Цифровой автоматический мост Советский патент 1981 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть применено для измерения составляющих комплексного сопротивления. Известны цифровые автоматические мосты, содержащие мостовую схе, генератор питания, реверсивный счетчик блок управления, усилитель, детектор равновесия, уравновешивание которых выполняется по фазочувствительному принципу t. А Недостатком данных устройств является то, что они имеют неустойчивость отсчета из-за нестабильности чувстви тельностей мостовой схемы и усилителя. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой автоматический мост, содержгиций генератор, мостовую схему, избирател ный усилитель, детектор, реверсивный счетчик, модулятор, блок управления, триггер реверса, цифровой отсчетный блок, фазочувствительный детектор, два ключа и три элемента, в котором уравновешивание мостовой схемы вдали от точки равновесия осуществляется по фазочувствительному принципу, а вблизи равновесия - по экстремальномодуляционному принципу {,2 , Недостатком этого моста является то, что он имеет сравнительно низкую надежность и устойчивость системы уравновешивания в связи с влиянием фазовых искажений, возникающих в тракте усиления сигнала неравновесия на нормальное функционирование фазочувствительного детектора. Цель изобретения - повыиюние надежности путем увеличения помехоустойчивости системы уравновешивания цифрового автоматического моста. Для достижения этой цели цифровой автоматический мост, содержащий последовательно соединенные генератор питания, мостовую схему, усилитель, детектор, два ключа, .первые входы которых соединены с первым выходом блока управления, триггер знака, выход которого как через модулятор,так и через реверсивный счетчик подключен к мостовой схеме, выход реверсивного счетчика соединен также со входом блока цифровой индикации, фазочувствительный детектор, первый вход которого соединен с выходом генератора питания, а второй вход - с вы-« .ходом усилителя, элемент ИЛИ-НЕ, снабжен вторым элементом ИЛИ-НЕ,триггером переключения, переключателем избирательности, элементом ИЛИ,шестью элементами И, причем входы первого Элемента ИЛИ-НЕ соединены с выходами ключей., а входы второго элемента ИЛИНЕ - с выходами первого и второго элементов И, соответственно соединенными с первыми входамитретьего и четвертого элементов И, выходы которых соединены с соответствующими установочными входами триггера знака, а вторые входы соединены со вторым входом пятого элемента И и инверсным выходом триггера переключения, нуле вой вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, а единичный - с выходом второго эле мента ИЛИ-НЕ прямой выход триггера переключения через переключатель избирательности подключен ко второму входу усилителя, а также соединен с первым входом шестого элемента И, вто рой вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а выход со входом модулятора, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом пятого элемента И, второй вход подключен к выходу второго ключа, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика первые входы первого, второго и пятого элементов И соединены с первым вы ходом блока управления, вторые входы первого и второго элементов И соответственно соединены с первым и вторым выходами фаэочувствительного детектора, выход nej:|BOto ключа подключен к счетному входу триггера знака, а второй вход - ко второму входу вто рого ключа и к выходу детектора, .На фиг . 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - зависимость модуля выходного напряжения мостовой схемы от регулируемого параметрапри разньлх коэффициентах усиления (степе ни избирательности) усилителя. Устройство содержит генератор 1 питания, мостовую схему 2, усилитель 3, детектор 4, блок 5 управления, мо дулятор 6, реверсивный с етчик 7, блок 8 цифровой индикации, триггер 9 знака, фазо увствительный детектор 10, элементы И 11 - 16, элементы ИЛИ НЕ 17,18, триггер 19 переключения, ключи 20,21, переключатель 22 избира тельности и элемент ИЛИ 23. Принцип работы устройства заключается в следующем. Сенератор 1 питает мостовую схему 2.Напряжения неравновесия мостовой поступают.на вход усилителя 3. Выхвдной сигнал усилителя 3 одновременно подается на входы фазочувствительного детектора 10 и амплитудного детектора 4. Вблизи точки равновесия из-за низкого уровня сигнала неравно весия фазочувствителынйй детектор 10 не срабатывает, и на его выходах сиг налы отсутствуют. При этом тактовые импульсы от блока 5 управления не проходят через элементы И 11 и 12. На выходе элемента ИЛИ-НЕ 17 имеется единичный сигнал. Триггер 19 переключения является триггером S - типа, который при одновременно единичных сигналах-на обоих выходах принимает только единичное состояние. Поэтому при отсутствии сигналов на выходе фазочувствительного детектора 10, вне зависимости от выходного сигнала элемента ИЛИ-НЕ 18, триггер 19 переключения принимает единичное состояние. При этом элементы И 13 - 15 запираются а элемент И 16 отпирается, переключатель 22 избирательности повышает избирательность усилителя 3. Модулятор 6 через открытый элемент И 16 принимает тактовые импульсы блока 5 управления и производит периодические изменения регулируемого элемента мостовой схемы 2 на один шаг. Направ-. ление модуляционных изменений и счета реверсивного счетчика 7 определяется состоянием триггера 9 знака. Модулированные напряжения неравновесия через усилитель 3 подаются на вход детектора 4. Выделенная детектором 4 огибающая подается в качестве управляющего сигнала на входы ключей 20 и 21. При положительной полярности модуляционных импульсов на выходе детектора 4 отпирается ключ 21, через который тактовые импульсы блока 5 управления поступают на счетный вход триггера 9 знака и опрокидывают его. При отрицательной же полярности модуляционных импульсов, отпирается ключ 20, и тактовые импульсы, проходя через него и элемент ИЛИ-НЕ 18, поступает на вход реверсивного счетчика 7, который осуществляет уравновешивание мостовой схемы. Вдали от точки равновесия, где уровень сигнала неравновесия выше U (фиг. 2), на выходе детектора, модуляционные импульсы отсутствуют. При этом, так как на одном из выходов фазочувствительного детектора имеется единичный сигнал, триггер переключения переходит в нулевое состояние, переключатель избирательности срабатывает, и усилитель 3 становится не избирательным. Выходной сигнал фазочувствительного детектора при появлении тактовых импульсов через элементы И 14 и 15 поступает на соответствующий вход триггера 9 знака. Реверсивный счетчик 7, с поступлением через элементы РС13 и ИЛИ 23 тактовых им- пульсов, производит уравновешивание мостовой схемы. При уменьшении амплитуды напряжения.неравновесия до уровня порога чувствительности U,- (фиг. 2) фазочувствительного детектора 10 на обоих вы/содах его имеется нулевой сигнал, при котором триггер переклгочения опрокидывается, и далее уравновеши ние ведется по экстремальному модуляционному принципу. При равновесии моста на выходе де .тектора 4 импульсы отрицательной полярности отсутствуют, состояние реве сивного счетчика не меняется, и по блоку цифровой индикации снимается счет. При значительном уровне неравновесия, когда необходимы сигналы фаэочувствительного детектора, усилитель 3 становится не избира тельным, чтобы фазовые искажения сиг нала, присущие избирательным усилите лям, не нарушали нормальное функционирование фазочувствительного детектора. При слабом же сигнале неравновесия, по сигналу триггера переключения, усилитель 3 становится избирательным, он повышает помехоустойчивость систем уравно вешивания, и далее используются сигналы экстремум-детекто а. Введение триггера переключения в схему устройства исключает автоколебательный режим переключения фазочув ствительного детектора, который мог бы иметь место в точках в (в ) и с (с ) (см. фиг. 2). При уменьшении вы ходного сигнала усилителя 3 до уровня Uo (фиг. 2) на выходах фазочувствительного детектора сигналы прекращаются, триггер 19 переключения опро кидывается, и срабатывает переключатель избирательности. При этом, изза изменения коэффициента усиления, уровень выходного сигнала усилителя 3 повышается от точки в(в ) до точки с(с ), т.е. превышает уровень порого вого напряжения JJo фазочувствитеяьного детектора. Это вызывает повторное включение фазочувствительного де тектора. Однако триггер переключения при этом не возвращается в предцдущее состояние, и далее уравновешивание ведется по сигналу экстремум-детектора. Обратный переход триггера переключения может происходить тбль.ко при превышении уровня выходного напряжения усилителя Цц, т.е. в точках а и а (фиг. 2), когда происходит срезание модуляции, после .чего переключателе избирательности срабатывает переход от точки а (а ) к точке б{б), и далее уравновешивание ведется по сиг- , 1}алам фазочувствительного деIreKTODa. Техническая эффективность изобре|ТенИ Я заключается в том, что с его применением повышается устойчиврЬть, и надежность при сохранении точности известных цифровых автоматических мостов следящего уравновешивания. Надежность (коэффициент готовности) системы уравновешивания повышается за счет автоматического изменения избирательности усилителя в зависимости от степени разбаланса мостовой схемы, что осуществляется триггером переключения. С его же помощью осуществляется автоматическое переключение .детекторов равновесия, что исключает их автоколебательный режим и повЕЛшает устойчивость системы уравновешиванияФормула изобретения Цифровой автоматический мост, сог. держащий последовательно соединенные генератор питания, мостовую схему, усилитель, детектор, два ключа, первые входы которых соединены с первым выходом блока управления, триггер знака, выход которого как через модулятор, так и через реверсивный счет- чик подключен к мостовой схеме, выход реверсивного счетч}1ка .соединен также со входом блока цифровой индикации , фазочувствительный детектор, первый вход которого соединен с выходом генератора питания, а второй вход - с выходом усилителя, элемент ИЛИ-НЕ, отличающийся тем, что, с целью повышения его надежности путем увеличения помехоустойчивости системы уравновешивания, -он снабжен вторым элементом ИЛИ-НЁ, триггером переключения, -переключателем избирательности, элементом ИЛИ, шестью элеменTciMH И, причем входы первого элемента ИЛИ-НЕ соединены с выходами ключей, а входы второго элемента ИЛИ-НЕс выходами первого и второго элементов И, соответственно соединенными с первыми входами третьего, четвертого элементов И, выходы которых соединены с соответствующими установочными входами триггера знака, -а вторые входы соединены со вторым входом пятого элемента И и инверсным выходом триггера переключения, нулевой вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, а единичный вход - с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, прямой выход триггера переключения через переключатель избирательности.подключен ко второму входу усилителя, и также соединен с первым входом шестого элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а выход - со входом модулятора, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом пятого элемента И, второй вход подключен к выходу второго ключа, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика, первые входы первого, второго и пятого элементов И соединены с первым выходом блока управления, вторые входы первого и второго элементов И соответственно соединены с первым и вторым выходами фазочувствительного детектора, выход первого ключа подключен к счетному входу триггера знака, а второй вход - ко второму входу ключа и к выходу детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Кнеллер В.Ю. Автоматическое измерение составляихцих комплексного

сопротивления. М.-Л., Энергия, 1968, с. 266.

2. Авторское свидетельство СССР 561143, кл. G 01 R 17/10, 1976 (прототип).