Устройство для измерения частотных характеристик электромагнитных свойств веществ Советский патент 1986 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для исследования электромагнитных свойств веществ в непрерывном частотном диапазоне.

Цель изобретения - повышение чувствительности и информативности устроства ,

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурная схема устройства.

Устройство содержит систему из двух симметричных делителей 1 напряжения, свип-генератор 2, управляемый генератором 3 линейно изменяющегося напряжения, амплитудные детекторы 4 и 5, блок 6 деления, формирователи 7 и 8, фазометр 9, функциональный преобразователь 0, блок 11 умножения, согласующие блоки 12 и 13, панорамный регистратор 14, Система из двух симметричных делителей содержит в первом делителе индуктивность 15, BHXpeTOKOBbiff датчик 16, дополнительную индуктивность 17 и отрицательное сопротивление 18, а во втором делителе - индуктивность 19, вихретоковый датчик 20, в поле которого помещается исследуемое вещество 21, управляемая дополнительная индуктивность 22 и управляемое отрицательное сопротивление 23.

На симметричные делители напряжения подключены напряжения от свип- генератора 2. В первом делителе между вихретоковым датчиком 16 и общей шиной устройства включена дополнительная индуктивность 1 7 .1 Параллельно первому делителю подключено отрицательное сопротивление 18. Во втором делителе между вихретоковы датчиком и общей шиной устройства включена управляемая дополнительная индуктивность 22. Параллельно второму делителю подключено .вляемое от- :рицательное сопротивление 23.Средние точки делителей подключены через ;1мпли тудные детекторы 4 и 5 к входам блока 6 деления и через формирователи 7 и 8 к входам фазометра 9, связанного с входом функционального преобразователя 10. Выход блока 6 деления подключен к первому входу блока 11 умножения, к первому входу панорамного регистратора I4 и через согласующий блок I2 к управляющему входу

отрицательного сопротивления 23. Выход функционального преобразователя 10 соединен с вторым входом блока 11 умножения, выход которого подключен S через согласующий блок 13 к управ-, ляемому входу дополнительной индуктивности 22 и к второму входу панорамного регистратора 14.

Устройство работает следующим 0 образом.

Система из симметричных делителей 1 напряжения питается гармоническим напряжением изменяющейся частоты, которое подается от свип-гене- 5 ратора 2, управлямого генератором 3 линейно изменяющегося напряжения. При внесении исследуемого вещества или образца 21 в ближнюю зону поля вихретоковога датчика 20 изменяют- 0 ся активная г„ и реактивная Xj составляющие комплексного сопротивления датчика, а следовательно, амплитуда и фаза напряжения, снимаемого с делителя, содержащего вихретоковый S датчик 20„ Причем эти сигналы содержат информацию о частотных характеристиках электромагнитных свойств исследуемого вещества - сопротивления К(со) и реактивного сопротив- 0 ления X(ai) . Далее напряжения, снима- емые со средних точек делителей, подаются на входы амплитудных детекторов 4 и 5 и на входы формирователей 7 и 8. С выходов амплитудных «; детекторов 4 и 5 напряжения поступают на входы блока 6 деления. Выходное напряжение блока 6 деления, пропорциональное реактивной составляющей вносимого в датчик комплексного 0 сопротивления исследуемого вещества - X gn , подается на первый вход панорамного регистратора 14. С выходов формирователей 7 и 8 сигналы поступают на вход широкополосного 5 высокочастотного фазометра 9, измеряющего разность фаз Cf между напряжениями,, снимаемыми со средних точек делителей при внесении в поле вихретокового датчика 20 исследуемо- 0 го вещества 2, Выходной сигнал фазометра 9 подается на вход функционального преобразователя 10, с выхода которого сигнал, пропорциональный tg Cf , зависящий от отноше- 5 кия Гл/Xq активной и реактивной

составляюш 1 х комплексного сопротивления датчика с веществом, поступает на первый вход блока 11 умножения, состоящего из логарифмической ячейки умножения, усилительной и антилогарифмирующей ячейки. На второй вход блока I1 умножения подается сигнал с выхода блока 6 деления, пропорциональньй реактивной составляющей Хл. После умножения

этих сигналов с выхода блока 11 умножения сигнал, пропорциональный активной составляющей т„ комплексного сопротивления, подается на второй вход панорамного регистратора 14. Дополнительные индуктивности 17 и 22, включенные между вихрето- ковыми датчиками 16 и 20 и общей шиной устройства, обеспечивает симметрию делителей относительно общей шины устройства.

Отрицательные сопротивления 18 и 23, включенные параллельно делителям, состоящим из индуктивности 15, датчика 16, индуктивности 17 и из индуктивности 19, датчика 20, индуктивности 22 обеспечивают частичную компенсацию активного сопротивления датчиков 16 и 20, что повышает их добротность и увеличивает относительное изменение активной составляющей Га сопротивления от вне- сенного в датчик активного 9,опро- тивления и, следовательно, повышает чувствительность устройства по активной составляющей выходного сигнала R(co) . Подключейие выходного сигнала Х(и, пропорционального реактивной составляющей X комплексного сопротивления, с выхода блока 6 деления через согласующий блок 12 на управляющий вход отрицательного сопротивления 23 и выходного сигнала, пропорционального активной соетавляющей R(co) комплексного сопротиления, с выхода блока 11 умножения через согласующий блок 13 на управляющий вход дополнительной индуктивности 22 обеспечивают организацию : перекрестных отрицательных обратных связей, что уменьшает корреляцию, имеющую место между внесенными актиными и реактивными составляющими комплексного сопротивления в процессе измерений, и следовательно, по- вьшает и точность измерений. На экрне панорамного регистратора 14 при этом отображается годограф исследуемого вещества.

В качестве отрицательного сопротивления 18 и 23 могут быть исполь224742

зованы схемы на туннельных диодах или транзисторные усилители с положительной обратной связью.

Управляемая дополнительная ин5 дуктивность 22 выполнена в виде катушки, намотанной на ферритовом сердечнике и имеющей обмотку подмаг- ничивания для регулирования. Неуправляемая дополнительная индуктив10 ность 17 по конструкции аналогична дополнительной индуктивности 22, но используется без управления.

Управление отрицательным сопротивлением 23 и дополнительной ин15 дуктивностью 22 осуществляется через согласующие блоки 12 и 13, служащие для согласования уровней сигналов, получаемых от блока 6 деления и блока 11 умножения. Согласующие бло20 ки 12 и 13 представляют собой обычные двухкаскадные ycRПИтeли с регу- лируемым коэффициентом усиления.

Формула изобретения

Устройство для измерения частотных характеристик электромагнитных свойств веществ, содержащее свип- генератор, управляемый генератором линейно изменяющегося напряжения, два симметричных делителя напряжения, каждый из которых состоит из датчика и дополнительного реактивного элемента, подключенные к выходам делителей амплитудные детекторы, выходы которых соединены с входами блока деления, формирователи, подключенные к входам высокочастотного фазометра, выход которого соединен с входом функционального преобразователя, блок умножения, первый вход которого соединен с выходом блока деления, второй вход блока умножения соединен с выходом функционального преобразователя, и панорамный регистратор, к первому и второму входам которого подключены выходы блоков деления и умножения, а выход генератора линейно изменяющегося напряжения подключен к синхронизирующему входу панорамного регистратора, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и информативности, в него введены два отрицательных сопротивления, одно из которых выполнено управляемым, две дополнительные индуктивности, одна из которых вьтолнена управляемой, и два согласующих блока, причем от

рнцательные сопротивления подключены параллельно делителям напряжения, дополнительные индуктивности подключены между датчиками -и общей шиной устройства, выход блока деления через первый согласующий блок подключен на управляющий вход отрицательного сопротивления, а выход блока умножения через второй согласуклций блок подключен к управляющему входу дополнительной индуктивности.

Фш.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования электромагнитных свойств веществ в непре- рьшном частотном диапазоне. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения. Для достижения поставленной цели в устройство введены два отрицательных сопротивления 18 и 23, две ИНДУ15ТИВ- ности 17 и 22, два согласующих блока 12 и 13, причем одно отрицательное сопротивление и одна индуктивность выполнены управляемыми. Кроме того, устройст во содержит симметричные делители 1 напряжения, свип-ге- нератор 2, управляемый генератором 3 линейно изменяющегося напряжения, амплитудные детекторы 4 и 5, блок 6 деления, формирователи 7 и 8, фазометр 9, преобразователь 10, блок 11 умножения, панорамйзШ регистратор 14, индуктивности 15 и 19, вихрето- ковые датчики 16 и 20, исследуемое вещество 21. 2 ил. i (Л С ю кэ 4 4 Ю