Устройство для измерения собственной частоты резонансной системы Советский патент 1990 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к игмери- тельной технике и может быть использовано в устройствах определения па- Р метров резонансных систем.

Цель изобретения - повышение точ- Цости измерения.

На фиг,1 показана структурная электрическая схема устройства; на - временная диаграмма его работы.

Устройство содержит последова- трльно соединенные генератор 1 меанд- Pf, формирователь 2 треугольных им- п льсов, элемент 3 выборки-хранения, управляемый генератор 45 выход кото- рфго подсоединен к первой входной к4емме устройства и к первому входу 6jjroKa 5 измерения, к второй входной клемме устройства подсоединены после- дсрвательно соединенные амплитудный детектор 6, усилитель 7 и пиковый

детектор 8S вход которого подсоединен к первому входу компаратора 9, а выход компаратора подсоединен к установочному входу RS-триггера 10, выход усилителя 7 - к второму входу компаратора 9, выход RS-триггера 10 подключен к входу первой линии 1I задержки, к первбму входу элемента И 12 и к управляющему входу элемента 3 выборки-хранения. Выход генератора меандра подключен к второму входу элемента И 12, выход которого соединен непосредственно с V-входом записи регистра сдвига 13, а через вторую линию 14 задержки - с тактовым Т-входом. К ингЬормашгошп:1м входам регистра сдвига подключены выходные разряды счетчика 15, являющиеся информационными выходами блока 5 измерения, к входу сброса 15 счетчика, являющемуся вторым входом блока

(и.А

измерения, через первый дифференциатор 16 подключен выход второй линии 14 задержки. Выходные разряды регистра 13 сдвига подключены к соответ- ствующим входам индикатора 17. Выход первой линии 11 задержки подключен к входу запуска .одновибратора 18, который является третьим входом блока измерения, выход одновибратора 18

подключен к управляющему входу ключа 19, являющемуся синхронизирующим выходом блока измерения,который через второй диЛференииатор 20 подключен к входам сброса RS-т.риггера и пи- кового дете ктора 8, причем выход ключа 19 подключен к счетному входу счетчика 15. Счетчик 15, одновибра- тор 18 и ключ 19 образуют блок 5 измерения .

Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора 1 меандра прямоугольные импульсы со скважностью Q 2 (фиг.2а) поступают на вход формирователя 2 треугольных импульсов, преобразующего прямоугольные импульсы в симметричные треугольные (фиг.26). Линейно изменяющийся сигнал поступает на аналоговый вход элемента 3 . выборки-хранения и в режиме выборки передается на вход управляемого генератора 4 (фиг.2в). Выходная частота управляемого генератора 4 является линейной функцией входного напряжения f акк -f(UB (t)); на его выходе возникают высокочастотные колебания, которые подаются на исследуемую резонансную систему; так как на входе управляемо- го генератора воздействует линейно изменяющееся напряжение, на его выходе высокая частота тоже меняется линейным законом, который, воздействуя на исследуемую резонансную систему, . на ее выходе вызывает изменение амплитуды напряжения ВЧ-колебания.Послед ний соответствует закону изменения. АЧХ исследуемой резонансной системы и после детектирования на выходе амп- литудного детектора 6 выделяется огибающая - видеоимпульс (фиг,2г).

Далее видеоимпульс через усилитель 7 поступает на первый вход пикового детектора 8 и на второй вход компаратора 9. Пиковый детектор 8 Лик сирует экстремальное значение видеоимпульса. Компаратор 9 срабатывает при напряжении на выходе усилителя

меньшем, чем экстремальное значеютег, зафиксированное пиковым детектором 8, При этом компаратор 9 изменяет свое состояние и, воздействуя на установочный вход RS-триггера 10,переводит его в единичное состояние (фиг.2д). Далее сигнал высокого уровня с выхода RS-триггера 10 поступает на управляющий вход элемента 3 выборки-хранения и переводит его в режим хранения. С этого момента запоминается мгновенное значение напряжения, поступающего от формирователя треугольных импульсов 2. На выходе элемента 3 выборки-хранения фиксируется это напряжение, которое вызывает фиксацию частоты-на выходе управляемого генератора 4. На выходе RS-триггера 10 передний фронт сигнала с помощью первой линии 11 задержки задерживается на j2-,,3l времени (фиг,2к) и поступает на вход запуска одновибратора 18.

Линия 11 задержки предназначена .. для задержки положительного фронта,, поступающего на ее вход, на время, необходимое для перехода элемента 3 выборки-хранения из режима выборки в режим хранения с целью предотвращения поступления ложных импульсов на счетчик 15. Одновибратор 18 формирует прямоугольный импульс (фиг.2л длительность которого определяет время измерения частоты tM3M. Положительный прямоугольный импульс открывает ключ 19, измеряемая частота поступает на счетный С-вход счетчика 15 и происходит измерение частоты f , После истечения времени измерения tM3A,ioiio4 19 закрывается и на счетчике 15 прекращается прохождение ВЧ-импульсов. К этому времени в счетчике записан код, соответствующий частоте Ј.,. На синхронизирующем выходе блока 5 измерения формируется задний фронт прямоугольного импульса (фиг.2л)9 что вызывает формирование иа выходе второго дифференциатора 20 импульса (фиг.2м ), который сбрасывает пиковый детектор 8 и переводит RS-триггер 10 в нулевое состояние. Низкий уровень на выходе RS-триггера воздействует на .управляющий вход элемента выборки- хранения и переводит его из состояния хранения в состояние выборки. Этим первая половина цикла заканчивается.

Во второй половине цикла, аналогично изложенному, измеряется частота 2 на том же Уровне, что и f1. Разница заключается в том, что нап- , ряжение на выходе формирователя треугольных 2 импульсов линейно изменяется в обратную сторону предыдущего. После завершения измерения частоты fj в счетчике 15 Ликсируется код сум- ю мы двух частот f1 + f. В следующем цикле измерения перед измерением первой частоты с выхода элемента И 12 (фиг.2ж) передний фронт воздействует на вход га и код в

щий сумме f. + f частот, переписывается в регистр 13 сдвига. Далее с выхода элемента И 12 передний фронт задерживается с помощью второй линии 14 задержки на .,., времени (Лиг,2з),

соответствует верхнему пределу измерения собственной частоты, и напряжение UH в точках Л и D (фиг.25)

2 т 8 Т

с абцисеами --- и --- Т соответству- о

ет нижнему пределу измерения.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения собственной частоты резонансной системы, содержащее управляемый генератор,выход которого подключен к первой вход- записи регистра 13 сдви- 15 ной клемме устройства, блок измересчетчике 15, соответствуюь/13-гкоторое необходимо для записи кода

в регистре 13 сдвига, и задержанный передний фронт поступает на тактовый вход регистра 13 сдвига. При этом код, хранившийся в регистре 13 сдвига, сдвигается на один разряд вправо, а счетчик 15 коротким импульсом с выхода первого дифференциатора 16 (фиг.2и) сбрасывается в нуль.Таким образом происходит деление кода на два и код в регистре 13 сдвига соответствует выражению (f7 + f2)/2.

Таким образом, в устройстве производится определение экстремального значения напряжения АЧХ исследуемой резонансной системы, и на уровне, вблизи экстремального значения, измеряются частоты f при увеличении частоты и f при уменьшении частоты, среднее значение которых определяет собственную частоту резонансной системы.

Для выбора оптимального быстродействия целесообразно период цикла измерения Т и крутизну характеристики импульсов треугольной формы (Лиг,2) выбрать .таким образом, чтобы сохранялись условия

Т г

-4

и

-кэм

20

ния, к первому вход.у которого подключен выход управляемого генератора, амплитудный детектор, вход которого подключен к второй входной клгмме устройства, компаратор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены последовательно соединенные генератор меанд25 ра, формирователь треугольных импуль- сйв, и элемент выборки-хранения,первую и вторую линии задержки,элемент И, усилитель, первый и второй дифференциаторы, пиковый детектор, регистр

30 сдвига и RS-триггер, причем выход RS-триггера подключен к входу первой линии задержки, к первому входу элемента И и к управляющему входу элемента выборки-хранения, выход которо35 го подключен к входу управляемого генератора, выход генератора меандра подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен с входом записи регистра сдвига непосредст40 венно и через вторую линию задержки с тактовым входом регистра сдвига, . к информационным входам регистра сдвига подключены информационные выходы блока измерения, к второму

45 входу блока измерения через первый дифференциатор подключен выход второй линии задержки, выходные разряды регистра сдвига подключены к соответствующим входам индикатора, г-мход

50 первой линии задержки подключен к третьему входу блока измерения,синхронизирующий выход которого через второй дифференциатор соединен с входом сброса RS-триггера и входом

временной диапазон измерения собственной частоты; время измерения частоты; временная задержка линии 11 задержки. ение U8 в точках В и С с абсциссами 3/8 Т и 5/8 Т

соответствует верхнему пределу измерения собственной частоты, и напряжение UH в точках Л и D (фиг.25)

2 т 8 Т

)

с абцисеами --- и --- Т соответству- о

ет нижнему пределу измерения.

, ю

20

ния, к первому вход.у которого подключен выход управляемого генератора, амплитудный детектор, вход которого подключен к второй входной клгмме устройства, компаратор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены последовательно соединенные генератор меанд25 ра, формирователь треугольных импуль- сйв, и элемент выборки-хранения,первую и вторую линии задержки,элемент И, усилитель, первый и второй дифференциаторы, пиковый детектор, регистр

30 сдвига и RS-триггер, причем выход RS-триггера подключен к входу первой линии задержки, к первому входу элемента И и к управляющему входу элемента выборки-хранения, выход которо35 го подключен к входу управляемого генератора, выход генератора меандра подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен с входом записи регистра сдвига непосредст40 венно и через вторую линию задержки с тактовым входом регистра сдвига, . к информационным входам регистра сдвига подключены информационные выходы блока измерения, к второму

45 входу блока измерения через первый дифференциатор подключен выход второй линии задержки, выходные разряды регистра сдвига подключены к соответствующим входам индикатора, г-мход

50 первой линии задержки подключен к третьему входу блока измерения,синхронизирующий выход которого через второй дифференциатор соединен с входом сброса RS-триггера и входом

5 сброса пикового детектора, выход которого через компаратор подключен к установочному входу RS-триггера, выход амплитудного детектора через усилитель соединен с входом пикового детектора и с вторым входом ,. паратора.

2. Устройство по п.отличающееся тем, что блок измерения выполнен в виде одновибратора, счетчика и ключа, вход которого соединен с первым входом блока иэмере- |ния, а выход подключен к счетному входу счетчика,выходные разряды

счетчика соединены с информационными выходами блока измерения, л вход сброса счетчика - с вторым входом блока измерения, третий вход блока измерения соединен с входом запуска одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу ключа и к синхронизирующему выходу блока измерения .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах определения параметров резонансных систем. Целью изобретения является повышение точности измерения. В устройстве производится определение экстремального значения напряжения амплитудно-частотной характеристики исследуемой резонансной системы. Измерение частот производится в точках опорного уровня U оп с измеряемым сигналом U изм. Использование в устройстве генератора меандра, формирователя треугольных импульсов, логического элемента и линии задержек позволяет уменьшить погрешность измерения, обусловленную временными задержками аппаратуры, в частности компаратора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

.-.г-г.