Устройство для измерения резонансной частоты последовательного колебательного контура

Устройство для измерения резонансной частоты последовательного колебательного контура

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в измерительной технике . Выходы трех источников (1, 2, 3) переменного напряжения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входными контактами управляемого ключа 4, переключающийся вывод которого подключен к первому входу первого преобразователя .11 напряжение-код, первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока 14, второй выход первого преобразователя 11 напряжение-код соединен с вторым входом, вычислительного блока 14, средняя точка между переключающимся выводомэуправляемрго ключа 4 и первым входом первого преобразователя 11 напряжение-код через последовательный колебательный контур 5 подключена к первому входу второго преобразователя 12 напряжение-код, первый выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока 14, второй выход второго преобразователя 12 напряжение-код соединен с четвертым входом вычислительного блока 14, к переключающемуся выводу управляемого ключа 4 подключен и первый вход преобразователя 10 частота-код, первый выход которого соединен с пятым входом вычислительного блока 14, второй выход преобразователя 10 частота-код соединен с шестым входом вычислительного блока 14, выход которого соединен с блоком 13 управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющим входом управляемого ключа 4, вторым входом первого преобразователя 11. напряжение-код, вторым входом второго преобразователя 12 напряжение-код и вторым входом преобразователя 10 частота-код , средняя точка между последовательным колебательным контуром 5 и первым входом второго преобразователя 12 напряжение-код через эталонный резистор 9 соединена с общей шиной.|5 ил. , 00 О 00 СО Ч)

СÎIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

* (я)з G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0 (21) 4912503/21 (22) 19.02,91 (46) 23,04.93. Бюл, N 15 (71) Научно-исследовательский институт фотоэлектроники (72) Т.Б. Рзаев (56) Патент Великобритании N. 1275079, кл. 6 018 27/00

Авторское свидетел ьство СССР

N. 1046709, кл. G 01 R 27/26.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1688196, кл. G 01 R 27/26. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА (57) Использование: в измерительной технике, Выходы трех источников (1, 2, 3) переменного напряжения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входными контактами управляемого ключа

4, переключающийся вывод которого подключен к первому входу первого преобразователя.11 напряжение-код, первый выход которого соединен .с первым входом вычислительного блока 14, второй выход первого преобразователя 11 напряжение-код соединен с вторым входом вычислительного блока 14, средняя точка между переключающимся выводом,.управляемого ключа 4 и

5U„„1810839 А1 первым входом первого преобразователя

11 напряжение-код через последовательный колебательный контур 5 подключена к первому входу второго преобразователя 12 напряжение-код, первый выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока 14, второй выход второго преобразователя 12 напряжение-код соединен с четвертым входом вычислительного блока

14, к переключающемуся выводу управляемого ключа 4 подключен и первый вход преобразователя 10 частота-код, первый выход которого соединен с пятым входом вычислительного блока 14, второй выход преобразователя 10 частота-код соединен с шестым входом вычислительного блока 14, выход которого соединен с блоком 13 управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с уп- равляющим входом управляемого ключа 4, вторым входом первого преобразователя

11. напряжение-код, вторым входом второго преобразователя 12 напряжение-код и вторым входом преобразователя 10 частота-код, средняя точка между последовательным колебательным контуром 5 и первым входом второго преобразователя 12 напряжение-код через эталонный резистор

9 соединена с общей шиной. 5 ил.

1810839

Изобретение относится. к измерительной технике и может быть использовано для измерения резонансной частоты последовательного колебательного контура,. параметров радиоэлементов.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, На фиг.2 — частотная характеристика последовательного колебательного контура. На фиг,3 — схема блока . управления. На фиг.4 — схема преобразователя частота-код. На фиг.5а,б — схемы двух одинаковых преобразователей напряжение-код, 5

Устройство (фиг.1) содержит три источника 1, 2 и 3 переменного напряжения, управляемый ключ 4, последовательный колебательный контур 5, который состоит из катушки 6 индуктивности Lx, конденсатора

7 емкостью Сх, активное суммарное сопротивление 8 потерь катушкй6 индуктивности и конденсатора 7, эталонный резистор 9—

RH, преобразователь 10 частота-код, два преобразователя 11 и 12 напряжение-код, блок 13 управления и вычислительный блок

14, 20

Устройство работает следующим образом. По сигналу "Пуск" блока 13 управления управляемый ключ 4 подключает к последовательному колебательному контуру 5 ис55 точник 1 переменного напряжения с

При этом источники 1, 2 и 3 переменного напряжения попеременно через управляемый ключ 4 соединены одновременно с первыми входами преобразователя 10 частота-кода и первого преобразователя 11 напряжение-код и через последовательный колебательный контур 5 с первым входом второго преобразователя 12 напряжениекод, который через эталонный резистор 9 — .

Ян соединен с общей шинбй. Первый и 40 второй выходы первого и второго преобразователей 11, 12 напряжение-код и преобразователя 10 частота-код соединены, соответственно, с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами вычис- 45 лительного блока 14, выход которого соединен с входом блока 13 управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены, соответственно, с управляющим входом управляемого ключа, вторыми входами первого и второго преобразователей 11, 12 и преобразователя 10 частотакод. частотой а>, По первому сигналу блока 13 управления преобразователь 10 частотакод преобразует частоту ои в код, а по второму сигналу — первый преобразователь 11 напряжение-код преобразует в.код амплитуду напряжения Uo1 на входе последовательного колебательного контура 5. значения которых последовательно заносятся в память вычислительного блока 14. а сигнал об окончании записи поступает в блок 13 управления, С задержкой по времени.по сравнению с сигналом блока 13 управления на первый преобразователь 11 напряжение-код для достижения установившегося режима в последовательном колебательном контуре 5, с блока 13 управления подается сигнал на второй преобразователь

12 напряжение-код, который преобразует амплитуду напря>кения U> на выходе последовательного колебательного контура 5, значение которой заносится в память вычислительного блока 14. По окончании записи третьей величины U> в память с вычислительного блока 14 поступает третий сигнал, от которого в блоке 13 управления вырабатывается сигнал, подключающий второй источник 2 переменного напряжения с частотой сигнала й>2 к последовательному колебательному контуру 5. По аналогичной схеме последовательно во времени поступают сигналы с блока 13 управления на преобразователь 10 частота-код, преобразователи 11 и 12 напряжение-код, которые преобразуют частоту сигнала в2 амплитуды напряжений Uoz u Uz на входе и выходе последовательного колебательного контура 5, значения которых заносятся в память вычислительного блока 14. По окончании записи третьей величины Uz в память вычислительного блока 14 с него поступает сигнал в блок 13 управления, от которого в блоке 13 управления вырабатывается сигнал подключающий через управляемый ключ 4 к последовательному колебательному контуру 5 третий источник 3 переменного напряжения с частотой сигнала из. По аналогичной схеме происходит преобразование в код частоты вз, амплитуд напря>кения

Доз и 0з на входе и выходе последователь-. ного колебательного контура 5 и занесение в память вычислительного блока 14, после чего вычисляются параметры индуктивности катушки Lx, емкости Сх конденсатора, суммарного активного сопротивления R> потерь катушки индуктивности и конденсатора, резонансная частота оЬ последовательного колебательного контура 5 и другие параметры.

1810839

35

50

t ц t,If > <в,l,(r1, ",) а „1

Ф

0о 002 000 . где K l =- —, К2 == — — --. Кз =-. — — - - отношеО1 02 Uз ния амплитуд напряжений на входе к выходу последовательного колебательного контура на трех частотах в1. в2 и (хб входных сигналов. соответственно.

Далее процесс измерения параметров последовательного колебательного контура

5 повторяется до осуществления в блоке 13 управления (фиг.3) "Останов", Блок 13 управления (фиг.3) содержит два ключа 15 и 16, троичный счетчик 17, триггер 18 и два элемента задержки 19 и 20.

При этом вычислительный блок 14 через ключ 15 соединен с троичным счетчиком 17 и через триггер 18 соединенс управляющим входом управляемого ключа 4, с первым входом преобразователя 10 частота-код, через элемент задержки 19 соединен с пер-. вым входом первого преобразователя 11 напряжение-код. э через элементы задержки 19 и 20 соединен с первым входом второго преобразователя 12 напряжение-код.

При "Пуске" через ключ 16 на второй вход триггера 18 подается положительное напряжение от источника питания — постоянного напряжения. Выходной сигнал триггера 18 подключает через управляемый ключ 3 пер. вый источник 1 переменного напряжения, первый вход преобразователя 10 частотакод, через элемент задержки 19 первый преобразователь 11 напряжение-код, а через два элемента задержки 19 и 20 второй преобразователь 12 напряжение-частота, После трех сигналов с вычислительного блока

14 о записи в память последовательно трех данных 0)1, U01 и Ul срабатывает троичный счетчик 17, а затем триггер 18, в результате чего подключается управляемым ключом 4 второй источник 2 переменного напряже. ния. После трех сигналов с вычислительного блока 14 о записи в память последовательно трех данных а г, Ups u Uz срабатываеттроичный счетчик 17 и происходит аналогичным образом третий цикл записи данных са, 00з и 0з после чего в вычислительном блоке 14 определяются параметры последовательного колебательного контура и резонансная частота иЪ. Процесс измерения может продолжаться до тех пор пока не будет разомкнут ключ 15 "Останов", Результаты измерения могут быть получены в различном виде (печатном, на мониторе).

Преобразователь 10 частота-код (фиг.4) содержит формирователь 21 импульсов, две схемы совпадения 22 и 23, счетчик 24 импульсов, кварцевый генератор 25 опорной частоты. делитель 26 частоты и схему 27 управления и может быть построен нэ стандартных микросхемах. При этом сигнал с выхода управляемого ключа 4 поступает нэ формирователь 21 импульсов. а сигнал с второго выхода блока 13 управления поступает на вход начала преобразования схемы

27 управления, с выхода которой сигнал готовности данных поступает на шестой вход разрешения записи в память вычислительного блока 14. Разрядные выходы кода счетчика 24 импульсов соединены с пятым входом данных вычислительного блока 14. В качестве схемы 27 управления может быть использован интервальный таймер (КР580ВИ53), который представляет собой программируемый таймер-счетчик, в котором имеется возможность схемотехнического уп равляемого строба (см.

Микропроцессоры. Под ред. Л.Н.Преснухина, Минск, Высшая школа, том 1, 1987, стр.

167).

Преобразователи 11 и 12 напряжениекод (фиг,а,б) аналогичны и содержат амплитудные детекторы 28 и 30 и функционально закончен н ые аналого-цифровые и реоб разователи 29 и 31 типа К1113ПВ1, в которых имеются клеммы 10-разрядного цифрового выхода, готовности данных. а также питания и аналогового входа. При поступлении сигнала с блока 13 управления на АЦП 29 и 31 в ечение 35 мксек осуществляется преобразование сигнала в код и после передачи сигнала готовность нэ вход разрешения записи осуществляется запись разрядного кода в память вычислительного блока 14

В качестве вычислительного блока 14 могут быть использованы стандартные микропроцессорные наборы, которые могут реализовать функции выполнения предлагаемого решения (cM. Микропроцессоры. Под ред. Л:Н.Преснухина, Минск. Высшая школа, том 1 и 2, 1987).

Комплексное напряжение в измерительной цепи (фиг,1) последовательного колебательного контура 5 с нагрузочным сопротивлением 9 — R .

Uo = 0вых+ — (Rx +J < > х — ) — ). вых 1

Йн мСх (1)

Проходное комплексное сопротивление

Uo 1 н = (R + Rx ) + J (re) Lx — )

Овых ИСх (2)

Модули комплексного напряжения есть наблюдаемые амплитуды напряже(2) K Ru =(й„) Rx) +(о)(— — — ) (3)

2 2 2 1 г

О Сх 5

В

В результате математической обработки наблюдаемых частот входных сигналов и амплитуд напряжений определяются значения L> и Сх раздельно от сопротивления

10 потерь Rx, а затем и значения резонансной частоты последовательного колебательного контура, позволяет расширить функциональные возможности измерительных устройств подобного типа, упрощается

15 настройка таких устройств.

В последовательном колебательном контуре резонансные частоты, соответствующие максимуму резонансного пика напряжения на конденсаторе и на катушке

20 индуктивности, не равны собственной частоте колебательного контура о)х (фиг,2). (4) 2

Сх (10) ний. соответс1венно, ) огда квадрат модуля

Uo где К = — — — — отношение амплитуды на0вых пряжения на входе цепи Up к амплитуде напряжения на выходе цепи 0вых.

Преобразуем (3) у2 R 2 ((RH + )2 2 — L)+

Сх

При измерениях на трех частотах в1, (и со3 входных сигналов получим систему из трех уравнений с тремя неизвестными Lx, Сх и Rx.

y ", (0, (оЭг -03 а) t K г (d г(гдъ я1) t k з 6) (Ы я ) г, г)(„г г)(г г) К) (н =((Рн+ йх) — 2 ")+

Сх

+04 lx + г )1 Сх

К2 Йн = (((н + х) 2 )+

2 2 2 Lõ

Сх

2 2

+сщ (, +-— о Сг (5) К3 R„= ((Йн + Rx) 2 )+

2 2 2 (х

Сх ггг)fKú (a гг ) г г — )Фг гг ыг) %(,гг гг ) U01 0()2 003 где К) = —, Кг =, К3 = — — отношеUi U2 03 ния амплитуд напряжений на трех частотах (о), й)2, <о3 входных сигналов, соответственно.

Решение (5)

),„-н„ г г)(„ г г)(„ г гг )

1 с„ г

, )(ггг-сд )(

< i (> -Ù-хг (гг,-гг*,) х,(гг,-и,) 25 где г() „, и вх) — резонансные частоты, соответствующие пику напряжений на конденсаторе и на катушке индуктивности, соответственно, В предлагаемом устройстве резонансная частота, соответствующая пику напряжения на конденсаторе. определяется согласно (8) на частотах N), вг, и3 входных сигналов (см. фиг.2), а резонансная частота а)х, соответствующая пику напряжения на катушке индуктивности, определяется согласно (8) на частотах а4, в5, вб входных сигналов (см. фиг.2), Соответственно, резонансная частота колебательной системы определяется согласно (10).

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определить резонансные частоты ги„, и u)XL, соответствующих пику, напряжений на конденсаторе и катушки индуктивности и собственную частоту о)х.

Кроме того, из полученных данных (6), (7), (8) и (9) по соответствующим алгоритмам определяются; — волновое сопротивление р =

Сх

50 — добротность последовательного колебательного контура 0 = - ;

Rõ — степень успокоения P = 1/20:

55 — частота свобщ ных затухающих колебаний исв =й>х V 1 — /У .

Таким образом, только предлагаемым устройством можно иэмеригь значение собственной резонансной члсготы

18 t0839

Ю (11) Lx(t)= Lxo+ 1 х(1) t °

При времени тактовых измерений At на фиксированных частотах (d>, а2, аз, индуктивность будет изменяться: в первом такте — на Л С, во втором — на 2 Л С и в третьем— на 3 Л .

Сумма динамических, погрешностей тактовых измерений может быть равна нулю при положительном значении Л U bix в одном каком-либо такте измерения и отрицательных значениях в двух других тактовых измерениях и наоборот.

Из подстановки тактовых значений Lx(t) в (5) решении системы уравнений и преобразовании для минимального значения динамической погрешности Лд было получено соотношение

ЗО

2 г г Я (12) которое выполняется при соотношении частот в : ар-; вз =. t, что не имеет смысла.

Поэтому выбираются соотношения частот близкими к единице из условия простоты 4О вычислительных операций N> .ñà:аз =

= 3:4:5, при которых динамическая погрешность Л д будет мала в достаточной степени.

Формула изобретения

Устройство для измерения резонансной 45 частоты последовательного колебательного контура, содержащее два источника переменного напряжения, два преобразователя и, без предварительного определения добротности Q или степени успокоения j3 последовательного колебательного контура.

Выбор соотношения между частотами

o», cog, oe ((w, о 5, ме) входных сигналов on- 5 ределяется из минимальной динамической погрешности Л д, возникающей при изменении индуктивности Lx последовательного колебательного контура по линейному закону в процессе трехтактовых измерений при 1О постоянных других параметров. напряжение-код. упранляемый ключ, эга лонный резистор, один вывод которого соединен с общей шиной, блок управления и вычислительный блок, выходы первого и второго источников переменного напряжения соединены соответственно с первым и вторым входными контактами управляемого ключа, переключающийся вывод которого подключен к первому входу первого преобразователя напряжение-код, первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй выход первого преобразователя напряжение-код соединен с вторым входом вычислительного блока, первый выход второго преобразователя напряжение-код подключен к третьему входу вычислительного блока, второй выход второго и реобразователя напряжение-код соединен с четвертым входом вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющим входом управляемого ключа. вторым входом первого преобразователя напряжение-код и вторым входом второго преобразователя напряжение-код, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены преобразователь частота-код и третий источник переменного напряжения, выход которого соединен.с третьим входным контактом управляемого ключа, переключающийся вывод которого подключен к первому входу преобразователя частота-код, к второму входу преобразователя частота-код подключен четвертый выход блока управления, первый выход преобразователя частота-код соединен с пятым входом вычислительного блока, второй выход преобразователя частота-код соединен с шестым входом вычислительного блока, переключающийся вывод управляемого ключа через последовательный колебательный контур соединен с первым входом второго преобразователя напряжение-код и с вторыми выводами эталонного резистора, 1810839 к11 к12

1!уск

4иг.3 к14

Фиг.4

Фиг. 5

Редактор Т.Иванова

Корректор В.Петраш

Заказ 1444 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

r от 14 б ! Остан

Составитель Т.Рзаев

Техред M,Ìîðãåíòàë к4 к10