Устройство для определения расстройки контура резонансного датчика Советский патент 1986 года по МПК G01R27/26 

1C

Од 4

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью высокочастотных резонансных датчиков и может быть использовано для определения состава и свойств материала. Цель изобретения - повышение точности измерения и распмрение функциональных возможностей. Частота колебаний высокочастотного генератора опорной частоты (го) 1 равна резонансной частоте контура (К) 5 резонансного датчика при его контроле эталонньм aтepиaлом. Начальная частота высокочастотного генератора регулируемой частос S ты (ГР) 2 через резисторы 3 и 4 (Л возбуяедает К 5 и устанавливается

равной частоте ГО 1. В результате взаимодействия высокочастотного поля датчика с контролируемым материалом происходит его расстойка относительно частоты возбуждающих колебаний. При непрерывной работе коммутатора 6 появляется фазовая модуляция высокочастотного напряжения в точке соединения резисторов 3 и 4. Эти колебания после ограничения в амплитудном ограничителе 9 сравниваются по фазе с колебаниями ГР 2 и фазовом детекторе 10. После усиления, вьтрямления и фильтрации управляющий сигнал поступает на управляющий элемент колебательного контура ГР 2, изменяя его частоту до совпадения с резонансной частотой К 5 Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью высокочастотных резонансных датчиков и может быть использовано для определения состава и свойств материалов. Цель изобретения - повышение точ нос.ти измерения частоты расстройки контура резонансного датчика, а также расширение функциональных воз можностей в части измерения изменений добротности контура при воздействии высокочастотного поля резонансного датчика на контролируемый, материал. На чертеже изображена схема устрой ства для определения расстройки кои ; тура резонансного датчика. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, высокочастотный генератор 2 регулируемой частоты, первый 3 и второй 4 резисторы, контур 5 резонансного датчика, коммутатор 6, Низкочастотный генератор 7 третий резистор 8, амплитудный ограничитель 9, фазовый детектор 10, квадратурный фазовращатель 11, первьй избирательный усилитель 12, riep вый фазочувствительньй выпрямитель 13, второй фильтр 14 низких частот, балансньй смеситель 1.5, первый фильтр 16 низких частот, частотомер

резонансного датчика. Расстройку К 5 определяют смеимванием колебаний ГО 1 и колебаний ГР 2 в балансном смесителе 15, выпрямлением колебаний разностной частоты фильтром низких частот 14, значение которых измеряют частотомером 17. При непрерывной работе коммутатора 6 появляется амплитудная модуляция высокочастотных колебаний в общей точке соединения резисторов .3 и 4, что связано с изменением добротности К 5. После детектирования, усиления, выпрямления и сглаживания напряжение измеряется вольтметром,шкала которого градуируется в процентах отклонения добротности от первоначального значения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 17, синхронный детектор 18, второй избирательный усилитель 19, второй фазочувствительный вьшрямитель 20, третий фильтр 2Г низких частот, вольтметр 22. С выходом высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты через последовательно соединенные первый 3 и второй 4 резисторы соединен контур 5 резонансного датчика, комйутатор 6, управляющий вход которого соединен с выходом низкочастотного генератора 7. Сигнальный вход коммутатора 6 соединен с высокопотенциальным входом контура 5, первьй выход соединен с общей точкой резисторов 3 и 4, а его второй выход через резистор 8 подключен к заземленному выходу контура 5 резонансного датчика, К общей точке соединения первого 3 и второго 4 резисторов подключены последовательно соединенные амплитудный ограничитель 9, фазовый детектор 10, управляющий вход которого через квадратурный фазовращатель Ц соединен с выходами высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты, первый избирательный усилитель 12, первый фазочувствительньй вьшрямитель 13, управляющий вход которого подключен к выходу низкочастотного генератора 7, и второй фильтр 14. низких частот, выход которого соединен с управляющим входо высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты. К выходам высокочастотных генераторов 1 и 2 подклю чены последовательно соединенные балансный смеситель t5, первый фильтр 16 низких частот и частотоме Г/. К общей точке соединения резисторов 3 и А подключены последовательно соединенные синхронный детектор 18, управлянлций вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты 2, второй избирательный усилитель 19, второй фазочувствительный вьшрямитель 20, управляющий вход которого соединен с выходом низкочастотного генератора 7, третий фильтр 21 низких частот и вольт-. метр 22. Устройство работает следующим образом. Частоту колебаний высокочастотного генератора 1 опорной частоты выбирают равной резонансной частоте контура 5 резонансного датчика при его контроле эталонным материалом. Начальную частоту высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты, ;который непосредственно через резисторы 3 и 4 возбуждает контур 5 резонансного датчика, устанавливают равной частоте высокочастотного генератора 1 опорной частоты. Комму татор 6, переключаемый напряжением низкочастотного генератора 7, периодически шунтирует контур 5 резисто ром 8 или закорачивает последовательно включенный с контуром 5 резистор 4. Сопротивление резистора 8 выбирают равным сопротивлению кон тура 5 в момент резонанса, а сопротивление резистора 8 - из соотношениясопротивление контура 5 ре , зонансного датчика при резонансеRj сопротивление резистора 8. При закорачивании коммутатором 6 последовательно включенного с конту ром 5 резистора 4, резистор 3 и кон тур 5 образуют делитель высокочасс коэффициентом тотного напряжения деления ( где к - сопротивление резистора 3. В противоположном положении коммутатора 6 из-за включения в схему делителя напряжения резисторов 4 и 8 его коэффициент деления изменяется и становится равным где сопротивление резистора 4. При вьшолнении условия (1) коэффициенты К, и kj деления делителя напряжений равны (К К). Поэтому напряжение в общей точке резистора 3 и 4 не изменяется при переключении коммутатора 6. Так как сопротивление контура 5 резонансного датчика в момент резонанса является чисто активнь1м, то и фазы высокочастотных колебаний в этой точке относительно фазы высокочастотных колебаний генератора 2 регулируемой частоты не меняется. В результате взаимодействия высокочавтотного поля резонансного датчика с контролируемым материалом , происходит расстройка относительно частоты возбуждающих колебаний высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты. Сопротивление контура 5 уменьшается и становится комплексным за счет появления реактивной составляющей ( Z, R,) Фаза колебаний на выходе делителя напряжений в этом случае отстает или опережает фазу высокочастотного генератора 2 в зависимости от знака расстройки, контура 5 резонансного датчика. При подключении резисторов 4 и 8 к конТЗФУ 5 коммутатором б абсолютное значение фазового сдвига делителя напряжения уменьшается, так как последовательное включение с контуром 5 резистора 4 и шунтирование его резистором 8 уменьшает эквивалентную реактивность нижнего плеча делителя напряжений. Поэтому при непрерывной работе коммутатора б появляется фазовая модуляцтш вглсокочастотного напряжения в общей точке COGдинения резисторов 3 и 4, Выходные колебания делителя напряжений, модулированные по фазе и стабилизированные по амплитуде амплитудным ограничителем 9, сравниваются по фазе с колебаниями высокочастотного генератора 2 регулир/емой частоты в фазовом дет.екторе 10, Для йовышения чувствительности к сдвигу фаз на управляющий вход фазового детектора 10 высокочастотные колебания генератора 2 регулируемой частоты поступают со сдвигом па 90 через квадратурпьй фазоврап ател 11. При периодических изменениях коммутатором Ь фазы высогсочастотпых колебаний на JIMXOAB ;телигегтя иящтЯжени - в выходном напряжении фазово-го детектора. 10 гюяв.пяется зремеч-яая составляющая наиряже И;г чястот-ы коммутации, которая выдедгнется и, усиливается иервым избиулпчгзтьным усилителем 12, пастроепмым на чаете: ту низкочастотного генератор; 7, Усиленные напряжения выпряг ипиочся первь м фазочувствительт1Ь :-:1 вьтря ч1Ителем 13 и с.глаживаюсс г пторъм фильтром 14 низких -(асгсг. Вьпгря:- ленное напряжение с ззыхо/ь: иторого фильтра 14 низкик частот чоздеь сгчу ет на упраплнемый зз1(--- С1{1 варикап, колебательного 1со :туь-а высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты. Процесс иугга ения частоты высокочастот гечгератора 2 происходит в направлении умеп:ь11:е-пия напряжения на. выходе иертитго фазочувствительногчэ иыпряг-.а-гтеля 13, Р а с с т р о и к у к о м т у р ;i 5 р е з о н а и с н о г датчика под воз,т:;ейст.(ием хонтролиpyeMoio материала определяют смешивaниe колебаний лысокочастотв.ого генератора 1 опорной частоты г: KOJ.C; баний высокочаст(ггного генератора 2 регулируемой ча.стоты в баланст-юм с м е с и т ел е 15, в ь щ е jni i; и е м к о :г( е б а н i 5 и разностной частоты первым 16 низких частот, значение коччгипх измеряют частотомером 17. При настройке высокочас готного генератора 2 регулируемо :: частотгл па новое значение резонансной чяг-,-о ты контура 5., соотношение (1) но: -ЬУ полняется из-за : ;aнeпи;l: добротнос ти контура 5 под ,це11ствием копт-ро.чируемого материала. Поэтому в пр .цессе переключе1гия коммутатора 6 Ои амплитуда высокочастотньгх колебаний в общей точке соединения резисторов 3 и 4 изменяется, т.е. имеет место амплитудная модуляция выходного напряжения делителя напряжений. Выходные колебания делителя напряжений, .модулированные по амплитуде и совпадаго1цие по фазе с колебаниями высокочастотного генератора 2 регулируемой частоты, детектируются сипхронпым детектором 18, а переменная составляющая напряжения частоты коммутагщи, пропорциональная изменению добротности контура 5 резонансного датчика, усиливается вторым избирательным усилителем 19, кастроепньм на част.оту низкочастотного генератора 7,. Усиленное напряжение выпрямляется вторы -.i фазочзвствительньн г выпрямителем 20, сглаживается третьим фильтром 21 низких частот и измеряется вольтметром 22. Шкала вольтметра 22 градуируется в процентах отклонения добротности контура 5 резонаисиого датчика от первоначального значения, которое задается эталоипь. материалом. При воздействии высокочастотного поля датчика на эталорлгый материал нулеi3oe значение вольтметра устанав.чи-вают регулировкой переменного резистора 4, величину которого выбирают из соотно1; ени.я (1). Ф о р м у л а изобретения 1. Устройство для определения расстройки к.он1-ура резонансного датчика J содержащее высокочастотный генератор опорной частоты, высокошсготный генератор регулируемой частоты, выход которого через два поел адова те.льно соединенных ре.зистора соединен с контуром резонансного датчика, коммутатор, сигнальн111й .вход которого соединен с высокопотенн,иальн.ым входом контура резона.нсного датчика, управляющий вход под KJHo4eH к иизкочасгогному х енератору, а нервы11 выхо,ц соединен с общей точкой первого н второго резисторовj фазовый детектор, управ.ляющуг вход которого через квадратурный фазовращатель соединен с выходом вЕ: сокочастотного генератора регулируемой частоты, балансный смеситель, входами соединенньш с выходами высокочастотных генераторов опорной и регулируемой частот, а его выход

мутатора, первьш вход блока измерения добротности соединен с выходом высокочастотного генератора регулиpye oй частоты, второй его вход соединен с входом амплитудного ограничителя, а управляющий его вход соединен с выходом низкочастотного генератора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок измерения добротности содержит синхронный детектор, второй избирательный усилитель, второй фазочувствительный выпрямитель, третий фильтр нижних частот, вольтметр, причем выход синхронного детектора через последовательно соединенные второй избирательный усилитель, второй фазочувствительный вьтрямитель и третий фильтр низких частот соединен с входом вольтметра, первый и второй входы синхронного детектора являютт ся первым и вторым входами блока измерения добротности, а зшравляющий вход второго фазочувствительного вьшрямителя является управляющим входом блока измерения добротности.