Способ индикации резонансной частоты измерительной цепи Советский патент 1989 года по МПК G01R23/07 G01R27/28 

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для индикации резонансной частоты при контроле высококачественньгх датчиков.

Цель изобретения - повышение точности индикации резонансной частоты.

На чертеже показана структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа,

Высокочастотньй сигнал резонансной частоты перемножают с, сигналом низкой частоты, значение которой выбирают равной полуширине резонансной кривой между точками максимальной крутизны этой кривой,

Из перемноженных сигналов вьщеля- ют гармонические сигналы суммарной и разностной частот и суммируют вьще- ленные сигналы. Прошедший через резонансную цепь суммарный сигнал перемножают поочередно с гармоническими сигналами суммарной и разностной частот.

Выделяют гармонические сигналы с удвоенным значением резонансной частоты.

Амплитуды вьщеленных сигналов уравнивают изменением реактивного параметра резонансной пепи.

Отлитие предложенного способа от известных заключается в последовательности выполнения пести новых операций с сигналами, в результате которых повьпчается точность измерения реактивных параметров датчиков и их малых изменений.

Сущность способа заключается в след Т11цем.

ел

о

bi со j

N5

Пысокочастотньп сигнал ре-юнлнс- ной частоты U,(t) (b),+t + 4 i) перемножают с сигналом низкой частоты U,Ct) - (:2t +tfz). Значение низкой частоты Q выбирают равнмм половине полосы пропускания ДЫ резонансной кривой на уровне, соответствующем точкам макс1тмальной крутиз- Hi-i резонансной кривой измерительной

цепи,

. е. а Л О / 2 .

В результате перемножения формируется амплитудно-модулировапное колебание с подавленным сигналом несущей на резонансной частоте видо|5

,-n)tU3(t) -| U,U,,cos (СО,-Ир, -LP, и- cos(co,+ n)t +Ч .- -Ч 2Ъ

где S( - крутизна преобразования,

Составляю1чая разностной частоты Q., CO| - С2. представляет собой сигнал нижней боковой частоты резонанс- ной кривой, а составляющая суммарной частоты tO СО, + О. - сигнал .верхней боковой частоты,

Из двухчастотного сигнала Uj(t) выделяют раздельно гармонические сиг- налы разностной и с тчмарной частот

U,(t)-|- K,U,,,U,cos(Wjt+(f,,);

Uc(t)-2- .U costo t+Q ,+g ,-q 4),

где К и К - коэффициенты Лильтрации на частотах соответственно Ci) и COj ;

-Рз, Lf 4 дополнительные фазовые ,сдвиги, вносимые при

фильтрации.

Суммируют выделенные сигналы Uq.(t) и Uf(t-), образуя вновь двухчастотный сигнал нижней и верхней боковых частот вида

и

,(t)- -|ku,U,K,cos(W,t+lf5) - + K,,cosCU,t Lfg ),

гдвСр., q ,-Cf,

Ч б - фазовые сдвиги, вносимые после cy tмиpoвaния колебаний U4(t--) и UgCt),

Возбу7 сдают измерительную непь, содержа1чую последовательно соедипин- ные емкость С и индуктивность L одповременно сигналами двух боковых частот, С игналы Н1тжней и верхней частот проходят через цепь с некоторьп . ос- -Пл.Пгтением относительно уровня ослабления па резонансной частоте Юо

р-1 1 / ., образуя колебания вида

U,(t) -|- U,,,,K,cos(u,t: + + С| 5 + tfr)+K,(CO,t: + lpg +фд) ,

где К

К,

и К

К с

.

коэффициенты ослабления сиг 1алоп бо- тсорых частот СО., и СО, соотво1-стве 1но;

Кр - коэфЛицие11т передачи 1гзмери- тельной цепи на резонансно частоте СОо «, ;

Q 0),, /UCJ- эквивалентная добротность цегти;

0).;

СО

со.

iJJi(.6 Ш,

п и А , Г-

OJn2iСъ

от

носительные расстройки цепи;

ilf.j arctgQ Т, и Cpj arctg фазовые сдвиги, вносимые расстроенной относительно резонанса цепью,

Про1 1ед1чий через резонансную цепь сигнал I(t) перемножают поочередно с гармоническими сигналами боковых частот, В результате перемножения сигншга 1)7 (t) с гармоническим сиг- /lanoM 11ц. (t) нижней (разностгто:) часто ы (юрмируется многочастотный сигнал вида

и,(0 -4- Ч к к,, .

(2COit- -2Cpg+Lj,) + ( + 5 б -M ,)+cos(2GJ,t+Cp5-Kp - q)g)j ,

При перемножении сигнала U(t) с гармоническим сигналом UgCt) верхней (с т-шарной) частоты образуется многочастотньш сигнал вида

2

и,,(1:) g .os(2CO,t. ) + K,(2gt + + ,-((J)+cos(2L:,,t ,) .

Выделяют из многочастотных лов Ug(t) и Ug(t) гармонические сигналы с удвоенпьи значением резонансной частоты вида

Jt) ,,K,,t +

+ q, +lf,+C;g+tf,);

u,(t)

, +

5+Ф7+.),

где К коэффициег т (Ьи. глтрацин нл частоте 2),; ср. - фаяовь;й сдвиг, вносимый щт:

фильтрации,

Сравнинамт амплитуд:- lы; eлoIIн Jx сигналов и получают рр.яностяое иапрп- жение

II

-5-- I,

К, ,)

sis.

Г Y Г К К .-J - П

П1. 1

-Jli- Q .r) (1+Q л;)

Урав -11вапт ат-тплитуды срлвнивпсм: п-: сигналов изменением реактивного пл- рамР-тра измс-фительной нсги . R результате измоления ем1сости С или индуктивности L И меняется резонансная частота 1деггиО;, 1 A|LC, а следов.ател1 но, изменяются относительные расст- ройкь цепи Ti , и Л2 „ При равенстве амгтлитуд сравнт Еаемых квадраты расстроек пени станг)В5гтся одинаковыми (л, ) ), и числитель в выражении для разностного плп1тяжения и обра(ается в нуль. Из равенства абсолютных значений относительных расстроек следует, что

.

ЧоU, -И

Wt+QGO,

/ А,1

COj H - Wo/

сОоСО,+ S2o

откуда имеют

С0„

Устройство содержит генератор 1 высокой частоты СО , нервь й перемножит ель 2 балансный модулятор , генератор 3 низкой частоты, полосовые фильтры и 5 разностной и суммарной частот, сут- матор 6. первый автоматический переключатель 7, л.елитель 8 частоты, последовательно соединенные индуктивность 9 и емкостной датчик 0, образующие измеритгльнут)

цепь, варихон 11, первг п ; резистор

063726

оггерацион}1ый усилитель 13, второй ре-; пистор 14,второй перемножитель 15 (балансный смеситель) избирательный g усиаитель 16 на удвоенную ре- чоирнсиую частоту, амплитудный детектор 17, второй автоматический переключатель 18, третий резистор 19, первый конденсатор 20, 10 четвертый резистор 21, второй конденсатор 22, дифференциальный усилитель 23 и индикатор 2А,

-

;)

-: 1

35

,

Устройство работает следующим разом,

В результате перемножения сипга- лоп генераторов I и 3 в балансном модуляторе формируются колебания разностной и суммарной частот, кото90 разделяются фильтрами 4 и 5 и соединяются вновь в один сигнал сумматором 6. CiT iMapHMe колебания возбуждают носледовательную речонанс;; то измерительную- цепь 9 и 10 на двух

2 боковых частотах. Усилителем 13, входное сопротивление которого благодаря параллельной отрицательной обратной связи через резисторы 12 и 14 близко к нулю, преобразует двух30 частотный ток резонансной цени в пропорциональное напряжение. Это напря- же1тие перемножаете. в балансном смесителе 15 поочередно с сигналами боковых частот, подаваем1)1х через первый автоматический переключатель 7, Из результирующего сигнала избирательным усилителем 16 вьщеляются и усиливаются пакеты напряжений с удвоенной частотой генератора 1 дли4Q тельностью, равной полупериоду управляющего напряжения переключателя 7. Период коммутации переключателя 7 задается делителем 8 частоты и выбирается в 10-20 раз больше пе45 риода низкочастотного сигнала генератора 3. Усиленные пакеты напряжений удвоенной частоты поочередно выпрямляются одним детектором 17 и разделяются вторым авто-

50 Матическ1тм переключателем 18, работа- юигим синхронно с переключателем 7, Выпрямленные напряжения сглаживают- :я усредняющими цепочками 19,20 и 21,22 и поступают на диф(})еренциаль55 Ч1 1й усил- тель 23. Усиле1П1ое разностное напряжение с выхода усилителя 23 изменяет емкость варикапа 11 в нан- рлвлеь-ии сближения резонансной частоты цепи 9 и 10 с частотой генератора 1. Напряжение стптипма следящей системы резонансной цепи индицируется и регистрируется самопишущим при - бором 2А,

Благодаря индикации резонансной частоты обеспечивается попышение точности измерения относительных отклонений емкости накладочных датчиков с начальной емкостью 1-30 пФ п предо- лах 10 - 10 с погрешностью не бо- jfee 0,5-1% на частотах 5-10 МГц. Формула изобрете)1ия

Способ }щдикаци1 резонанс-ной частоты измерительно цени, основанный на формировании иснытательного сигнала в виде суммы двух составляющих частоты которых смешены относител1 но резонансной частоты измерительно цепи На вели чину половины ее гюлось процускания, возбуждетши иснытатель- ным сигналом измерительной цени, выделении из ее выходного сигнала двух колебаний и сравнении амплитуд этих колебаний, отличаю щ и и с я тем, что, с целью повышения точнос

ти шдикации, Лорм 1руют амнлитудно- модули1 )оваиное колебание с моду.пирую- I lefi частотой, равной половине полосы пропускания измерительно цепи, выделяют 1з него колебания суммарной и разностной частот, примыкающих к резонансной частоте измерительной цепи, i и из форм 1руют испытатвльный сигна:г п суммы колебаний О ммар- иой и разностной частот, которь М воз- бгокдают измерительную цепь, затем выходной сигнал измерительной цепи неремноА-ают с составляющей испытательного сигнала суммарно частот ( выдоля от из результиру 0 Г1его сигна.па колеба1 ие с удвоенной резонанс юй пстотой, а затем выходной сигнал измерительной 1еци перемножают с составляющего испытательного сигнала раз- носч ной частот) и выделяют из резуль- - тирую1цего сигнала колебание с удвоенной резонансной частотой, после чего a ПJlитyды обоих колебаний сравн - вают нл удвоенной резонансной частоте и индиц ру от резонанс1 ую частоту при равенстве сравниваемых амплитуд.

Изобретение относится к технике измерений и позволяет повысить точность индикации резонансной частоты. Согласно способу высокочастотный сигнал (С) резонансной частоты перемножают с С низкой частоты, значение которой выбирают равной полуширине резонансной кривой между точками максимальной крутизны этой кривой. Затем выделяют из перемноженных сигналов гармонические С суммарной и разностной частот и суммируют выделенные сигналы. Прошедший через резонансную цепь суммарный С перемножают поочередно с гармоническими С суммарной и разностной частот. Гармонические С с удвоенным значением резонансной частоты выделяют, а амплитуды выделенных С уравнивают изменением реактивного параметра резонансной цепи. 1 ил.

ни

.Составитель Л«Муранов 1 едактор Л Козориз Техред И.лоданичКорректор В.КаОац 1Й

Заказ 5Д31/47

Тираж 714

В11ИШ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКПТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Ра паская наб., д. 4/5

Подписное