьего автогенератора, первый, второй и третий управляемые конденсаторы включены соответственно в колебатель ные контуры первого, второго и третьего автогенераторов, управляемы резистор подключен к нелинейному элементу третьего автогенератора, выходы амЬлитудных детекторов соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего управляемых конденсаторов, а выход третьего частотного детектора подключей к управляющему входу управляемого резистора.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит три автогенератора 1-3, три амплитудных де.тектора 4-6., три частотных детектора 7-9, три блока деления 10-12, блок управления 13, автоматический коммутатор

14,аналого-цифровой преобразователь

15,микропроцессор 16 и регистратор 17. Первый автогенератор содержит вихретоковый датчик 18, колебательный контур 19, нелинейный элемент

20, управляемый конденсатор 21 и умножитель добротности 22. Второй автогенератор содер,жит вихретоковый датчик .23, колебательный контур 24, нелинейный элемент 25 и управляемый конденсатор 26. Третий автоге.нератор содержит вихретоковый датчик 27, емкостный датчик 28, управляемый конденсатор 29, колебательный контур 30, нелинейный элемент 31 и управляемый резистор 32.

Вихретоковый датчик 18, управляемый конденсатор 21 и умножитель добротности 22 подключены к колебательному контуру 19 автогенератора 1. Вихретоковьв датчик 23 и управляемый конденсатор 26 подключены к колебательному контуру 24 автогене ратора 2. Вихретоковый датчик 27, емкостный датчик 28 и управляемый конденсатор 29 подключены к колебательному контуру 30 автогенератора 3, к нелинейному элементу 31 которого подключен управляемый резистор 32. Входы амплитудного детектора 4 и частотного детектора 7 подключены к выходу автогенератора 1, а выходы детекторов 4 и 7 подключены на входы блока деления 10. Выход детектора 4 соединен также с управляющим входом управляемого конденсатора 21

Амплитудный детектор 5 и частотный детектор 8 подключены к выходу автогенератора 2,а вь1Ходы детекторов 5,8 подключены на входы блока деления 11. Выход детектора 5 соединен также с управляющим входом управляемого конденсатора 26. Амплитудный детектор 6 и частотный детектор 9 подключены к выходу автогенератора 3, а выходы детекторов 6 и 9 подключены на вход блока деления 12. Выход детектора 6 соединен также с управляющим входом управляемого конденсатора 29, а выход частотного детектора 9 соединен также с управляющим входом управляемого резистора 32. Выходы блоков деления 10-12 соединены со входом автоматического коммутатора 14, а выход коммутатора подключен через аналого-цифровой .преобразователь 15 ко входу микропроцессора 16, соединенного с регистратором 17.Выходы блока управления 13 подключены к управляющим входам автоматического коммутатора 14 и микропроцессора 16.

Устройство работает следующим образом.

Рабочие частоты автогенераторов 1-3 выбираются исходя из частотных дисперсий электропроводимости и диэлектрических свойств объекта некратным и разнесенным по диапазон с целью уменьшения взаимной корреляции сигналов. При внесении объекта в поле датчиков 18,23,27,28 происхо дит следующее. Добротность колебательных контуров 19,24,30 уменьшает ся, что приводит к изменению сигналов амплитудных детекторов .-В то же время имеет место и частностная расстройка колебательных контуров за счет внесенногореактивного сопротивления, а в колебательном контуре 30 - и за счет изменени эквивалентной емкости датчика 28,. Частотная расстройка контура приводит к появлению сигналов на выходах частотных детекторов 7-9. При измерениях сильнопроводящих- жидкостей частотная расстройка может выйти за пределы рабочих участков характеристики резонансных контуров частотных детекторов. Для устранения этого служат управляемые ковденсаторы 21,26,29, уменьшение емкостей которых пропорционально сигналу соответствующего амплитудного

s

детектора. На выходе амплитудного детектора 4 сигнал пропорционален внесенному в контур активному сопротивлению R nj, (на низкой частоте 0) 1) , а на выходе частотного детектора 7 сигнал пропорционален индзпстивному внесенному сопротивлению CJ 1Ь gi, . Сигнал ни входе блока деления IО пропорционален нормированному внесенному сопротивлению RgMnopMj ,/CJ 1 lj вн, . На выходе блока деления 11 сигнал пропорционален вииормг Так как в частот ной дисперсии электропроводимостийсй виноматериалов(в диапазоне от низких частот до.15 МГц)наблюдается вначале резкое повьшение ( с частотой, а затем монотонное изменение, то в контур 30 включен емкостной датчик 28. Это позволяет учесть изменение степени шунтирования емкостного датчика на высокой частоте по изменению зквивалентной емкости датчика. В то же время для увеличения информативности сигнала третьего(высокочастотного) автогенератора необходимо расширить диапазон его изменений. Для этой цели используется соответствующее изменение режимных параметров автогенератора 3 путем подачи сигнала частотного детектора ;9 на управляющий вход управляемого .резистора 32, изменяющего режим авто59

генератора в сторону увеличения полезного сигнала. Сигнал на выходе блока деления 12 пропорционален , GJ LBH 5 , где К - козффициент расширения диапазона измерений. Диапазоны измерений автогенераторных измерителей зависят также от добротности колебательных контуров. Поэтому в контуре 19 автогенератора 1 использован умножитель добротности 22,

представляющий собой отрицательное

сопротивление, повышающее добротность колебательного контура 1.9 до

уровня добротностей колебательных

контуров 24 и 30. Сигналы блоков

деления 10-12 через коммутатор поступают на аналого-цифровой преобразователь 15, а затем обрабатываются,с помощью блока управления 13, управляющего коммутатором 14 и микропроцессором подаются на регистратор.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в повышеНии точности измерений электрических параметров, связанных с физическими свойствами электропроводящих жидкостей, за счет измерений первичных параметров в режиме большого

сигнала и исключения из схемы усилительных преобразователей, а также за счет расширения диапазона измерений параметра К С(вн ч)

АВТОГЕНЕРАТОРНЫЙ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬj содержащий три автогенератора, калздый из которых состоит из нелинейного элемента, колебательного контура в нагрузочной цепи, вихретокового датчика, включенного в качестве элемента колебательного контура, первый, второй и третий амплитудные детекторы, первый, второй и третий частотные детекторы, входами соединенные с выходами автогенераторов, три блока деления, на входе которых попарно подключены вьпсоды амплитудных и частотных детекторов, автоматический коммутатор, входы которого соединены с выходами блоков деления, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к выходу автоматического коммутатора, регистратор, микропроцессор, включенный между . выходом аналого-цифрового преобразователя и входом регистратора, и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора и микропроцессора, о тличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и расщи- рения частотного диапазона измерений, он дополнительно снабжен емкостным датчиком, умножителем добротности, тремя управляемыми конденсаторами (Л и управляемым резистором, при этом емкостной датчик включен в колебательньй контур третьего автогенератора, первый, второй и третий управляемые конденсаторы включены соответственно в колебательные контуры первого, второго и третьего автогенесо ю ел :о раторов, управляемый резистор подключен к нелинейному элементту третьего автогенератора, выходы амплитудных детекторов соединены соответственно с управляняцими входа-t ми первого, второго и третьего управляемых конденсаторов, а выход третьего частотного детектора подключен к управляющему входу управляемого резистора.