Устройство для измерения параметров резонансных контуров

Устройство для измерения параметров резонансных контуров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЗОНАНСНЫХ КОНТУРОВ, содержащее частотный модулятор, соединенный с первым генератором, перестраиваемым по частоте, исследуемый контур, соединеннЕлй с амплитудным демодулятором, а также последовательно соединенные второй генератор, перестраиваемый по частоте, блок вычисления отнсжгения частот и, частотомер , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений , в него введены блок формирования модуля второй производной, суммирующий блок, преобразователь напряжений, управляемый аттенюатор, нормирующий усилитель, первый и второй пиковые детектора, первый и второй сравнивающие блоки, блок опорных напряжений, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй ограничители импульсов, элемент ИЛИ и осциллографический индикатор , а также последовательно соединенные третий генератор, перестраиваемый по частоте, преобразователь частоты, частотно-фазовый колтаратор, импульсный дифференциатор и парафазный усилитель, причем прямой и инверсный выходы парафазного усилителя соответственно через первый и втараЛ ограничители импульсов соединены с разделительными входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с модулятором осциллографического индикатора, вход вертикального отклонения которого подключен к первому выходу блока формирования модуля второй производной , соединенному с входом первого пикового детектора, а вход горизонтального отклонения - к выходу преобразователя напряжений, соединенному с одним из входов суммирующего блока, второй вход последнего подключен к второму выходу блока формирования модуля второй производной, а выход - к модуляционному входу частотного модулятора, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты и информационным входом управляемого аттенюатора, выход § первого пикового детектора соединен W С с одним из входов первого сравнивающего блока, второй вход которого подключен к одному из вьйодрв блока опорных напряжений, а выход - к управляющему входу нормирующего усили- 2 теля, выход которого соединен с вхо (дом блока формирования модуля второй производной, а информационный вход с первым выходом амплитудного демоо дулятора, второй выход которого посредством второго пикового детектора соединен с одним из входов второго сравнивающего блока, второй вход коS5 торого подключен к второму выходу блока опорных напряжений, а выход к управляющему входу управляемого аттенюатора,.выход которого соединен с входом исследуемого контура, кроме того, второй вход частотно-фазового компаратора посредством делителя частоты с переменным коэффициенте деления подключен к выходу второго генератора, перестраиваемого по частоте , соединенному с вторым входом част птомера, а второй вход блока вычисления отношения частот и третий вход частотомера подключены к выходу третьего генератора, перестраиваемого по частоте, сопряженного с первым

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„,Я0„„1О71 7 А

3(59 G 01 R 27 26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .: г (21) 3513079/18-21 (22) 12.11.82 (46) 07,02.84. Вюл, е 5 (72) В.Л.Свирид (71) Минский радиотехнический институт (53) 621.317.337 (088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

М 739437, кл, G 01 R 27/26, 1980.

2, Авторское свидетельство СССР

Р 750389, кл. G Gl R 27/26, 1980. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО (ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ РЕЗОНАНСНЫХ КОНТУРОВ, содержащее частотный модулятор, соединенный с первым генератором, перестраиваемым по частоте, исследуемый контур, соединенный с амплитудным демодулятором, а также последовательно соединенные второй генератор, перестраиваемый по частоте, блок вычисления отношения частот и.частотомер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены блок формирования модуля второй производной, суммирующий блок, преобразователь напряжений, управляемый аттенюатор, нормирующий усилитель, первый и ВТорой пиковые детектора, первый и второй сравнивающие блоки, блок опорных напряжений, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй ограничители импульсов, элемент ИЛИ и осциллографический индикатор, а также последовательно соединенные третий генератор, перестраиваемый по частоте, преобразователь частоты, частотно-фазовый компаратор, импульсный дифференциатор и парафазный усилитель, причем прямой и инверсный выходы парафаэного усилителя соответственно через первый и второй ограничители импульсов соединены с разделительными входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с модулятором осциллографического индикатора, вход вертикального отклонения которого подключен к первому выходу блока формирования модуля второй производной, соединенному с входом первого пикового детектора, а вход горизонтального отклонения — к выходу преобразователя напряжений, соединенному с одним из входов суммирующего блока, второй вход последнего подключен к второму выходу блока формирования модуля второй производной, а выход — к модуляционному входу частотного модулятора, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты и информационным входом управляемого аттенюатора, выход Е

О первого пикового детектора соединен с одним из входов первого сравнивающего блока, второй вход которого подключен к одному из выходрв блока опорных напряжений, а выход — к уп.равляющему входу нормирукццего усили- Я теля, выход которого соединен с вхо(дом блока формирования модуля второй; производной, а информационный вход с первым выходом амплитудного демодуляторае второй выход которого пос редством второго пикового детектора соединен с одним иэ входов второго сравнивающего блока„ второй вход которого подключен к второму выходу блока опорных напряжений, а выход к управляющему входу управляемого аттенюатора, выход которого соединен с входом исследуемого контура, кроме того, второй вход частотно-фазового компаратора посредством делителя частоты с переменным коэффициентом деления подключен к выходу второго генератора, перестраиваемого по частоте, соединенному с вторым входом частотомера, а второй вход блока вычисления отношения частот и третий вход частотомера подКлючены к выходу третьего генератора, перестраиваеиого по частоте, сопряженного с первым

1071972 генератором, перестраиваемым по частоте.

2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок формирования модуля второй производной содержит два сумматора, три полосовых фильтра, два фильтра нижних частот, четыре синхронных коммутатора, три делителя частоты, а также преобразователь переменного напряжения в постоянное и автоколебательный генератор импульсов, причем информационные входы первого и второго синхронных коммутаторов подключены к выходу первого полосового фильтра, а выходы соединены соответственно через первый и второй фильтры нижних частот с информационными входами соответственно третьего и четвертого синхронных коммутаторов, выходы которых соединены с разделительными входами первого сумматора, выход, последнего через второй пслосовой фильтр соединен с входом преобразователя переменного напряжения в постоянное и

Изобретение относитс,i к радиоизмерительной технике, предназначено для измерения добротности, полосы пропускания и резонансной частоты колебательных систем с повышенной точностью и может быть использовано .для измерения емкости, индуктивности,„ тангенса угла потерь различных элементов, Известно устройство для измерения 10 добротности колебательных контуров, основанное на исследовании в окрестности резонансной частоты перехода через нуль первой производной и соотношения вторых производных по ча- )5 стоте от амплитудно-частотной характеристики контура и содержащее генератор, перестраиваемый по частоте, частотный модулятор, исследуемый контур, амплитудный демодулятор, блок измерения второй производной по частоте, состоящий из трех .синхронных демодуляторов, аттенюатора, суммирующего и вычитающего блоков, генератор ступенчатого напряжения., регулируемый25 усилитель, четвертый синхронный демодулятор, второй суммирующий блок, второй и третий аттенюаторы, второй вычитаюций блок, сравниваюций блок, переключатель, устройство поиска резонансной частоты, состоящее иэ блока измерения первой производной по частоте, сравнивающего блока и блока управления, а также индикатор,=соодним иэ входов второго гумматорар выход которого соединен с входом первого полосового фильтра, соответствующие управляющие входы первого и третьего синхронных коммутаторов подключены к прямому и инверсному выходам первого делителя частоты, а второго и четвертого синхронных коммутаторов — к аналогичным выходам второго делителя частоты, входы пер.вого и второго делителей частоты подключены раздельно к прямому и инверсному выходам автоколебательного генератора импульсов, вход третьего делителя частоты подключен к одному из выходов первого делителя частоты, а один из выходов к входу третьего полосового фильтра, при этом второй вход второго сумматора является входом блока формирования модуля второй производной, а выходы преобразователя переменного напряжения в постоянное и третьего полосового фильтра являются его соответственно первым и B Topb,м выходами. держаций преобразователь амплитудачастота, блок вычисления отношения частот и частотомер С11, Однако зто устройство не обеспечивает требуемой точности измерений параметров резонансных контуров в особенности низкодобротных иэ-за неточности настройки в. резонанс исследуемого контура с помощью первой производной по частоте от амплитудночастотной характеристики и, следовательно, возникновения погрешностей в определении резонансной частоты и связанных с ней искомых параметров, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения добротности колебательных контуров, основанное на использовании координат точек перехода через нуль первой и второй производных по частоте от амплитудночастотной характеристики исследуемого контура и содержащее два генератора, перестраиваемых по частоте, частотный модулятор, исследуемый контур, амплитудный демодулятор, блок поиска резонансной частоты, состояций иэ блока измерения первой производной и нуль-органа, блок измерения второй производной, второй нуль-орган, два запоминающих блока, блок управления, ключ и блок вычисления отношения частот с частотомером С21, 1071972

Однако известное устройство обладает низкой точностью измерений, так тем, что в процессе измерений не удается точно выдерживать значения коэффициентов при производных из-за невозможности обеспечения в диапазоне)5 частот стабильной скорости изменения частоты перестраиваемых генераторов.

Алгоритм работы устройства таков, что цепи обратных связей систем авторегулировки частоты перестраиваемых генераторов на некоторое время разрываются, что приводит к неконтролируемому уходу относительно собственной резонансной частоты исследуемого контура частот перестраиваемых генераторов и, следовательно, искажению информации об искомых параметрах.

Цель изобретения — повышение точности измерений параметров резонансных контуров.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров резонансных контуров, содержащее частотный модулятор, соединенный с первым генератором, перестраиваемым по частоте, исследуемый контур, соединенный с амплитудным демодулятором, а также последовательно соединенные второй генератор, перестраиваемый по частоте, 40 блок вычисления отношения частот и частотомер, введены блок формирования модуля второй производной, суммирующий блок, преобразоватепь напРяжений, упраВляемый аттенюатор, нор-45 мирующий усилитель, первый и второй пиковые детектора, первый и второй сравнивающие блоки, блок опорных напряжений, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй ограничители импульсов, элемент ИЛИ и осциллографический индикатор, а также последовательно соединенные третий генератор, перестраиваемый по частоте, преобразователь частоты, частотно-фазовый компаратор, импульсный дифференциатор и парафазный усилитель, причем прямой и инверсный выходы парафазного усилителя соответственно через первый и второй ограничители импульсов ® соединены с раздельными входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с модулятором осциллографического индикатора, вход вертикального отклонения которого подключен к первому 65 как наряду с недостатком устройства L 11 ему присущи и другие, не позI оляющие принципиально достичь высокой точности измерений параметров резонансных контуров. Использование в устройстве операции косвенного выделения первой и второй производных не обеспечивает высокой точности фиксации моментов перехода через нуль l0 данных производных. Это связано с выходу блока формирования модуля второй производной, соединенному с входом первого пикового детектора, а вход горизонтального отклонения — к выходу преобразователя напряжений, соединенному с одним из входов суммирующего блока, второй вход последнего подключен к второму выходу блока формирования модуля второй производной, а выход — к модуляционному входу частотного модулятора, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты и информационным входом;управляемого> аттенюатора, выход первого пикового детектора соединен с одним из входов первого сравнивающего блока, второй вход которого подключен к одному из выходов блока опорных напряжений, а выход — к управляющему входу нормирующего усилителя, выход которого соединен с входом блока формирования модуля второй производной, а информационный вход — с первым выходом амп. литудного демодулятора, второй выход которого посредством второго пикового детектора соединен с одним из входов второго сравнивающего блока, второй вход которого подключен к второму выходу блока опорных напряжений, а выход — к управляющему входу управляемого аттенюатора, выход которого соединен с входом исследуемого контура, кроме этого второй вход частотно-фазового компаратора посредством делителя частоты с переменным коэффициентом деления подключен к выходу второго генератора, перестраиваемого по частоте, соединенному с вторым входом частотомера, а второй вход блока вычисления отношения частот и третий вход частотомера под ключены к выходу третьего генератора, перестраиваемого по частоте, сопряженного с первым генератором, перестраиваемым по частоте, Причем блок формирования модуля второй производной содержит два сумматора, три полосовых фильтра, два фильтра нижних частот, четыре синхронных коммутатора, три делителя частоты, а также преобразователь переменного напряжения в постоянное и автоколебательный генератор импульсов, причем информационные входы первого и второго синхронных коммутаторов подключены к выходу первого полосового фильтра, а выходы — соответственно через первый и второй фильтры нижних частот соединеиы с информационными входами соответственно третьего и четвертого синхронных коммутаторов, выходы которого соединены с раздельными входами первого сумматора, выход последнего через второй полосовой фильтр соединен с входом преобразователя переменного напряжения в постоянное и одним нз

1071972 входов второго сумматора, выход ко-, торого соединен с входом первого полосового фильтра, соответствующие уп равляющие входы первого и третьего синхронных коммутаторов подключены к прямому и инверсному выходам первого делителя частоты, а второго и четверторого синхронных коммутаторов .- к аналогичным выходам второго делителя частоты, входы первого и второго делителей частоты подключены раздельно к прямому и инверсному выходам автоколебательного генератора импульсов, вход третьего делителя частоты подключен к одному иэ выходов первого делителя частоты, а один иэ выходов — к входу третьего полосового фильтра, при этом второй вход второго сумматора является входом блока формирования модуля второй производной, а выходы преобразователя пере- Я менного напряжения в постоянное и третьего поло"свого фильтра являются

его соответственно первым. и вторым выходами.

Теоретические основы сущности . 25 изобретения состоят в следующем, Из общей радиотехники известна достаточно точная аппроксимация нормированной амплитудно-частотной характеристики резонансного контура

U ((a>) ( (6) Жэ = (-» Г( (7) где U — напряжение на контуре; ь>— круговая частота; ы и О, — резонанс- З5 ная частота и добротность контура со ответственно;

Q0o oЙ4 (2)2

2 2 (((ф „-М 2м2(Щ-941 ()(ы,) = EQ. (2) 4() при этом резонансная частота

Ю,(+(dg

/ (10) 45

Й3

Q (00)

Ъм( +/.(®o) (оЧоЧ = 2 Ы,(-(а41

55 (4) Ъ20 4К Ь д@

Для отыскания координат точек перехода второй производной через нуль необходимо уравнение (3) приравнять 60 нулю, т.е. выполнить условие где » — синусоидальное напряжение, вводимое в исследуемый контур.

Нормированная вторая производная по частоте от амплитудно-частотной характеристики (1) имеет вид где вторая производная на резонансной частоте ь- (э +а. (n- — ) (3+- — )=O

Соотношение (5) представляет собой уравнение восьмой степени, решение которого в аналитической форме составляет известную трудность. Для упрощения решения данное уравнение с определенной степенью точности можно аппроксимировать квадратической параболой с, ((q —, ) — 2 = 0

Отсюда координаты точек перехода второй производной через нуль удовлетворяют условию

Уравнение (6) позволяет реализовать метод измерения: по координатам точек перехода второй производной (7) оценить искомые параметры резонансных контуров

Ю„2 а (2 ((- —: () (М, —.>. 1) С определенной погрешностью соотношение (8) можно упростить и представить в виде

I а полоса пропускания на уровне

0,707

Использованные выше ограничения, связанные с аппроксимациями двух функциональных зависимостей (5) и (8), благотворно сказываются на результате измерений, так как квадратическая аппроксимация (6) дает эаниженную разность частот, заключенную между координатами точек перехода второй производной через нуль, что соответствует измеряемой добротности с избытком по сравнению с истинным значением, а линейная аппроксимация (9) вызывает отклснение искомой добротности с недостатком (полосы пропускания с избытком).

1071972

40 (15) 24 IV2 4 @, ХЬ1Г2 65 Действительно, ошибку, допущенную при переходе от зависимости (5) к (б) вблизи точек перехода через нуль второй производной, можно оценить следующим образом:

5 см о„д ю ю

При прямой подстановке значений частот ф в соответствии с соотношением (7), первое слагаемое правой части (12) при Я- о приводит к неопре-35 делеиности вида ф, и для ее раскрытия необходимо воспользоваться правилом Лопиталя

Погрешность линеаризации, связав- 25 ную с переходом от (8) к (9), представим в виде:. Так как интерес представляет погрешность (14) вблизи точек перехода второй производственной через нуль, то следует учесть (7) и тогда

Допущенное здесь приближение оценивается погрешностью 45 котоРаЯ длЯ В =2 примерно равна +2 3 и 11рй Q, = 1 G йе превышает

+0,07% .

ra результирующую погрешность прет-. емого метода измерения параметров

«(да резонансных контуров, характеризующуюся по существу разностью значений функциональных зависимостей (13) и (), можно дбстаточно точно

,15) описать следующим соотношением:

Как следует из (16), даже при малых 3- методическая погрешность оказывается незначительной по величине, что определяет несомненные преимущества метода измерения парам тров резонансных контуров по сравнению с известными.

Предлагаемое устройство, основанное на использовании рассмотренного

Метода измерения параметров резонансных контуров, осуществляет в соответствии с установленными взаимосвязами (9...11) определение резонансной частоты (10) как среднеарифметическое частот (7), соответствующих координатам точек перехода через нуль второй производной (3) от амплитудно-частотной характеристики (1) исследуемого контура, полосы пропускания (11) как Vz разности этих частот, а добротности (9) — как отношение данных параметров, причем высокоточная фиксация указанных частот и результатов их обработки, реализуемая пр слагаемой совокупностью признаков изобретения, обеспечивает по сравнению с известным существенное повышение точности измерения искомых параметров.

На фиг. 1 представлена структур ная схема устройства для измерения параметров резонансных контуров; на фиг, 2 — структурная схема блока формирования модуля второй производной; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие принцип действия блока формирования модуля второй производной на фиг.4диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство (фиг. 1) для измерения параметров резонансных контуров включает ряд сложных функциональных систем. Первый генератор 1 перестраиваемый по частоте, частотный модулятор 2, преобразователь 3 напряжений и суммирующий лок 4 образуют систему формирования частотно-модулированного испытательного сигнала с большой девиацией и перестраиваемого в широком частотном диапазоне. Подобные системы являю;ся составной частью известных измерителей амплитудно-частотных характеристик радиотехнических устройств. С помощью преобразователя 3 напряжений достигается необходимая деви-ция частоты и осуществляется развертка во времени изображения на экране осциллографического индикатора 5.

Управляемый аттенюатор б, исследуемый резонансный контур 7, амплитудный демодулятор 8, второй пиковый детектор 9, второй сравнивающий блок

10 и блок 11 спорны".. напряжений функционально реализуют в соответствии с (1) систему нормирования амплитудно-частотной характеристики исследуемого контура.

1071972

Нормирующий усилитель 12, блок 13 формирования модуля второй производной, первый пиковый детектор 14 и первый сравнивающий блок 15 совместно с блоком 11 опорных напряжений образуют в соответствии с (3) систему 5 нормирования характеристики второй производной.

Необходимость введения в состав предлагаемого устройства двух систем нормирования характеристик связана 10 с тем, что динамический диапазон сигналон, действующих на выходах исследуемого контура 7 и блока 13 формирования модуля второй производной, исключительно велик. Как следует из 15 (4), вторая производная на резонансной частоте пропорциональна добротности в третьей степени и в интервале измеряемых величин 2-.1000 динамический диапазон сигналов превышает 20

160 дБ. Кроме этого„ для достоверной оценки координат точек перехода ВТо рой производной через нуль с погрешностью не хуже +0,1% динамический диапазон блока 13 формирования моду- 75 ля второй производной дополнительно должен составлять не менее 60 дБ.

Использование логарифмирующих или других устройств для снижения динамического диапазона рассматриваемых сигналов в данном случае нецелесообразно, так как при этом искажается форма характеристик (в особенности модуля второй производной), что вызывает затруднения в определении истинного положения ко.ординат точек перехода второй производной через нуль на экране осциллографического индикатора 5.

Применение предлагаемых систем 40 нормирования позволяет без искажения информации о виде характеристик застабилизировать максимальные значения последних независимо от величины измеряемой добротности и привести с 45 помощью пиковых детекторов 9 и 14 максимумы сигналов, действующих на выходах амплитудного демодулятора 8 и блока 13 формиронания модуля второй производной, к неизменным уровням, определяемым величинами опорных

50 напряжений блока 11, и, тем самым, существенно снизить требования по динамическому диапазону к названным структурным блокам 8 и 13.

Необходимость применения в измери-5 тельном устройстве (фиг. 1) блока 13 формирования модуля второй производной, обеспечивающего требуемую точность измерения искомых параметров, обусловлена тем, что именно модуль 60 характеристики второй производной (3) позволяет получить на экране осциллографического индикатора 5 в естественном виде достаточно точную, неподверженную влиянию дрейфовых и шумовых составляющих, информацию и рационально испольэовать метод вилочного отсчета для определения местоположения точек перехода второй производной через нуль (7) .

Данный блок 13 н устройстве выполняет две взаимосвязанные функции: вырабатывает синусоидальное модулирующее напряжение для системы формирования частотно-модулированного испытательного сигнала (операция частотной модуляции с малой девиацией частоты реализуется путем подачи сигнала с второго выхода блока 13 на второй вход суммирующего блока 4) и осуществляет синхронную селекцию второй гармонической составляющей данного модулирующего сигнала независимо от его фазы, образуемой в результате взаимодействия частотно-модулированного испытательного сигнала в исследуемом контуре 7 и амплитудном демодуляторе 8. Рассматриваемая вторая гармоническая составляющая без учета фазы, как известно, пропорциональна модулю второй произ— водной от амплитудно-частотной характеристики резонансного контура.

Получение высокой точности измерений связано также и с применением в устройстве эффективной системы формирования яркостно-частотных меток, н состав которой входят преобразователь 16 частоты с третьим генератором 17, перестаиваемым по частоте, частотно-фазовый компаратор 18 с вторым генератором 19, перестраинаемым по частоте,и делителем 20 частоты с переменным коэффициентом деления, импульсный дифференциатор 21, парафаэный усилитель 22, первый 23 и второй 24 ограничители импульсов и элемент ИЛИ 25, Эта система с помощью третьего 17 и второго 19 генераторов, перестраиваемых по частоте, позволяет на экра— не осциллографического индикатора 5 исключительно точно совместить формируемые яркостно- астотные метки с поцчеркнуто заостренными минимумами характеристики модуля второй производной, соответствующими координатам точек перехода второй производной через нуль, и тем самым автоматически выполнить условия (10) и (11), необходимые для оценки искомых параметров. Выполнение данных условий стало возможным благодаря использованию в составе рассматриваемой системы преобразователя 16 частоты и частотно-фазовогО компаратора 18, а также делителя 20 частоты с переменным коэффициентом деления, позволяющего привести частоту второго генератора 19 в точности равной полосе пропускания исследуемого контура на уровне 0,707.

10719(2 и („ж 4уг или с учетом (20j

Rg="юв . р"

Э (22) Ыг @Ъ +4 ь (23) 44- 1 о 2 (17) (24) 30 (18) 4ак} .- 45 (20) п мкь „„ (21) Действительно, представляя (10) в виде эквивалентного равенства, -,, - 4 и замечая, что оно удовлетвоРяет режиму преобразования частоты в преобразователе 16, можем записать где Я вЂ” промежуточная частота, обра- 10 зуемая на выходе преобразователя 16 при соблюдении условия равенства частоты ra), формируемой третьим генератором 17, резонансной частоте

Ыо (10) ° В

Отсюда

Исходной информацией для формиро20 ванин яркостно-частотных меток являются перепады напряжений, имеющие место на выходе частотно-фазового компаратора 18 при совпадении с точностью до фазы частот на его входах.

Следовательно, частота, действуккцая на выходе делителя 20 частоты с переменным коэффициентом деления, должна соответствовать (17) Требуемый коэффициент деления де» лителя 20 К, можно получить из условия равенства частоты второго генератора 19 Я, полосе пропускания (11) исследуемого контура, упрощаю щего регисТрацию данного параметра 4ли = ) -гт "ы а ищи . (19)

Отсюда, с учетом соотношения (18), Принимая 5о внимание (11) и (17), окончательно получаем 50

При желании Кд„ь может быть выбран отличным от (21) . В этом случае возможен отсчет полосы пропускания на разных уровнях амплитудно- частотной характеристики исследуемого контура, что представляет интерес для практики. 60

На основании (1) нетрудно показать, что полоса пропускания на произвольном уровне g П связана с полосой пропускания на уровне 0,707 П (11) следующим соотношением: д

С другой стороны, полосу пропускания на произвольном уровне можно представить по аналогии с (19) и (20) в следующем виде: где Кь кц — коэффициент деленйя де- лителя 20, удовлетворяющий требованиям непосредственного отсчета полосы пропускания исследуемого контура на уровне с помощью частоты Я.-„второго генератора 19.

Приравнивая правые части (22) и (23) и учитывая (21), получаем ьщл = "алка уг " = 2 з 2

Таким образом, выполняя в процессе измерений изложенные требования, автоматически получаем необходимую информацию для отсчета измеряемых параметров. Сформированная информация для резонансной частоты (10} и полосы пропускания на определенном уровне (11), (19), (23) в виде соответствующих частот третьего 17 и второго 19 генераторов, перестраиваемых по частоте, регистрируется частотомером 26. Для оценки добротности исследуемого резонансного контура служит блок 27 вычисления отношения частот, где из частот -генераторов .17 и 19 при заданном значении коэффициента деления (21} делителя 20 образуется необходимая информация, которая также регистрируется частотомером 26.

Для упрощения процесса измерений искомых параметров управляющие органы третьего 17 и первого 1 генераторов, перестранваемых по частоте, сопряжены между собой. Это позволяет исключить расхождение между характеристикой модуля второй производной и формируемыми яркостно-частотными методами при перестройке средней частоты первого генератора 1, осуществляемой с целью поиска требуемого иэображения на экране осциллографического индикатора 5. Для точного совмещения формируемых яркостно-частотных меток с косрдинами точек перехода второй производной через нуль третий генератор 17 снабжен дополнительным органом плавной перестройки

14

1071972

13 частоты, который позволяет перемещать метки относительно характеристики модуля второй производной вдоль частотной оси. Предусмотренный управляющий орган второго генератора 19 предназначен для регулировки расстояния между формируемыми метками на экране осциллографического индикатора 5, т.е. изменения индицируемой полосы пропуснания исследуемого контура °

Из охарактеризованных структурных блоков предлагаемого устройства единственным блоком, назначение и содержание которого не соответствует рубрикам международной классификации 15 изобретений, является блок формирования модуля второй производной. Выполнение этого блока, с одной стороны, носит не стандартный характер, а с другой — его функциональное назначение имеет смысл лишь, применительно к данному устройству. В связи с этим рассмотрим реализацию данного блока более подробно. !

Блок 13 формирования модуля второй производной (фиг. 2) включает дне основные взаимосвязанные системы, Первая система синхронной фазочувствительной селекции второй гармонической составляющей модулирующего сигнала образована первым 28 и вторым

29 сумматорами, первым :0 и вторым

31 полосовыми фильтрами, а также двумя каналами преобразования и обработки квадратурнь. сигналов, в состав одного из которых входят первый, 32 и третий 33 синхронные коммутаторы и первый фильтр 34 нижних частот, а в состав второго — второй 35 и четвертый 36 синхронные коммутаторы 40 и второй фильтр 37 нижних частот.

Синхронные коммутаторы 32, 33, 35 и 36 представляют собой последовательно-параллельные ключи, управляемые парафазными сигналами, получае- 45 мыми с помощью первого 38 и второго

39 делителей частоты на два, а также автоколебательного генератора 40 импульсов, которые входят в состав второй системы формирования квадратурных импульсных и модулирующих синусоидальных сигналов.

Получение синусоидального модулирующего напряжения для системы формирования частотно-модулированного испытательного сигнала измерительного устройства осуществляется путем понижения частоты одного иэ квадратурных импульсных сигналов с помощью третьего делителя 41 частоты на два 60 с последующей фильтрацией третьим полосовым фильтром 42.

Преобразователь 43 переменного напряжения в постоянное предназначен для получения выпрямленного напряже- 65 ния, пропорционального модулю второй произв одн ой.

Используемые в рассматриваемом блоке 13 второй 31 и третий 42 полосовые фильтры имеют в сноем составе активные фильтры нижних частот высшего (не ниже третьего) порядка, основное назначение которых — обеспечение подавления высших гармонических составляющих с целью получения требуемой степени чистоты синусоидальных колебаний соответствующих частот. Назначение первого полосового фильтра 30 состоит в усилении анализируемого сигнала и защите от перегрузок синхронных коммутаторон

32 и 35 сильными мешающими сигналами, в основном первой гармонической составляющей модулирующего сигнала, пропорциональной первой производной от амплитудно-частотной характеристики исследуемого контура, которая оказывается наибольшей в интересующих точках перехода нторой производной через нуль.

Работу устройства целесообразно рассмотреть с принципа действия блока 13 формиронания модуля второй производно» .

Принцип работы системы синхронной фазонечувствительной селекции блока 13 (фиг, 2) может быть описан следующей системой уравнений

0Bwx? 29 0sgy g9 (выл 34 3 31 ОВьгк 29

1 (25) где в»«3 — входное напряжение блока 13 формирования модуля второй производной, соответствующее напряжению, действующему на втором входе второго сумматора 29: ()3„„3„, О z„ 39»напряжения, действующие на выходах соответственно второго полосового фильтра 31 и второго сумматора 29;

К»9 — коэффициент передачи второго сумматора 29; К з„3, — коэффициент передачи от входа первого полосового фильтра 30 до выхода второго полосового фильтра 31.

Или (26) На основании (25) определяем коэффициент передачи упомянутой системы селекции

1071972

15 (32) (27) Ц,() = U çÚ(Þ t+ g) (28) U@ s® =0 Î 8iï Hât ()мхта (Ф)=

55 гРЖ К в = Кгс К р

Для того, чтобы на коэффициент передачи (26) на оказывали влияния структурные блоки системы селекции необходимо коэффициент Кдч > для полезного сигнала реализовать достаточно большим, причем необходимо осуществить инверсию, так как при

К «,, K стремится к — 1. Кроме этого, для реализации функции синхронной фазонечувствительной селек- 10 ции остальные структурные блоки, входящие в рассматриваемую систему, должны быть наделены соответствующи- ми свойствами.

Операции, производимые в каналах 5 преобразования и обработки квадратурных сигналов системы селекции, математически можно представить в виде функций перемножения анализируемого сигнала

1 на первые гармонические составляющие 25 и, (t)=ц„,соз(0, (29)

\ опорных напряжений, получаемых с помощью первого 38 и второго 39 делителей частоты системы формирования квадратурных импульсных и модулирую- З5 щих сигналов. В формулах (27) †(29) приняты следующие обозначения: -время; Uw„, М, и Ч> — амплитуда, частота и начальная фаза анализируемого сигнала; U > и ao> — амплитуда и частота 40

;ервых гармонических составляющих опорных напряжений ° Влиянием высших гармонических составляющих опорных напряжений в известной мере можно пренебречь, так как они подавляются 45 соответствующими фильтрами системы селекции.

Таким образом, для первых гармонических составляющих напряжений, дей ствующих на выходах первого 32 и второго 35 синхронных коммутаторов с учетом (27) и коммутационного влияния опорных напряжений (28) и (29), равного единице, можно записать ц „, ф-о.(t)u. (ц- (ссе(и,-(е,t -(р -соуЦ(а). М + уЦ .J

u»„< (<) .Оо.(Ч()озв® -, Ф Ê -ы,) +<Р) Ы (QOe+ )t )) (31)

\ гДе Кз и Кзв — коэффициенты пеРеДачи синхронных коммутаторов 32 и 35 65 соответственно, которые близки к единице благодаря полному управляющему действию опорных н. пряжений и пренебрежиьЪ малым остаточным параметрам самих коммутаторов.

Для отыскания выходных напряжений первого 34 и второго 37 фильтров воспользуемся известными аппроксимациями амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик фильтра нижних частот первого порядка

y(N) =а -Д вЂ” (33) где Ы вЂ” текущая частота; са в.— частота верхнего среза фильтра нижних частот.

В .данном случае под текущей частотой QD следует понимать разностные частоты (AD< — Ы ), входящие в (30) и (31), так как составляющие с частотами (40< + o), удовлетворяющие условию (GDc+ м0о) )> (Mc -Mo ), подавляются и в расчет могут не приниматься.