Устройство для контроля параметров элементов сложных электрических цепей Советский патент 1987 года по МПК G01R27/00 

тора 6 напряжений, элемента 9 выборки и хранения, аналого-цифрового преобразователя 10, цифроаналоговых преобразователей 11 и 12, сумматора 13, преобразователя 14 напряжения в ток, блока 15 установки кода длительности, элемента И 17, элемента ИЛИ 20, блоков элементов И 18 и 25, блока элементов ИЛИ 21, счетчика 22 импульсов, постоянно-запоминающего блока 26, инвертора 27, счетного триггера 28, одновибратора 30 и элемента 32 задержки позволило умень1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для контроля параметров пассивных двухполюсников, образующих многосвязные электрические цепи, и может быть использовано при создании автоматизированных систем поэлементного контроля гибридных печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение точности контроля путем уменьшения влияния квадратурной составляющей напряжения при фазочувствительном выпрямлении напряжения.

На фиг, 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений в различных точках устройства.

Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, делитель 2 частоты, стабилизатор 3 амплитуды импульсов, интегратор 4, усилитель 5 мощности, коммутатор 6 напряжений, измерительный усилитель (ИУ) 7, фазочувстви- тельный выпрямитель (ФЧВ) 8, элемент 9 выборки и хранения (ЭВХ), аналого- цифровой преобразователь (А1Щ) 10, первый и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 11 и 12, сумматор 13, преобразователь 14 напряжения в ток, блок 15 установки коДа длительности, элементы И 16 и 17, первый блок 18 элементов И, элементы ИЛИ 19 и 20, блок элементов ИЛИ 21, счетчик 22 импульсов, элементы И 23 и 24, второй блок элементов И 25,

90198

шить влияние квадратурной составляющей напряжения при фазочувствитель- ном выпрямлении напряжения. Уменьшение длительности замыкания ключей фазочувствительного вьтрямителя В и элемента 9 выборки и хранения значительно повышает точность контроля за счет исключения влияния фазовых сдвигов в измерительном тракте, вносимых объектом контроля при измерении параметров элементов многосвязанных электрических цепей. 2 ИЛ-,

постоянно запоминающий блок (ПЗБ) 26, инвертор 27, счетный триггер 28, элемент ИЛИ 29, одновибратор 30, элемент 31 И, элемент 32 задержки

(ЭЗ), вычислительный управляющий блок (ВУБ) 33, выходная клемма 34 для подключения объекта контроля (ОК), первая и вторая входные клеммы 35 и 36. Выход генератора 1 соединен с входом делителя 2 частоты, первый выход которого соединен с первым входом элемента 31 И, второй выход соединен с входом одновибратора 30 и первым входом элемента 29 ИЛИ,

третий выход - с стабилизатором 3, выход которого соединен с входом интегратора 4, первым входом коммутатора 6 и входом первого ЦАП 11 выход интегратора 4 соединен с вторьм входом коммутатора 6 и входом второго I- .

ЦАП 12, выход коммутатора 6 соединен

с входом усилителя 5 мощности, выход которого соединен с выходной клеммой

34 устройства. Первая входная клемма 35 устройства соединена с входом ИУ 7 и выходом преобразователя 14. Выход ИУ 7 соединен с первым входом ФЧВ 8, второй вход которого соединен с вторыми входами ЭВХ 9,элемента ИЛИ 29, элементов И 17 и 16, а также с входом инвертора 27 и выходом триггера 28. Выход ФЧВ 8 соединен с первым входом ЭБХ 9, выход которого соединен с входом АЦП 10,выход которого соединен с входом ВУБ 33, выход которого соединен с управ

ляющими входами ИУ 7, 11ЛП 11 и 12, блока 26 и коммутатора 6. Второй вход устройства соединен с общей ши ной. Выходы блока 15 соединены соот ветственно с первыми входами элемен тов И 16 и 17, выходы которых соеди нены соответственно с первыми входа ми элементов ИЛИ 19 и 20, выходы ко торых соединены с установочными входами счетчика 22, счетный вход которого соединен с выходом элемента 3 1 И, вход разрешения записи счетчика 22 соединен с выходом .33 32, а выход - с первым входом триггера 28 и входом ЭЗ 32, второй вход триггера 28 соединен с выходом одно вибратора. Вторые входы элементов 19 и 20 ИЛИ соединены соответственно с выходами элементов 24 и 23 И, первые входы которьк соединены соот ветственно с выходами блока 26, а вторые - через инвертор 27 с выходом триггера 28.

I

Устройство работает следующим об-

разом.

После включения напряжения питания генератор 1 начинает вырабатывать высокостабильную последовательность импульсов высокой частоты, поступающую на делитель 2 частоты,выполненный в виде последовательно соединенных счетчиков импульсов с разлиными коэффициентами пересчета. Тесто.-

вый сигнал (переменное напряжение формы меандр частотой единицы килогерц) снимается с третьего (самого низкочастотного) выхода делителя 2 частоты (фиг. 2в), с второго выхода которого снимается напряжение удвоенной частоты (фиг. 2а). Тестовый сигнал поступает на вход стабилизатора 3 амплитуды импульсов, на выходе которого получают стабилизированное по амплитуде прямоугольное напряжение. Включенный на выходе стабилизатора 3 амплитуды импульсов интегратор 4, вьшолненный на операционном усилителе, преобразует переменное прямоугольное напряжение в тестовое напряжение треугольной формы (фиг. 2г). Алгоритм работы вычислительного управляющего блока 33, представляющего собой специализированную ЭВМ с внешней памятью для хранения данных о контролируемых параметрах элементов печатной платы, состоит в следующем. Вырабатываются кодовые команды, производящие устаfO

15

i;-

ЗОч20

2901984

новку коэффициента передачи ИУ 7, кода в блоке. 26 длительности паузы (фиг. 2е) между передними фронтами тестового прямоугольного напряжения и импульса управления работой ФВЧ 8 и ЭВХ 9, исходных состояний ЦАП 11 и 12 и с небольшой задержкой, определяемой длительностью переходных процессов в аналоговых цепях, производится выбор соответствующей формы тестового сигнала на выходе коммутатора 6. В качестве тестового сигнала используется напряжение прямоугольной формы (фиг. 2в) при контроле индуктивностей или треугольной (фиг. 2г) - при контроле емкости конденсаторов, так как известно, что в результате интегрирования напряжения прямоугольной формы получается треугольный сигнал, а при дифференцировании треугольного напряжения - прямоугольный. Резисторы контролируются на любом сигнале, так как его форму активное сопротивление не изменяет. Поэтому форма тестового сигнала определяется параллельно включенным реактивным элементом. В результате воздействия на объект контроля (например R, С,( - двухполюсник) тестового сигнала (фиг. 2г) на выходе ИУ 7 формируется переменное напряжение сложной формы, содержащее прямоугольную и треугольную составляющие как в случае измерения С JJ R JJ - двухполюсников при тестовом сигнале в виде переменного напряжения треугольной формь), так и в случае измерения LX R - двухполюсников при тестовом сигнале в виде переменного напряжения прямоугольной формы (фиг. 2д).

35

40

45

50

55

I

Полученное напряжение подается на ФЧВ 8, выполняется двухполупериод- ное импульсное фазочувствительное выпрямление путем пропуска на выход только части сигнала в определенный промежуток времени (фиг. 2ж). Последовательность импульсов сложной формы подается на управляемый элемент 9 выборки и хранения запоминающую амплитуду измеряемого синфазного напряжения и интегрирующую квадратурную составляющую в строго фиксированном интервале времени, совпадающем с работой ФЧБ 8. Постоянное напряжение,хранимое на ЭВХ 9, подается для . преобразования в АЦП 10, с выхода которого двоичный код, эквивалентный

контролируемому параметру, подается в ВУБ 33 на обработку.

Фазовые сдвиги в измерительном тракте, обусловленные реактивными элементами объекта контроля, вносят погрешность в измерение. В устройстве предусмотрена возможность ее исключения путем подачи управляющего напряжения на двухполупериодный фа- зочувствительный выпрямитель 8 и ЭВХ 9 не в течение 0,5 периода тестового сигнала, а только в течение 0,05 периода (фиг. 2е), что ограничено быстродействием ключей ФЧВ 8 и ЭВХ 9. Сигнал управления, представляющий собой последовательность узких импульсов, длительность которых (tд,т, на фиг. 2д) определяется кодом блока 15 и располагается посередине полупериода выходного напряжения ИУ 7 (при контроле ), приче длительность от начала полупериода

(t

на фиг. 2е) определяется

кодом, хранимым в блоке 26.

Формирование импульсов управления работой ФЧВ 8 и ЭВХ 9 производится независимо от ВУБ 33 с помощью программно-перестраиваемого счетчика 22, который поочередно отрабатывает временной интервал паузы и длительности импульсов управления. В зависимости от вида контролируемого двухполюсника, синхронизирующими являются импульсы удвоенной частоты на втором выходе делителя 2, совмещенные с началом (фиг. 2а) или с серединой (фиг о 2б) каждого полупериода тестового напряжения (фиг.2в Первые синхронизируют работу формирователя импульсов управления при измерении Е (на прямоугольном тестовом Сигнале) или Су (на треугольном тестовом сигнале), вторые - при измерении L,

ряжении) или R Лна треугольном нап(на прямоугольном нап(на

ряжении). При включении питания схемы синхронизация счетчика 22 наступает за 1 период тестового сигнала, что вызвано установкой случайного кода на его информационных входах. Передним фронтом (переход из О в 1) импульсов ,j (фиг. 2а) с помощью одновибратора 30 производится установка триггера 28 в нулевое состояние, что з свою очередь обеспечивает разрешение подачи кода паузы (хранимого в блоке 26) на информационные входы счетчика 22 1.к

5

Запись информации происходит в момент прихода нулевого импульса на вход разрешения записи в счетчик 22 с ЭЗ 32 то, в первом полупериоде тестового напряжения время паузы ( |), определяющей начало появления импульса управлен ия (фиг. 2е); может быть меньше или больше требуемого. Одновременно появившийся на выходе элемента ИЛИ 29 единичный сигнал разрешает поступление на счетный вход счетчика 22 через элемент 31 И импульсов с первого выхода делителя частоты 2. Частота повторения последних по крайней мере .на три порядка должна быть больше частоты тестового напряжения, что определяется требуемой погрешностью, зависящей от точности установки 0 импульсов управления на временной оси. Счетчик 22, работающий в вычи- тающем режиме, отработав случайный, код, вырабатывает сигнал переноса, который устанавливает триггер 28 5 в состояние 1, разрешая тем самым подачу на информационные входы счетчика 22 кода длительности с вькода блока 15. Последний может быть выполнен в виде набора перемычек, соединя- 30 ющих соответствующие входы элементов 16 и 17 с шинами логическая 1 или логический О.Задержанный (элементом 32) сигнал переноса разрешает запись кода длительности в счетчик 22. 35 На счетный вход счетчика 22 продолжают поступать импульсы счета,так как теперь на первом входе элемента 29 поддерживается единичный уровень нап- ряжения. После завершения счета сиг- 40 нал переноса сбрасывает триггер 28 и тем самым оканчивает формирование первого импульса управления. Одновременно на информационные входы счетчика 22 теперь уже через блок 21 45 ИЛИ подается код паузы, который с небольшой задержкой переписывается в счетчик. Элемент 31 закрыт, так как отсутствует сигнал разрешения, приходящий с выхода элемента 29. С при- 50 ходом второго импульса U;.,,.

(фиг. 2а) подтверждается установка триггера 28 в О состояние, счетчик 22 отрабатывает код паузы , затем вырабатывает сигнал переноса приводя- 55 щий к установке триггера 28 в 1

состоянива что В СВОЮ очередь изменяет состояние инвертора 27 на противоположное. Поэтому на информационных входах счетчика 22 происходит

71

смена кода и его запись с задержкой ( & 100 не) в счетчик. Элемент 31 по-прежнему разрешает прохождение счетных импульсов, которое завершается с окончанием формирования им- пульса управления (фиг. 2е),работой ФЧВ 8 и ЭВХ 9.

Синхронизация всей схемы от одного высокостабильного генератора тактовой частоты и отсутствие сомпара- торов напряжения в цепях формировани импульсов управления позволяет свести к минимуму погрешность измерения реактивной и активной составляющих контролируемого двухполюсника. При контроле величины С управляющие импульсы симметричны относительно перехода треугольной составляющей сигнала через нуль, поэтому управляющие импульсы (фиг. 2е) сдвинуты на 90° по отношению к началу тестового сигнала. При контроле величины RJJ управляющие импульсы (на фиг. 2е изображены пунктиром) симметричны относительно перехода прямоугольной составляющей сигнала через ноль, поэтому управляющие импульсы сдвинуты на 180° по отношению к началу тестового сигнала.

В устройстве производится контроль в двух режимах: в режиме измерения значения контролируемого параметра и в режиме измерения отклонения контролируемого параметра от номинального значения,, если рассматриваемое устройство рассчитано на работу с известным объектом. Первый режим обеспечивается установкой на цифровых входах ПАП 11 и 12 нулевых кодов, а второй - установкой кодов, эквивалентных номинальным значениям параметров контролируемого двухполюсника. Во втором случае происходит компенсация большей части тока через контролируемый двухполюсник путем программного управления работой двухполярных ЦАП 11 и 12, на выходах которых вьфабатываются переменные напряжения прямоугольной и треугольной форм соответственно и суммарное выходное напряжение которых посредством сумматора 13 напряжений подается на преобразователь 14 напряжения в ток, который вырабатывает ток в противофазе протекающему через контролируемый двухполюсник от напряжений с усилителя 5 мощности. На выходе измеритель

988

ного усилителя 7 получается сигнал, несущий информацию об отклонении параметров контролируемого двухполюсника от номинальных и имеющий амплитуду прямоугольной и треугольной составляющих одного порядка.

Таким образом, влияние погрешности статизма ИУ 7, обусловленной конечной величиной коэффициента усиления ОУ, снижено.

При контроле параметров в режиме измерения их отклонения от номинальных значений, дополнительно улуч- щаетея-линейность работы фазочувст- вительного выпрямителя 8, так как прямоугольная и треугольная составляющие напряжения на выходе измерительного усилителя 7 получаются одного порядка что уменьшает степень ВЛИЯНИЯ квадратурной составляющей на измеряемое напряжение.

За счет уменьшения длительности замыкания ключей ФЧВ 8 и ЭВХ 9 значительно повышается точность благо- даря исключению влияния фазовых сдвигов в измерительном тракте, вносимых объектом контроля при измерении параметров элементов многосвязанных электрических цепей.

Применение ПЗУ вызвано тем, что величина фазового сдвига Cf зависит от диапазона измерения и от частоты тестового сигнала. Использование современных интегральных ПЗУ позволяет хранить набор кодов длительности паузы (обычно на 8 - 10 младших разрядов счетчика 22 импульсов) для каждого диапазона измерения и тем самым сделать величину

с

постоянной и минимально воз45

50

55

можной для всех диапазонов. Формула изобретени

Устройство для контроля параметров элементов сложных электрических цепей, содержащее последовательно соединенные генератор высокой частоты, делитель ча стоты, стабилизатор амплитуды импульсов и интегратор, усилитель мощности, выход которого соединен с выходной клеммой устройства, последовательно соединенные первая входная клемма устройства, измерительный усилитель и фазочувстви- тельный выпрямитель, вторая входная клемма устройства соединена с общей шиной, отличающееся тем,

что, с целью повышения точности контроля, в него дополнительно введены два цифроаналоговых преобразователя сумматор напряжений, преобразователь напряжения в ток, элемент выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный управляющий блок, коммутатор напряжений, блок установки кода длительности, постоянно запоминающий блок, два блока элементов И, блок элементов ИЛИ, элемент И, элемент ИЛИ, инвертор, одновибратор, счетный триггер элемент задержки и счетчик импульсов, причем счетный вход счетчика импульсов соединен с вьосодом элемента И, первый вход которого соединен с первым вькодом делителя частоты, вход разрешения записи информации соединен с выходом элемента задержки, вход которого соединен с выходом счетчика и с счетным входом счетного триггера, группа информационных входов счетчика соединена соответственно с группой выходов блока элементов ИЛИ, первая группа входов которого соединена с группой выходов первого блока элементов И, первая группа входов которого соединена с выходами блока установки кода длительности, а вторая группа входов блока элементов ИЛИ соединена с группой выходов второго блока элементов И, первая группа входов которого соединена с группой выходов постоянно запоминающего блока, а вторая группа входов - с выходом инвертора вход которого соединен с выходом счетного триггера, вторыми входами

,

фа-дочувствительиого выпр ямителя и элемента выборки и хранения, второй группой входов первого блока элементов И и первым входом элемента

2 ИЛИ, выход которого соединен со вторым вхбдом элемента И, а второй вход - с вторым выходом делителя частоты и входом одновибратора, выход которого соединен с входом устаfO новки в нулевое состояние счетного триггера, причем вход усилителя мощности соединен с вькодом коммутатора напряжений, первый вход которого соединен с выходом стабилизатора ам(5 плитуды импульсов и аналоговым входом первого цифроаналогового преобразователя, а второй вход - с выходом интегратора и аналоговым входом второго цифроаналогового преоб20 разователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с вькодом первого цифроаналогового преобразователя, а вькод сумматора через

преобразователь напряжения в ток соединен с входом измерительного усилителя и с первой входной клеммой устройства, выход фазочувстви- тельного вьтрямителя через элемент

30 выборки и хранения соединен с входом аналого-цифрового преобразования, вькод которого соединен с входом вычислительного управляющего блока, вькоды которого соединены с

35 управляющими входами коммутатора, постоянно запоминающего блока,измерительного усилителя, первого и второго цифроаналоговых преобразователей.

fJcuH)ip.i

C/t

Сиюер.

mec/n. , x,x)

frrecfrr. , Гх)

Sbi)(.-7

I

bx -X

f ec/7T. . qe ff/jA/f/

VMn.ynp.

n П Г1 П n

V

/

f/tvm

u.

pve

ж

Редактор С.Лежнина Заказ. 7895/41

Составитель В.Гусев

Техред А.Кравчук Корректор Г.Решетник

Тираж 751 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно -полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

/

Ugbi.e

Oft:

фиг-. 2

Изобретение может быть использовано, при создании автоматизированных систем поэлементного контроля гибридных печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения- повышение точности контроля. Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, делитель 2 частоты, стабилизатор 3 амплитуды импульсов, интегратор 4, усилитель 5 мощности, измерительный усилитель 7, фазочув- ствительный выпрямитель 8, злементы И 16, 23, 24 и 31 и элементы ИЛИ 19 и 29. Введение в устройство коммутаСО 00 cpue.f