Измеритель резонансной частоты и добротности контура Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ И ДОБРОТНОСТИ

КОНТУРА

Изооретёние относится к измерительной технике, а именно к области измерения параметров электрических цепей и может быть использовано для измерений резонансной частоты, и добротности колебательных контуров, а также для измерения электрических и незлектрических величин путем вклю чения датчика в колебательный контур и измерения его добротности. Особенно ошрокое применение предлагаемо изобретение может найти в цифровой измерительной технике, так как выход ной сигнал прибора представлен в циф ровой форме. Известен измеритель индуктивности и добротности катушек индуктивности, который содержит генератор на пряжения переменного тока, соединенный через масштабирующий элемент с одним из зажимов, для подключения. объекта измерения, другой зажим, для подключения объекта измерения соединен со входом измерительного операционного усилителя с образцовым элементом в цепи параллельной -обратной связи, а выход измерительного операционного усилителя- через, образцовый конденсатор соединен со входе, опорного операционного- усилителя с образцовым элементом В цепи параллельной обратной связи, три фазовыз( детектора, три фильтра, низкой частоты, три ключа и лагометр (например, цифровой, интегрирующий вольтметр) ll Недостатком известного устройства является то, что при большом отличии измеряемой.добротности, о добротности образцового элемента резко снижается точность измерения, что обусловливает узкий диапазон известного устройства. Наиболее близким .по технической сущности к изобретению является Q-метр, содержащий последовательно соединенные генератор высокочастотных -колебаний, усилитель напряжения, усилитель мощнрсти, усилитель тока. фазовый детектор, второй усилитель тока и отсчетно-регистрирующее устройство, причем к выходу усилителя мощности параллельно подключен исследуемый колебательный контур и конденсатор переменной емкости. Q метр реагирует на изменение активно составляющей сопротивления. Реактив ная составляющая комплексного сопро тивления компенсируется с помощью конденсатора переменной емкости настройкой контура в резонансе 2 Недостатком известного Q метра яйляется низкая точность, обусловле ная большими ошибками, неизбежными при настройке контура в резонанс с помощью подстроечной емкости по стрелочному прибору, снижением чувствительност-и за счет подстроечной емкости, включаемой в контур для настройки его в резонанс. .Цель изобретения - повышение точ ности измерителя. Поставленная цель достигается те что в измеритель, содержащий перестраиваемый генератор и фазовый детектор, введены а.ттенюатор-ограничитель, фазосдвигающая цепь, дополнительный аттенюатор-ограничитель, фильтр нижних частот, компаратор нуля, компаратор уровня, блок опорного напряжения, коммутатор, интегратор, блок управления, частотомер и вычислительное устройство, причем выход перестраиваемого генератора через аттенюатор-ограничитель соеди нен с фазосдвигающей цепью и с входом фазового детектора, другой вход соединен с выходом дополнительного аттенюатора-ограничителя. Выход последнего и выход фазосдвигающей цепи соответственно соединены :с зажимами для подключения исследуемого резонансного контура, а выход фазового детектора через фильтр нижних частот соединен с входами компаратора нуля, компаратора уровня и ком мутатора, выход которого через интегратор соединен с управляющим вх дом перестраиваемого генератора, др гой вход компаратора нуля соединен с нулевой шиной, а другой вход компаратора уровня и другой вход комму татора подключены к выходу блока оп него напряжения, выходы обоих ком- параторов подключены к входам блока управления, выходы которого соединены с управляющим входом коммутато и с входом внешнего запуска частото 74 мера, вход которого соединен с выходом перестраиваемого генератора, а выход соединен с входом вычислительного устройства. На чертеже приведена структурная электрическая схема измерителя резонансной частоты и добротности. Измеритель резонансной частоты и добротности содержит пepecтpaивae SlШ генератор 1, соединенный через атте{1юатор-ограничитель 2 с фазосдвигающей цепью 3 и с фазовым детектором 4, второй вход которого подключен к выходу дополнительного аттенюатораограничителя 5, выход фазового детектора 4 соединен через фильтр 6 нижних частот со входами компаратора 7 нуля, комйаратора 8 уровня, коммутатора 9 , выход которого через интегратор 10 соединен с управляющим входом перестраиваемого генератора 1 , другой вход компаратора 7 нуля соединен с нулевой шиной, другой вход компаратора b уровня и Д1)угой вход коммутатора 9 соединены с выходом блока 1I опорного напряжения, выходы компаратора 7 нуля и компаратора 8 уровня подключены к входам блока 12 управления, выходы которого соединены с управляющим входом коммутатора 9 и с входом внешнего запуска частотомера 13, счетный вход которого подключен к выходу перестраиваемого генератора 1, а выход соединен со входом вычислительного устройства 14, исследуемый резонансныйконтур 15. Измеритель резонансной частоты и .добротности работает следующим образом. Исследуемый резонансный контур 15 включают между выходом фазосдвигающей цепи 3 и входом дополнительного аттенюатора-ограничителя 5, фазосдви гающая цепь 3 производит сдвиг фазы на 90°, обеспечивающий вывод рабочей точки фазового детектора 4 на линейный участок рабочей характеристики. При неравенстве частоты перестраиваемого генератора 1 резонансной частоте исследуемого резонансного контура 15 происходит сдвиг фазы сигнала перестраиваемого генератора 1. Этот сдвиг фазы с помощью фазового детектора 4 и фильтра 6 нижних частот преобразуется в постоянное напряжение, которое через коммутатор 9 и интегратор 10 изменяет частоту в перестраиваемом генераторе 1 таким образом, чтобы она стала равна резонансной частоте исследуемого резонансного ко тура 15. При равенстве частоты перестраиваемого генератора 1 и резонанс ной частоты исследуемого резонансного контура 15 постоянное напряжение на выходе фазового детектора 4 стано вится равным нулю. В этот момент срабатывает компаратор 7 нуля, который через блок 12 управления с помощью коммутатора 9 отсоединяет интегратор 10 от выхода фильтра 6 нижних частот и запускает частотомер 13, на который поступает подстроенная частота перестраиваемого генератора 1, которая равна резонансной час тоте исследуемого резона.нсного контура 15. Значение резонансной частоты с вы хода частотомера 13 вводится в вычислительное устройство 14. При измере нии добротности блок 12 управления подключает к интегратору 10 блок 11 опорного напряжения, значение которо го равно 0,707иф ахДпя определения ифо- лп необходимо закоротить фазосдвигающую цепь 3 и исследуемый резонансный контур 15. Тогда на входах фазового детектора 4 действует максимальный сигнал, а напряжение на выходе фазового детектора 4 есть 1)фо.уу,с,у. При этом частота перестраиваемого генератора 1 уходит от резонанса, вследствие чего появляется сдвиг фаз между сигналами на контуре и на выхо де перестраиваемого генератора 1. Эт сдвиг фаз с помощью фазового детектора 4 и фильтра 6 нижних частот пре образуется в постоянное напряжение, подаваемое на компаратор 8 уровня, где оно сравнивается со значением, равным 0,707 ,j,,y. При равенстве указанных напряжени срабатывает компаратор 8 .уровня и через блок 12 управления отсоединяет с помощью коммутатора 9 блок 11 бпор- кого напряжения от интегратора 10 и запускает частотомер 13, на-счетный вход которого поступает изменяемая частота перестраиваемого генератора 1. С частотомера 13 значение изменяемой частоты перестраиваемого генератора 1 в виде кода вводится в вычислительное устройство 14, которое вычисляет добротность по формуле fo К где f. - резонансная частота исследуемого резонансного контура 15, f. - частота, соответствуюпдая 0,707 (if YYtCty. Q - добротность исследуемого резонансного контура 15. Формула изобретения Измеритель резонансной частоты и добротности контура, -содержащий перестраиваемый генератор и фазовый детектор, . отлича;ющийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены аттенюатор- ограничи- тель, фазосдвигающая цепь, дополнительный аттенюатор-ограничитель, фильтр нижних частот, компаратор ну- ля, компаратор уровня, блок опорного напряжения, коммутатор, интегратор, блок управления, частотомер и вычислительное устройство, причем выход перестраиваемого генератора через аттенюатор-ограничитель соединен со входом фазосдвигающей цепи и с входом фазового детектора, другой вход которого соединен с выходом дополнительного аттенюатора-ограничителя, вход последнего и выход фазосдвигающей цепи,.соответственно соединены с зажимами для подключения исследуемого резонансного контура, а выход фазового- детектора соединен через фильтр нижних частот с входами компаратора нуля, компаратора уровня и коммутатора, выход которого через интегратор соединен с управляннцим входом перестраиваемого Генератора, другой вход-компаратора . нуля подключен к нулевой шине, другой вход компаратора уровня и другой вход коммутатора соединены с выходами блока опорного напряжения, выходы обоих компараторов подключены . к входам блока управления, выходы которого соединены с управлянмцим входом коммутатора и с входом внешнего запуска чаЬтотомера, счетный вход которого соединен с выходом перестраиваемого генератора, а выход - с входом вычислительного устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № d79896, кл. ло R 27/26, 1978. 2.Арш Э.И. Автогенераторные измерения. М., Энергия 4 1976, с.103, рис. 3-14 (прототип).