Устройство для измерения частоты настройки резонансного датчика Советский патент 1987 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к радиоизме рительной технике и может быть использовано для измерения частоты настройки резонансных датчиков с изменяющимися параметрами.

Цель изобретения - повьшение точности измерения частоты настройки резонансного датчика.

Достигается повышение точности измерением частоты гармонических колебаний высокочастотного генератора в отличие от режима усреднения частотно-модулированного сигнала, возбуждением в резонансном датчике моно

132

хроматического электромагнитного поля, что позволяет достичь однозначной зависимости частоты настройки резонансного датчика от контролируемого параметра, исключением влияния нелинейности регулировочной Характеристики управляемого элемента высокочастотного генератора., отсутствием модулированных воздействий на высоко частотный генератор, что уменьшает уровень шумов и помех в спектре воз- буждаюащх резонансный датчик колебаний, что уменьшает флюктуационную нестабильность высокочастотного генератора.

На чертеже представлена функцио- нальная схема устройства.

Устройство содержит высокочастотный генератор 1, соединенный с первым блоком 2 сдвига частоты, работаю

щим в режиме суммирования частот, и ,

вторым блоком 3 сдвига частоты, рабо- го и второго блоков 2 и тающим в режиме вычитания частот. Управляющие входы блоков 2 и 3 сдвига частоты подключены к выходу низкоВысокочастотные колебания частоты (jj высокочастотного генератора 1 воздействуют на сигнальные входы перво3 сдвига

частоты, на управляющие входы которых воздействуют колебания низкой частоты 5 низкочастотного генераточастотного генератора 4, Выход второ- Q ра 4. В качестве блоков 2 и 3 сдвига

го блока 3 сдвига частоты через первый аттенюатор 5 соединен с вторым входом автоматического переключателя 6. С первым входом переключателя 6

частоты могут быть использованы, например, однополосные модуляторы, вращающиеся фазовращатели, регенеративные делители частоты с периодически

соединен выход первого блока 2 сдви- 5 изменяющимся коэффициентом деления и

га частоты. Управляющий вход автоматического переключателя 6 подключен к выходу низкочастотного генератора 4 через делитель 7 частоты.-Выход автоматического переключателя 6 через второй аттенюатор 8 соединен с первым входом сумматора 9, второй вход которого непосредственно подключен к выходу высокочастотного ге50

другие аналогичные устройства. Блок 2 сдвига частоты, работающий в режиме суммирования частот (и) +Я ), сдвигает частоту ш напряжения генератора 1 вверх на частоту низкочастотного генератора 4 (w). Блок 3 сдвига частота 5 работающий э режиме вычитания частот (w-f), сдвигает частоту нaпpяжeшiя высокочастотного генератонератора 1. Вьгход сумматора 9 соеди- 55 Р вниз. Выходное напряжение блока

нен с резонансным датчиком 10, к выходу которого подключены последовательно соединеннзле балансный смеситель 11, управляющий вход которого

2 сдвига частоты, частота которого равна W +Я 5 воздействует на первый вход автоматического переключателя 6, на второй вход которого через управ

подключен к выходу высокочастотного генератора 1, первый избирательный усилитель 12, настроенный на частоту низкочастотного генератора 4, первый амплитудный детектор 13, второй избирательный усилитель 14, настроенный на частоту переключения автоматического переключателя 6, и первый фазо- чувствительный выпрямитель 15, управляющий вход которого соединен с выходом делителя 7 частоты. Выход первого фазочувствительного выпрямителя 15-через интегратор 16 соединен с управляющим входом высокочастотного генератора 1, к выходу которого подключен цифровой частотомер 17.

К выходу автоматического переключателя 6 также подключены последовательно соединенные второй амплитудный детектор 18, третий избынратель- ный усилитель 19, настроенный на частоту переключения автоматического переключателя 6, и второй фазочувст- вительный выпрямитель 20, управляЕощий вход которого соединен с выходом делителя 7 частоты. Выход второго фазочувствител;ьного выпрямителя 20 соединен с управляющим входом первого аттенюатора 5.

Устройство работает следуюшд м образом.

го и второго блоков 2 и

Высокочастотные колебания частоты (jj высокочастотного генератора 1 воздействуют на сигнальные входы перво3 сдвига

частоты, на управляющие входы которых воздействуют колебания низкой частоты 5 низкочастотного генератора 4. В качестве блоков 2 и 3 сдвига

частоты могут быть использованы, например, однополосные модуляторы, вращающиеся фазовращатели, регенеративные делители частоты с периодически

5 изменяющимся коэффициентом деления и

50

другие аналогичные устройства. Блок 2 сдвига частоты, работающий в режиме суммирования частот (и) +Я ), сдвигает частоту ш напряжения генератора 1 вверх на частоту низкочастотного генератора 4 (w). Блок 3 сдвига частота 5 работающий э режиме вычитания частот (w-f), сдвигает частоту нaпpяжeшiя высокочастотного генератоР вниз. Выходное напряжение блока

2 сдвига частоты, частота которого равна W +Я 5 воздействует на первый вход автоматического переключателя 6, на второй вход которого через управШ

ляемый первый аттенюатор 5 подается выходное напряжение блока 3 сдвига частоты, частота которого равна о; Л.

При непрерывной работе автоматического переключателя 6 на выходе последнего формируется двухчастотное напряжение, образованное пачками из напряжений с частотами u; +i и ш -i7 . Первоначальный коэффициент передачи первого аттенюатора 5 устанавливают так, чтобы обеспечить равенство ампитуд напряжений с частотами ы + i и U -fi на выходе автоматического переключателя 6. Выходное напряжение автоматического переключателя 6 осабляется в заданное число раз вторым аттенюатором 8 и поступает на первый вход сумматора 9, на второй вход которого поступает напряжение высокоастотного генератора I. Коэффициент ередачи второго аттенюатора 8 устанавливают так, чтобы отношение амплитуд на входах сумматора 9 составляло 30-40 дБ в направлении ослаблеьгия боовых частот и)+Я и 10 -il .

Выходное напряжение сумматора 9 озбуждает резонансный датчик 10. заимодействием вспомогательных сигналов частоты ы+ Ли Ц) - f с контролируемым материалом при таком отношении амплитуд можно пренебречь, что позволяет достичь однозначной зависимости частоты настройки резонансного датчика от контролируемого параметра. Напряжение с датчика 10 смешивается в балансном смесителе 11 с напряжением высокочастотного генератора I. Выходное напряжение смесителя 11 имеет две сост авляющие: высокочастотную, имеющую частоту 2ш, как результат Q смешивания двух напряжений с частотами w , и низкочастотщто, имеющую частоту 5, как результат смешивания напряжения частоты ы с напряжением частоты ш + S7 в первом такте работы с автоматического переключателя бис напряжением частоты w-fJ во втором такте работы.

Первый избирательный усилитель 12, настроенный на частоту низкочастотно-гп го генератора 4, усиливает низкочастотную составляющую напряжения балансного смесителя 11, а высокочастотную его составляющую подавляет. Если частота to возбуждающих колебаний совпадает с резонансной частотой Wp(u ), то коэффициенты передач колебательного контура датчика 10 для боковых частот ы + SI и ш-Л

J5

2Q

25

30

35

j

1325378

Ш

Q с

гп

одинаковы. В этом случае низкочастотная составляющая напряжения на выхо- . де балансного смесителя 11 имеет одно и то же значение в оба такта работы автоматического переключателя 6. В случае расстройки резонансного датчика 10 под воздействием контролируемого материала коэффициенты передач для боковых частот возбуждающего сигнала становятся разными. При неравенстве коэффициентов передач резонансного датчика 10 на частоте co+S в первом такте работы автоматического переключателя 6 и на частоте uJ -fi во

J5 BTopok такте работы автоматического переключателя 6 в выходном напряжении первого амплитудного детектора 13 появляется переменная составляющая частоты переключения автоматичес2Q кого переключателя 6. Эта переменная составляющая выделяется и усиливается вторым избирательным усилителем 14, настроенным на частоту переключе- шгя автоматического переключателя 6,

25 Напряжение второго избирательного

усилителя 14 пропорционально неравенству коэффициентов передач резонансного датчика 10, а следовательно, тем больше, чем больше их разность. Нап30 ряжение второго избирательного усилителя 14 после фазочувствительного вьшрямления и соответствующей фильтрации первым фазочувствительным выпрямителем 15 через интегратор 16 воз35 действует на управляющий вход высокочастотного генератора 1, изменяя его частоту. Направление изменения и закон регулирования частоты генератора 1 выбирается таким образом, чтобы обеспечить равенство коэффициентов передачи резонансного датчика 10 на частоте w + и частоте u)-f. Благодаря тому, что в момент равенства частота высокочастотного генератора 1 совпадает с частотой настройки резонансного датчика 10 ( ш u)p), то значение последней может быть считано по шкале цифрового частотомера 17.

Для обеспечения высокой точности отсчета частоты настройки резонансного датчика 10 по шкале частотомера 17 необходимо обеспечить равенст- во амплитуд напряжений с частотами U)+57 и Lo-ii на выходе автоматического переключателя 6. Для этого в первый такт работы автоматического переключателя 6 на вход второго амп513

;штудного детектора 18 воздействует напряжение с частотой ы+Ь, а во Бторой - с частотой w-fi. Эти кап- ряжения поочередно детектируются вторым амплитудным детектором 18. При неравенстве амплитуд напряжений на выходе второго амплитудного детектора 18 в два такта работы автоматического переключателя 6 третьим избира

тельным- усилителем 19, настроен шк на частоту переключения автоматического переключателя 6, выделяется и усиливается переменная составляющая выходного напряжения второго амплитудного детектора 18. Выходное напря-f5 ного детектора соединен с выходом

жение этого усилителя 19 после фазо- чувствительного выпрямления вторым фазочувствительным выпрямителем 20 воздействует на управляющий вход аттенюатора 5, изменяя его коэффициент передачи. Направление изменения и закон регулирования выбираются таким образом, чтобы обеспечить необходимое равенство амплитуд напряжений на выходе автоматического переключателя бив оба такта работы последнего при любых изменениях частоты высокочастотного генератора 1.

Ф.ормула изобретения

Устройство для измерения частоты настройки резонансного датчика, содержащее генераторы высокой и низкой частоть, делитель частоты, вход кото рого соединен с выходом низкочастотного генератора, частотомер, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора, последовательно соединенные первый избирательный усилитель, первый амплитудньш детектор, второй избирательный ус1шитель и первый фазочувствительный вьшряьштель управляющий вход которого подключен к выходу делителя частоты, о т л и

Составитель Н.Михалев Техред Л. Олийнык

КорректорА.З

Тираж 730Подписное

ВНИИГШ Государственного кol raтeтa СССР

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

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

чающееся тем, что, с целью повьшения точности, введены первый и второй блоки сдвига частоты, первый и второй аттенюаторы, автоматический переключатель, сумматор, балансный смеситель, интегратор, а также последовательно соед 1ненные второй амплитудный детектор, третий избирательный усилитель и второй фазо- 1-гувствительный выпрямитель, управляющий вход которого-соединен-с выходом делителя частоты, а выход подключен к управляющему входу первого аттенюатора, при этом вход второго амплитуд0

5

0

5

0

автоматического переключателя, причем выход высокочастотного генератора подключ-ен через первый блок сдвига частоты к первому входу автоматического переключателя, а через последовательно соединенные второй блок сдвига частоты и первый аттенюатор к второму, входу автоматического переключателя, управляющие входы первого и второго блоков сдвига частоты соединены с выходом низкочастотного генератора, управляющий вход автоматического переключателя соединен с выходом делителя частоты, а его выход через второй аттенюатор соединен с первы входом сумматора, второй вход сумматора и второй вход балансного смесителя подключены непосредственно к выходу высокочастотного гене- ратора выход балансного смесителя соединен с входом первого избирательного усилителя, выход первого фазо- чувствительного выпрямителя через интегратор подключен к управляющему входу высокочастотного генератора, выход сумматора соединен с входом резонансного датчика, выход которого подключен к входу балансного смесителя .

КорректорА.Зимокосов

Изобретение относится к радио- измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит высокочастотный 1 и низкочастотный 4 генераторы, делитель 7 частоты, резонансный датчик 10, избирательные усилители 12 и 14, амплитудный детектор 13, фазочувстви- тельный вьтрямитель 5 и цифровой частотомер 17. Введение блоков 2 и 3 сдвига частоты, аттенюаторов 5 и 8, автоматического переключателя 6, сумматора 9, балансного смесителя 11, интегратора 6, амплитудного детектора 18, избирательного усилителя 19 и фазочувствительного выпрямителя 20 позволяет измерять частоту гарЛони- ческих колебаний высокочастотного ге- ,нератора I и исключить влияние нелинейности регулировочной характеристики его управляемого элемента. Кроме того, достигается однозначная зависимость частоты настройки резонансного датчика 10 от контролируемого параметра, а в спектре возбуждающих резонансный датчик 10 колебаний уменьшается уровень шумов и помех. 1 ил... САЭ СП СО 00