Устройство для определения параметров эквивалентной схемы двухполюсника Советский патент 1982 года по МПК G01R27/02 

1

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для измерения параметров эквивалентов антенн, магнитострикционных пьезоэлектрических акустически нагруженных преобразователей, входных и выходных цепей различных электронных устройств.

Известны устройства для определения параметров эквивалентной схемы электрических двухполюсников, основой которых является трансформаторный мост, содержащий высокочастотный генератор, индикатор баланса, симметрирующие и развязывающие трансформаторы, токозадающие сопротивления, эталонные регулируемые активное и реактивное сопротивления.

При помощи этих устройств, являющихся измерителями полных сопротивт лений, сначала экспериментально определяют частотные характеристики активной и реактивной составляющих комплексной проводимости или сопротивления измеряемого двухполюсника. Затем по измеренным характеристикам вычисляют параметры электрической эквивалентной схемы измеряемого двухполюсника 1 ЗНедостатками устройств являются трудоемкость и сложность процесса определения параметров эквивалентной схемы двухполюсника, так как измерение частотных характеристик производится, как правило, по точкам, т.е. последовательно в каждой точке частотного диапазона, а определение параметров эквивалентной схемы требует дополнительных вычислений. Кроме того, производимый в процессе измерений баланс амплитуд и фаз обуславливает сложность используемой аппаратуры, а также низкую производительность измерений.

Недостатком является также ограниченный диапазон измерений по частоте. Это обуславливается, в основном. 39 трудностями выполнения регулируемого эталонного эквивалента в широкой полосе частот без комплексных потерь. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство мостового типа, осуществляющее непосредственное определение параметро эквивалентной схемы двухполюсника и содержащее четырехплечевой мост, в диагональ питания которого включен широкодиапазонный генератор гармонических сигналов, а в измерительное плечо включен двухполюсник, параметры которого определяются. В эталонное плечо включен эквивалент с регулируемыми эталонами, в каждое из дву токозадающих плеч включено г1о резистору, одно из которых выполнено регу лируемым; в измерительную диагональ включен индикатор сравнения модуля и фазы напряжения 2. Недостатками известного устройства являются ограниченный частотный диапазон измерений, низкие точность и производительность -измерений . Ограничения измерения по частоте обуславливаются физической невозможностью выполнения регулируемого эталонного эквивалента в виде сосредоточенных постоянных L, С и R в широкой полосе частот. Недостаточная точность объясняетс изменением чувствительности мостовой схемы вследствие взаимосвязей ветвей уравновешения. П рои з водит ел ьность измерений низка, поскольку для определения параметров с числом элементо больше двух требуются дополнительные вычисления. Для каждой конкретной структуры эквивалентной схемы измеряемого двух полюсника, а соответственно и регули руемого эталонного эквивалента, суще ствуют оптимальный диапазон частот, в котором возможна практическая реализация регулируемого эталонного эквивалента с минимальными комплексными потерями. Цель изобретения - расширение диапазона частот измерения, повышение точности и производительности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство определения па раметров эквивалентной схемы двухполюсника , содержащее мост с измерительной ветвью, состоящей из последо вательно соединенных токозадающего 3 нерегулируемого резистора и клемм для подключения измеряемого двухполюсника, и эталонной ветвью, состоящей из последовательно соединенных токозадающего переменного резистора и регулируемого эталонного эквивалента измеряемого двухполюсника , выход которого соединен с одной из клемм и общей шиной, измерительный генератор гармонических сигналов, подключенный параллельно измерительной ветви, индикатйр, подключенный в измерительную диагональ моста, введены последовательно соединенные частотный модулятор и эталонный генератор гармонических сигналов, выход которого подключен параллельно эталонной ветви, второй частотный модугятор, выход которого соединен с входом измерительного генератора гармонических сигналов, генератор синхронизирующих сигг налов, выходы которого соединены соответственно с входами частотных модуляторов и индикатора. Введение новых элементов позволяет производить сравнение частотных характеристик пропорциональных модулям комплексных сопротивлений измеряемого двухполюсника и регулируемого эталонного эквивалента измеряемого двухполюсника в полосе частот, поскольку для цепей минимально фазовых частотная характеристика модуля входного сопротивления однозначно связана с фазочастотной характеристикой. Это приводит к повышению производительности измерений. За счет введения эталонного генератора качающейся частоты с диапазоном частот , отличным от диапазона частот измерения измерительного генератора качающейся частоты, расширяется диапазон измерений по частоте. Диапазон частот эталонного генератора качающейся частоты выбирается оптимальным для выполнения регулируемого эталонного эквивалента измеряемого двухполюсника из сосредоточенных элементов L, С и R с минимальныммипаразитными реактивностями. Питание мостовой цепи двумя час- . тотами позволяет существенно уменьшить взаимосвязь во всем диапазоне измерений, а также обеспечить максимальную чувствительность к измеряемым параметрам. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит измерительный генератор 1 гармонических сигналов, нерегулируемый токозадающий резистор 2 (R), клеммы 3 для подключения измеряемого двухполюсника, регулируемый токозадающий резистор k (R/.) регулируемый эталонный эквивалент 5 измеряемого двухполюсника, измерител 6 частотных характеристик, частотный модулятор 7, частотный модулятор 8, эталонный генератор 9 гармонических сигналов и генератор 10 синхронизирующих сигналов. Величины токозадающих резисторов выбирают, исходя из условий .,(jti;)/, где N - масштабный коэффициент; |Zy(i(i;)| усредненное значение модуля комплексного сопротивления двухполюсника. Устройство работает следующим образом. Высокрчастотный сигнал с линейной частотой модуляции с выхода измерительного генератора 1 гармонических сигналов через нерегулируемый токозадающий резистор 2 подается через клеммы 3 на измеряемый двухполюсник, который подключается к клеммам 3- Вы сокочастотное напряжение с клемм йзмеряемог,о двухполюсника подается на первый вход измерителя 6 частотных характеристик. Амплитуда этого напря жения пропорциональна модулю комплексного сопротивления измеряемого двухполюсника. Одновременно высокочастотный сигнал с выхода эталонного генераторг 9 гармонических сигналов через регулируемый токозада.ющий резистор k подается на регулируемый эталонный эквивалент 5 измеряемого двухполюсника и с него подается на второй вход измерителя 6 частотных характеристик. Амплитуда этого напря жения пропорциональна модулю комплек сного сопротивления регулируемого эталонного эквивалента 5- Для работы устройства необходим генератор 10 синхронизирующих сигналов, выходы которого соединены соответственно с входами частотных модуляторов и ин .дикатора. Задача определения параметров эквивалентных схем двухполюсников (например, акустически нагруженных пьезопреобразователей, изготовленных из сильных пьезоэлектриков, типа пьезокерамики или ниобата лития) заключается в сравнении частотных 3 характеристик пропорциональных модулям комплексных сопротивлений эталонного эквивалента 5 и измеряемого двухполюсника. Изменяя величины элементов регулируемого эталонного эквивалента 5. добиваются максимальной идентичности частотных характеристик. Значения индуктивностей, емкостей и сопротивлений, считанные со шкал регулируемого эталонного эквивалента, и есть искомые параметры эквивалентной схемы измеряемого двухполюсника . Таким образом, введение в устройство эталонного генератора гармонических сигналов двух частотных модуляторов и генератора синхронизирующих сигналов позволяет; а)расширить диапазон измерений по частоте, так как в устройстве осуществлено раздельное питание эталонной и измерительной ветви с разными частотными диапазонами, что позволяет выбрать диапазон частот эталонного генератора гармонических сигналов оптимальным для выполнения регулируемого эталонного эквивалента с минимальными комплексными потерями; б)повысить производительность измерений, так как появляется возмож-. ность сравнения частотных характеристик, пропорциональных модулям комплексных сопротивлений измеряемого . двухполюсника, и регулируемого эталонного эквивалента в диапазоне частот ; в)повысить точность, так как осуществляется раздельное питание измерительной и эталонных ветвей двумя частотами, что не только существенно уменьшает взаимосвязь ветвей во всем диапазоне измерений, но и обеспечивает максимальную чувствительность к измеряемым параметрам, при . этом отсутствуют диссипативные потери в элементах регулируемого эталонного эквивалента; г)осуществить экспериментальный структурный синтез многоэлементных двухполюсников. Формула Изобретения Устройство для определения параметров эквивалентной схемы двухполюсника , содержащее мост с измерительной ветвью, состоящей из последовательно соединенных токозадающего нерегулируемого резистора и клемм для подключения измеряемого двухполюсника, и эталонной ветвью, состоящей из последовательно соединенных токозадающего переменного ре зистора и регулируемого эталонного эквивалента измеряемого двухполюсника, выход которого соединен с одной из клемм для подключения измеря емого двухполюсника и общей шиной, измерительный генератор гармонических сигналов, подключенный параллел но измерительной ветви и индикатор, подключенный в измерительную диагональ моста, отличающееся тем, что, с целью расширения диапаз на частот измерения, повышения точности и производительности, в него введены последовательно соединенные 38 . . частотный модулятор и эталонный генератор гармонических сигналов, который подключен параллельно эталонной ветви, второй частотный модулятор, выход которого соединен с входом измерительного генератора гармонических сигналов, генератор синхронизирующих сигналов, выходы которого соединены соответственно с входами частотных модуляторов и .индикатора. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Фрадин. А.З. и Рыжков Е.В, Измерение параметров антенно-фидерных устройств, М., Связь, 1972. 2.Меерсон A.M. Радиоизмерительная техника, М.-Л., Энергия, 19б7, с. 202.