Автоматический измеритель полных сопротивлений Советский патент 1982 года по МПК G01R27/04 

(5) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОЛНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

I

Изобретение относится к технике радиоизмерений.

Известен автоматический измеритель полных сопротивлений, содержащий последовательно соединенные источник линейно-частотно-модулированного сигнала и смеситель, другой вход которого служит для подключения исследуемого объекта, а также индикатор 1 ,

Однако известный автоматический измеритель не обеспечивает высокую точность.

Цель изобретения - повышение точности .

Поставленная цель достигается тем, что автоматический измеритель полных сопротивлений, содержащий поспедовательно соединенные источник линейно-частотно-модулированного сигнала и смеситель, другой вход которого служит для подключения исследуемого объекта, а также индикатор, введены квадратурный балансный демодулятор, два блока выборки и запоминания, четыре перемножителя, два сумматора, инвертор и последовательно соединенные задающий генератор и фазорасщепитель, при этом каждый из двух выходов смесителя, который выполнен квадратурным, подключены к соответству;ощим входам индикатора через квадратурный балансный демодулятор, синфазный выход фазорасщепителя подключен к первому входу первого блока выборки и запоминания и к первым входам первого и четвертого перемножителей, а квадратурный выход фазорасщепителя подключен к первому входу второго блока выборки и запоминания и к первым входам вто- рого и третьего перемножителей, выход первого блока выборки и запоминания подключен к третьему входу квадратурного балансного демодулятора через последовательно соединенные второй перемножитель, инвертор и первый сумматор и к четвертому входу квадратурного балансного демодулятора через последовательно соединенные четвертый перемножитель и второй сумматор, а выход второго бло ка выборки и запоминания подключен к второму входу первого сумматора через первый перемножитель и к второму входу второго сумматора через третий перемножитель, причем второй выход источника линейно-частотно-модулированного сигнала подключен к вторым входам первого и второго блоков выборки и запоминания, а третий выход источника линейно-частотно-модулированного сигнала соединен с входом задающего генератора. На чертеже приведена структурная схема автоматического измерителя. Автоматический измеритель полных сопротивлений содержит последователь но соединенные источник 1 линейног частотно-модулированного сигнала и смеситель 2, другой вход которого служит для подключения исследуемого объекта 3, а также индикатор ,квадратурный балансный демодулятор 5, два блока 6 и 7 выборки и запоминания, четыре перемножителя 8 - 11, два сумматора 12 и 13, инвертор 14 и последовательно соединенные задающий генератор 15 и фазорасщепитель 16, при этом каждый из двух выходов смесителя 2, который выполнен квадратурным, подключены к соответствующим входам индикатора 4, через квадратурный балансный демодулятор 5, синфазный выход фазорасщепителя 16 подключен к первому входу блока 6 выборки и запоминания и к первым вхо дам перемножителей 8 i 11, а квадратурный выход фазорасщепителя 16 подключен к первому входу блока 7 выбор ки и запоминания и к первым входам перемножителей 9 и 10, выход блока 6 выборки и запоминания подключен к третьему входу квадратурного балансного демодулятора 5 через последовательно соединенные перемножитель 9 инвертор Ц и сумматор 12 и к четвер тому входу квадратурного балансного демодулятора 5 через последовательно соединенные перемножитель 11 и сумматор 13, а выход блока 7 выборки и запоминания подключен к второму входу сумматора 12 через перемножитель 10, причем второй выход источника 1 линейно-частотно-модулированного сигнала подключен к вторым входам блоков 6 и 7 выборки и запоминания, а третий выход источника 1 линейно- частотно-модулированного сигнала соединен с входом задающего генератора 15. Автоматический измеритель работает следующим образом. Квадратурный смеситель 2 выделяет квадратурные сигналы разностной комбинационной составляющей падающего и отраженного от исследуемого объекта 3 сигналов источника 1 линейночастотно-модулированного сигнала, представляющие собой промодулированные по амплитуде и фазе частотной характеристикой комплексного коэффициента отражения исследуемого объекта 3 периодически повторяющиеся (с периодом повторения линейно-частотно-модулированного сигнала) усеченные гармонические колебания. Средняя мгновенная частота усеченных гармо- . нических колебаний пропорциональна скорости изменения частоты линейночастотно-мЬдулированного сигнала источника 1 и расстоянию между квадратурным смесителем 2 и плоскостью отражения сигнала исследуемым объектом 3. Выходные сигналы квадратурного смесителя 2 подаются на квадратурный балансный демодулятор 5, который осуществляет их смещение с опорными квадратурными сигналами,получаемыми на выходах сумматоров 13 и 12, и выделение квадратурных составляющих разностной комбинационной составляющей этих сигналов фазовым способом. Таким образом, выходные сигналы квадратурного балансного демодулятора 5 представляют собой постоянные напряжения действительной и мнимой части комплексного коэффициента отражения исследуеяого объекта 3, промодулированные частотной характеристикой этого коэффициента отражения, с плоскостью отсчета фазы, совмещенной с плоскостью отражения линейно-частотно-модулированного си1- нала исследуемым объектом 3 которые подаются затем на индикатор 4 с полярной системой координат, Опорные квадратурные сигналы на выходах сумматоров 12 и 13 формируются из СИ1- нала задающего генератора 15, частота которого предварительно устанавливается равной средней мгновенной частоте усеченных гармонических колебаний на выходах квадратурного смесителя 2, задавая тем самым плоскость отсчета фазы полных сопротив590лений исследуемого объекта 3. Фазорасщепитель 16, перемножители 8 11, блоки 6 и 7 выборки и запоминания, сумматоры 12 и 13 и инвертор 1 со своими связями представляет собой автоматический фазовращатель, реализующий известные тригонометрические уравнения: S i п {ci-- ) 5 i noL-coslb-cosci-S i nfi, cos ((i-P)cosoL-cos|b+s ind-sinft. Фазорасщепитель 16 формирует из гармонического сигнала задающего генератора 15 сдвинутые в квадратуре гармонические сигналы, которые затем подаются на первые входы соответствующих перемножителей 8-11, реализуя сомножители тригонометрических уравнений с углом dL. Квадратурные гармонические сигналы фазорасщепителя 16 подаются также на первые входы соответствующих блоков 6 и 7 выборки и запоминания, которые в момент прихода импульсов обратного хода развертки линейно-частотно-модулированного сигнала с второго выхода источника 1 запоминают потенциалы квад ратурных гармонических сигналов фазорасщепителя 16 и сохраняют на своИХ выходах до прихода следующего импульса. Потенциалы на выходах блоков 6 и 7 выборки и запоминания пропорциональны синусу и косинусу угла гар монического колебания, имеющего место в моменты окончания импульсов обратного хода развертки частоты источ ника 1. Эти потенциалы реализуют сом ножители тригонометрических уравнений с углом (Ь . В результате на выходах сумматоров 12 и 13 получаются пе риодически повторяющиеся с периодом линейно-частотно-модулированного сиг нала усеченные гармонические колебания с автоматически установленным начальным (в момент начала развертки линейно-частотно-модулированного си1- нала) значением фазы соответственно О и 90° Эти сигналы, имеющие постоянный начальный сдвиг фаз относитель но начального сдвига фаз сигналов на выходах квадратурного смесителя 2, используется в качестве опорных. Что бы плоскость отсчета фазы измеряемого полного сопротивления не изменялась при перестройке скорости измене ния частоты источника 1, т.е. чтобы частота гармонического сигнала задаю щего генератора 15 равнялась средней мгновенной частоте укороченных гармонических колебаний на выходах квадратурного смесителя, задающий генератор 15 выполнен частотноуправляемым по сигналу, пропорциональному скорости изменения частоты линейно-частотно-модулированного сигнала с третьего выхода источника 1 . I Автоматический измеритель полных сопротивлений по сравнению с известным обеспечивает более высокую точность измерения вследствие формирования опорной плоскости отсчета фазы на низкой частоте. Формула изобретения Автоматический измеритель полных сопротивлений, содержащий последовательно соединенные источник линейночастотно-модулированного сигнала и смеситель, другой вход которого служит для подключения исследуемого объекта, а также индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, введены квадратурный балансный демодулятор, два блока выборки и запоминания, четыре перемножителя, два сумматора, инвертор и последовательно соединенные задающий генератор и фазорасщепитель, при этом каждый из двух выходов смесителя, который выполнен квадратурным, подключены к соответствующим входам индикатора через квадратурный балансный демодулятор, синфазный выход фазорасщепителя подключен к первому входу первого блока выборки и запоминания и к первым входам первого и четвертого перемножителей, а квадратурный выход фазорасщепителя подключен к первому входу второго блока выборки и запоминания и к первым входам второго и третьего перемножителей, выход первого блока выборки и запоминания подключен к третьему входу квадратурного балансного демодулятора через последовательно соединенные второй перемножитель, инвертор и первый сумматор и к четвертому входу квадратурного балансного демодулятора через последовательно соединенные четвертый перемножитель и второй сумматор, а выход второго блока выборки и запоминания подключен к второму входу первого сумматора через первый перемножитель т . 90 к второму входу второго сумматора через третий перемножитель, причем второй выход источника линейно-частотно- модулированного сигнала подключен к вторым входам первого и второго блоков выборки и запоминания, а третий выход источника линейно-частотно-модулированного сигнала соединен с входом задающего генератора. 2 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Machle С., Epprecht G . Reflection Measurements with Broadband Frequency Modulation Using Long Transmission Lines. - IEEE Transactions on MTT - 1i , ff 10, 1966 ((прототип).