Устройство для измерения и допускового контроля амплитудно- частотных характеристик четырехполюсников Советский патент 1980 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) фильтров, коэффициента передачи на заданных частотах, частот среза фильтров, коэффициента неравномерности в полосе пропускания, коэффициента прямоугольности, коэффициента ослабления в Полосе задерживания. Известен измеритель амплитудночастотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников, который содержит генератор качающейся частоты, дискретный аттенюатор, интергратор в следящей системе отработки измерения амплитуды и фазы сигнала на выходе четырехпоЗпосника запоминающее устройство с прогнозирующей разрядной цепью, импульсны генератор, электронный цифровой переключатель, источник питания, двигатель перестройки генератора качаю щейся частоты и реле 111Недостатком его является низкое быстродействие из-за наличия двигателя в цепях синхронных и фазовых детекторов. Известен также измеритель амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников, который содержит последовательно соединенные ждущий мультивибратор, блок управления, ключ, интегрирующее устройство, компаратор и реверсивный счетчик, а также источник опорного напряжения, генератор опорных импульсов, логарифмическое устройст во и источник опорного напряжения Щ Недостатками измерителя являются низкие точность и быстродействие из-за наличия логарифмирования и детектирования сигнала. Целью изобретения является повышение быстродействия устройствами производительности измерений. Для этого в устройство для измерения и допускового контроля амплитудно-частотных характеристик четыpexпoJПOcникoв, содержащее блок управления, генератор опорных импульсов, цифроуправляемый синтезатор частот, последовательно соединенные ключ, интегрирующее устройство и компаратор, причем выход блока управления соединен с управляющим входом ключа, а первый вход ключа - с выходом источника опорного напряжения, введе.ны второе интегрирующее устройство, второй блок управления, второй ключ, второй компаратор, два формирователя прямоугольных импульсов, блок деления интервалов времени, цифровой блок управления, блок хранения и обiработки информации, блок сравнения и блок ввода и хранения информации, причем выход цифроуправляемого синтезатора частот подключен ко второму входу первого ключа и к входу первого формирователя импульсов, соединенных с одним из входов блока управления, второй вход которого подключен к выходу компаратора, а второй выход блока управления соединен с одним из входов блока деления интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом генератора опорны импульсов, а третий вход блока деления интервалов времени соединен с первым выходом второго блока управления , первый вход которого через второй формирователь Ггрямоугольных импульсов подключен к выходу исследуемого четырехполюсника и ко второму входу второго ключа, первый вход которого соединен с выходом источник /опорного напряжения, а управляющий вход ключа .через второй блок управления подключен к выходу второго компаратора, соединенного с выходом второг .тегрирующего устройств подключены к ключенного к выходу второго ключа,управляющие входы первого и второго инГрирующего устройств подключены к первому и второму выходам цифрового блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом цифрового синтезатора частот, а четвертый выход цифрового блока управления соединен с четвертым входом блока деления интервалов времени,выход которого подключен к одному из входов блока хранения и обработки информации, второй вход последнего соединен с пятым выходом цифрового блока управления, а выход блока хранения и обработки информации подключен к одному из входов блока сравнения , второй вход которого соединен с блоком ввода и хранения информации , вых;од которого связан с блоком хранения и обработки информации.

На фиг.1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - виды сигналов в разных точках устройства.

Устройство содержит цифроуправляемый синтезатор 1 частот (СЧ) , исследуемый четырехполюсник 2, первый ключ 3, первый формирователь 4 прямоугольных импульсов, цифровой блок 5 управления, источник б опорного напряжения, первое интегрирукяцее устройство 7, первый компаратор 8, первый блок 9 управления, блок 10 .деления интервалов времени; второй формирователь 11 прямоугольных импульсов, второй ключ 12, второе интегрирующее устройство 13, второй компаратор 14, второй блок-схему 15 управления, генератор 16 опорных импульсов, блок 17 хранения и обработки информации, блок 18 сравнения блок 19 -входа и хранения информации .

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

По команде с блока 5 управления на выходе синтезатора 1 частот,например серийного прибора 46-31, каждый раз устанавливается синусоидальный сигнал определенной частоты, который поступает на контролируемый объект 2. После установления колебаний на выходе объекта 2 идентичные каналы 20 и 21.-производя преобразование параметров сигналов на входе и выходе объекта 2 в интервале времени. Интервалы времени в виде длительности прямоугольных импульсов (фиг.2 е) поступают на блок 10 деления интервалов времени. В блоке 10 с помощью генератора 16 импуспьсов поступающие в блок прямоугольные импульсы разной длительности преобразуются в пачки импульсов. После этого в блоке 10 происхо дит деление числа импульсов, являющихся результатом преобразования канала 21 на число импульсов,являющихся следствием преобразований в канале 20. Результат деления блока 10 есть коэффициент передачи объекта 2 на данной частоте. Результат деления в виде кода числа поступает в блок 17 и запоминается. После этого блок 5 дает команду на изменение частоты синусоидального сигнала синтезатора частот и далее происходит вышеуказанным образом изменение коэффициента передачи объек

2и на этой частоте, затем процесс каждый раз повторяется.

Рассмотрим работу каналов преобразования на примере канала 20.

Синусоидальный сигнал (фиг.2 а) с СЧ 1 поступает на формирователь 4, на выходе которого образуются соответствуняцие прямоугольные импульсы (фиг.2 в). Эти импульсы поступают на блок 9 управления, который вырабатывает соответствующие коммутирующие импульсы для ключа 3. Ключ

3пропускает на вход интегрирующег устройства 7 то отрицательную полуволну синусоидального напряжения с входа объекта 2 (фиг.2 с) , то опорное постоянное йапряжение с выхода источника б опорного напряжения. Напряжение с ключа поступает на интегрирующее устройство 7, которое представляет собой интегратор с дво Н1Л4 интегрированием.

Выходное напряжение (фиг.2d) интгрирующего устройства поступает на

компаратор 8, который каждый раз срабатывает в тот момент, когда напряжение на вцходе 7 становится равным нулю. Выходной сигнал с компаратора 8 поступает на блок 9 управления. В момент срабатывания сигнал блока управления попадает на ключ 3 который прекращает доступ постоянного напряжения на вход интегрирующег устройства 7. В результате вышеуказанного преобразования на втором выходе блока управления получаются прямоугольные импульсы одинаковой амплитуда с длительностью /it,равной длительности спада импульсов на выходе интегрирующего устройства 7, импульсы поступают в блок деления 1Q (фиг.2 е). Длительность этих импульсов прямо пропорциональна амплитуде синусоидального сигнала, но обратно пропорциональна его частоте и напряжению источника 6 опорного напряжения.

Как видно из работы канала 20 пробразования время одного измерения чуть больше одного полупериода синусоидального сигнала. При изменении частоты синусоидального тестового сигнала (фиг.2 а) принцип действия канала преобразования остается прежним. Для поддержания необходимой чувствительности канала преобразования, а также широкого диапазона по изменению уровня и частоты входного сигнала блок 5 управления для каждого диапазона частот устанавливают путем коммутирования,например, емкостей в цепи обратной связи интегратора определенную постоянную времени интегрирования устройства 7

Принцип действия и работа канала 21 преобразования такие же, как и канала 20 преобразования, с той лишь разницей, что канал 21 преобразует параметры сигнала на выходе контролируемого объекта 2.

Синусоидальный сигнал с выхода объекта 2 поступает на формирователь 11 и ключ 12. Компаратор 14 и блок 15 управления формируют на входе интегрирующего устройства 13 при помощи ключа 12 сигнал такого вида, как показано на фиг.2 с..Следует отметить, что в канале 21 блок 5 управления, также для каждого диапазона частот, устанавливает для интегрирующего устройства 13 свою постоянную времени интегрирования.

В режиме измерения амплитудночастотных характеристик четырехполюсников устройство работает следующим образом. Блок 5 управления в определенной полосе частот-с заданным шагом измерения частоты Опршивает контролируемый объект, в результате опроса в блоке 17 в виде числа запоминается значение частот и соответственные им коэффициенты передачи контролируемого объекта 2.

в режиме допускового контроля АЧХ четырехполюсников устройство работает следующим образом. Перед контролем в блок 19 вводятся значения и допустимый разброс параметров контролируемых четырехполюсников, затем производится контроль коэффициента передачи на заданной частоте. Если коэффициент передачи не в допуске, то блок 18 вьадает команду брак, если в допуске, то блок 5

o получает команду на выполнение следующей операции контроля-определения частоты среза. Это означает,что устройство определяет такую частоту, при которой коэффициент передачи бу5дет на определенное число децибел (например ЗдБ) меньше, чем коэффициент передачи на заданной частоте. Новое значение коэффициента передачи (например, по уровню 3 дБ) вычисляется в блоке 17 путем умноже0ния известного .числа на коэффициент передачи при заданной частоте, это значение вводится в блок 19. Далее блок 5 изменяет частоту выхода синтезатора 1 на определенное значение,

5 соответствующий этому значению коэффициент передачи сравнивается в блоке 18 с ранее вьочисленным, если они не равны, то блок 5 делает следующий шаг изменения частоты на выходе

0 синтезатора 1 частот и т.д., до тех пор, пока коэффициенты передач не будут равны, при этом полученное значение частоты будет являться частотой среза.

5

Покажем, что при описанном выше функционировании -устройства действительно достигается поставленная цель. Как следует из работы устройства, на вход контролируемого объекта(четырехполюскрика) 2 подается синусои0дальный сигнал вида U А sin . тогда на выходе объекта 2 имеетместо сигнал вида И .-n iVt.+ /), где А г амплитуда сигналов ч круговая частота; t - время} Q- фа5зовый сдвиг. Интегрирующее устройство 7 интегрирует напряжение V в течение полупериода отрицательного напряжения U . В результате в конце интегрирования на выходе устройства

0 7 напряжение V с учетом интегриро:вания сигнала определится следующим образом:

Т|2 .,silMW-tdt

5

tasurt д , J.

-г - - (глс. .

С0518)ОУ

А

сов

1 Tiw

Тш

где Т - постоянная времени интегрирования;25

t - период; поскольку CD -у ,то выражение (1) можно записать, как

-Ч(«. W-)

2А.

TCP

.2Ai

Jiили:

гu

Далее на какое-то время t на вход устройства 7 подается постоянное положительное напряжение U|,,которое -В течение этого времени интегрируется. С учетом интегрирования сигнала напряжение Uf, на выходе устройства 7 определяется следующим образом:

I У At. Un--4lUnd Одновременно сигналы Uj и Up на выходе интегрирующего устройства 7 суммируются, и когда эта сумма становится равной нулю, срабатывает компаратор 8, срабатывание которого определяет интервал времени u.t, т.е.

или tu

2A.it: 2Д1 to/Un twUn

Данный интервал времени 4t в виде ширины импульса (фиг.2 е) поступает на блок управления 9, на блок 10 деления интервалов времени.

Подобным же образом в- результате подобного преобразования напряжения и 2 в канале 21 можно показать, что интервал времени itj пряма пропорционален амплитуде напряжения U2 и обратно пропорционален частоте и на пряжению и , т.е. 1,

Этот интервал &tg, в виде прямоугольных импульсов поступает на блок 15 управления, в блок 10 деления интервалов времени.

После деления интервалов времени в блоке 10 получим:

u-ig .UUn . Ag- .L, fikt tyUn 2A M

Это отношение определяет коэффициент передачи объекта 2 на данной частоте. При этом время измерения коэффициента передачи объекта на одной частоте меньше одного периода синусоидального напряжения.

в известных устройствах время измерения коэффициента передачи превышает период синусоидёшьного напряжения более чем в 10 раз. Малое время предлагаемого устройства измерения позволяет резко повысить быстродействие допускового контроля параметров четырехполюсников.

Точность измерения коэффициента передачи- не зависит от нестабильности напряжения на входе синтезатор а 1

частот 1. и постоянных времен интегрирования интегрирующих устройств 7 и 13 и нестабильности источника 6 опорного напряжения. Постоянные времени интегрирования устройств 7 и 13 могут иметь различные значения, что позволяет не предъявлять дополнительных требований на идентичность каналов 20 и 21.

Экспериментальная проверка показала, что при измерении коэффициентов передачи фильтров верхних и нижних частот в диапазоне частот 20 Гц 30 кГц быстродействие устройства на любой из частот не превышает одного периода синусоидального напряжения.

5 Относительная погрешность определения коэффициента передачи составила 0,5%,.

Производительность устройства при контроле параметров фильтров в диапазоне частот от 60 Гц до 30 кГц составляет 600 шт/час.

Формула изобретения

Устройство для измерения и допускового контроля амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников, содержащее блок управления,

Q генератор опорных импульсов, цифроуправляемый синтезатор частот, последовательно соединенные ключ, интегрирующее устройство и компаратор, причем выход блока управления сое- динен с управляющим входом ключа, а первый вход ключа - с выходом источника опорного напряжения, о тличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства и производительности измере0 НИИ, в него введены второе интегрирующее устройство, второй блок управления, второй ключ, второй компаратор, два формирователя прямоугольных импульсов, блок деления интервалов времени, цифровой блок

управления, блок хранения и обработки информации, блок сравнения и блок ввода и хранения информации, выход цифроуправляемого синтезатора тот подключен ко второму входу первого ключа и к входу первого формирователя импульсов, соединенных с одним из входов блока управления, второй вход которого подключен к выходу компаратора, а второй выход блока управления соединен с одним из входов блока деления интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом генератора опорных импульсов, а третий вход блока де0 Ленин интервалов времени соединен

с первым выходом второго блока управления, первый вход которого через формирователи прямоугольных импульсов подключен к выходу иссл.едуемого , 5 четырехполюсника и ко второму входу

второго ключа, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряженич, а управляющий вход ключа через второй блок управления подключен к выходу второго компаратора, соединенного с выходом второго интегрирующего устройства, входом подключенного к выходу второго ключа, причем управляющие входы первого и второго интегрирующего устройства подключены к первому и второму выходам цифрового блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом цифрового синтезатора частот, а четвертый выход цифрового блока управления - с четвертым входом блока деления интервалов времени, выход которого подБрак

ключен к одному из входов блока хранения и обработки информации, второй вход последнего соединен с пятым выходом цифрового блока управления, а выход блока хранения и обработки информации подключен к одному из входов блока сравнения, второй, вход которого соединен с блоком ввода и хранения информации,выход которого связан с блоком хранения и обработки информации.

0

Источники информаци, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 212362, кл.б 01 R 27/28, 1972. 15 2. Авторское свидетельство СССР 476521, кл. G 01 R 27/28, 1975.

А Годен

и

т;

и

и

хЛ ЯЛ

и

uf

31- t

п п п