Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01R19/00 

Г

i Ј

с н

к

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано при контроле и диагности- ке электронной аппаратуры, а также при измерении электрических сигналов в электрооборудовании без разрыва токопроводящих соединений и нарушения изоляционных покрытий и яв- ляетгя усовершенствованием изобретения по авт.св. № 940077.

I

Цель изобретения - повышение точности измерений, помехозащищенности и пространственной разрешающей способности устройства.

На фиг,1 приведена структурная схема устройства с электромагнитными преобразователями для бесконтактного измерения импульсных напряжений в пр

водниках печатных плат; на фиг.2 + эквивалентная электрическая схема электромагнитных преобразователей.

I

Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов (фиг01) содержит электромагнитный преобразователи 1 и 2, контролирует мые печат-ные проводники 3, усилители 4 и 5, блок 6 перемножения, блок 7 вычитания, измеритель- 8 отношений,

блок 9 индикации, трубчатый электростатический экран 10 с открытым тор цом, корпус 11. Кроме того, на фиг.1 показаны печатные проводники 3 и печатная плата 12, а также Г0 - рас- . стояние между плоскостями электромагнитных преобразователей 1 и 2; rt(F2) - расстояние между поверхностью печатного проводника 3 и электромагнитным преобразователем 1 (2); ) -, ; напряжение на выходе элактромагнитнЬ- го преобразователя 1 (2)j ) - Напряжение на выходе усилителя 5 (4); Uev-i (U ьц) - напряжение на первом (втором) входе измерителя 8 отношений; Uftwx- напряжение на выходе измерителя 8 отношений.

Электромагнитные преобразователи 1 и 2 соединены соответственно с усилителями 5 и 4. Первый и второй входы измерителя 8 отношений соединены соответственно с выходом блока 7 вычитания, а выход - с входом блока 9 индикации. Первый вход блока 6 перемножения соединен с выходом усилителя 4 и первым входом блока 7 вычитания. Второй вход блока 7 вычитания соединен с вторым входом блока 6 пеQ

5

0

5

30

15

40

45

50

55

ремножения и выходом усилителя 5. Электромагнитный преобразователь 1 выполнен в виде металлической тайбы, окружающей трубчатый экран 10 со стороны открытого торца и с наружным диаметром, ограниченным шириной контролируемых печатных проводников 3. Электромагнитный преобразователь 2 выполнен в виде металлического диска, плоскость которого удалена на заданное расстояние от плоскости электромагнитного преобразователя 1 и углублена в трубчатый экран 10.

Площади поверхностей преобразователей 1 и 2 должны быть равны, так как в этом случае оптимизируются параметры устройства для бесконтактного измерения электрических сигналов - достигается полная независимость выходного сигнала от расстояний 1Г1 и Г2 между проводником 3 с измеряемым сигналом и электромагнитными преобразователями I и 2.

Эквивалентная электрическая схема электромагнитных преобразователей (фиг.2) содержит электромагнитные пре- о бразователи I и 2, проводник 3 печатной платы 12.

На фиг.2 показаны также С1(С1) емкость между электромагнитным преобразователем 1 (2) и проводником 3 .печатной платы 12; Сп- паразитная емкость между электромагнитными преобразователями 1 и 2 при отсутствии экрана 10; IIх - напряжение на контролируемом проводнике 3 печатной платы 12; Z вХ1(Я в) - параметры входа усилителя 5 (4).

Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов работает следующим образом.

Для измерения электрического сигнала, например, импульсного напряжения Uх в проводнике 3 печатной платы 12 электромагнитный преобразователь 1 подносят к проводнику и устанавливают на некотором расстоянии Г, от н.его,, Поскольку электромагнитный преобразователь 2 соединен с первым на расстоянии Г0, то расстояние от проводника 3 до электромагнитного преобразователя 2 равно Г Гп +Г0.

Импульсный сигнал U r исследуемого печатного проводника 3 через емкости связи С, и Сг, образованные электромагнитными преобразователями I и 2 и печатным проводником 3 соответственно, поступает на вход усилителей 5 и

4 соответственно. В связи с тем, что методу электромагнитными преобразователями 1 и 2 введен экран 10, то паразитная емкость Сп между ними (фиг.2) равна нулю.

Продифференцированный сигнал усиливается одинаковыми линейными усилителями 5 и 4 с коэффициентом усиления К и становится на их выходах со- ответственно равным

U. KIL

ЙК

+z.

ВХ1

Z,

1

jtoC,

Z

-ТТЛ z

- ки яTS- ;

zext+zi

z -jwcr

где Jы - произведение мнимой единицы на круговую частоту.

Сигнал TJ1 поступает на первые входы блоков вычитания 7 и перемножения 6, а с их выходов - на измеритель 8 отношений. Одновременно сигнал 11г поступает соответственно на вторые входы блоков перемножения 6 и вычи- тания 7 и аналогичным образом на измеритель 8 отношений При этом на первом входе измерителя 8 отношений . сигнал равен

и - и и - Ип Z§ uexi utut - к их Ту-+7 ТГ7-+т Т

/1вХ +

Для упрощения считаем, что Z BJC1 Zexi Z8)f, а на втором входе

и«-и, KU ZJ-1 -}

z,+ z4 zex+ zf

Выходной сигнал измерителя 8 отношений, поступающий на блок 9 индикации, равен

rV- z и, / 2 вИ-zriTz

fi -ь- и«а ,1 | 50

KUxze Vs-Ту - -лЯ /j 8.+Лг Л /

1

1

xz-z, KlJ z xT7j«5c7 T7jw5e

KUxZMJa)2l2l .

ct-c,

Значения емкостей С,, С2 определяются выражениями

ЈЈ.st . с, J,-- ,

с,

ЈЈ„В

Ј.. г Г,

где В, и St - площади поверхностей

электромагнитных преобразователей 1 и 2 соответственно ; Ј - диэлектрическая проницаемость среды между печатным проводником 3 и электромагнитными преобразователями I и и 2}

Ве- диэлектрическая постоянная.

Выражение для выходного сигнала И . . после подстановки выражений для

В fcflf

емкостей С, и Сг равно

30

25 U8MX KUxZBxJwЈf,

SfSj

Г, (Sj-S,)- r0S,

0

5

°

5

5

При равенстве площадей S, S5 S получаем выражение выходного сигнала .измерителя 8 отношений, поступающего на блок 9 индикации, которое оказывается пропорциональным измеряемому напряжению

Uaklx KUxZexJu, ЦЈ

1 о

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов по авт.св, № 940077, отлич ающе- е с я тем, что, с целью повышения Точности измерений, помехозащищенности и пространственной разрешающей способности устройства, в него введены трубчатый электростатический экран с открытым торцом, первый электромагнитный преобразователь, выполнен в виде металлической шайбы, окружающей трубчатый экран и комп ланарный открытому торцу трубчатого экрана, второй электромагнитный преобразователь выполнен в виде металлического диска, плоскость которого не совпадает с плоскостью первого электромагнитного преобразователя , и размещен внутри трубчатого электростатического экрана.

л

ПП ГЛ

ILJ

LUU:

J

sirs-п

гп }

х

х

I

вх 1

6x2

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при контроле и диагностике электронной аппаратуры, а также при измерении электрических сигналов в электрооборудовании без разрыва токопроводящих соединений и нарушения изоляционных покрытий. Целью изобретения является повышение пространственной разрешающей способности устройства, помехозащищенности и точности измерений. В устройстве электрические сигналы электромагнитных преобразователей 1 и 2 усиливаются усилителями 4 и 5 и обрабатываются блоком 6 перемножения, блок 7 вычитания, измерителем 8 отношений по алгоритму, приведенному в описании. Результат измерений выводится на устройство 9 индикации. Цель достигается за счет трубчатого электростатического экрана 10 с открытым торцом и выполнения электромагнитных преобразователей 1 и 2 в виде металлических шайб равной площади, а также за счет исключения взаимной связи между электромагнитными преобразователями и уменьшения влияния сигналов от соседних проводников. 2 ил.

Фиг.2