Устройство для измерения собственной частоты резонансной системы

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах определения параметров резонансных систем. Целью изобретения является повышение точности измерения. В устройстве производится определение экстремального значения напряжения амплитудно-частотной характеристики исследуемой резонансной системы. Измерение частот производится в точках опорного уровня U оп с измеряемым сигналом U изм. Использование в устройстве генератора меандра, формирователя треугольных импульсов, логического элемента и линии задержек позволяет уменьшить погрешность измерения, обусловленную временными задержками аппаратуры, в частности компаратора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 27 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НО1",1ИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕКИЯ1Л И ОТИРЫТИЯИ

Г1РИ ГКНТ СССР (,21) 4288926/24 — 21 ,(22) 23. 07. 87 ,(46) 07. 08, 90, Бюл. 1! 29 (71) Институт проблем управления ! 72) 3.А. Азмайпар ашнили (53) 621. 317 (088. 8) 56) Авторское свидетельство СССР

11 587415, кл. G 01 R 27/28, .1972.

1,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОБСТРЕННОЙ ЧАСТОТЫ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к измерительной. технике и может быть использовано в устройствах определения параметров резонансных систем. Целью изобретения я;: —.яется повышение точИзобретение относится к и=,мери-! ельной технике и может быть исполь=-. авано .8 устройствах определения пар-. .метров резонансных систем.

Цель из о бр ет ения — по выш ение точ—

Кости из мере!-гия.

На фиг,. 1 показана структурная эртектрическая схема устройства: на ф !г,2 — временная диаrpамма еrо работы, Устр ойство содержит посл едоватрльно соединенные генератор 1 меандр :, формирователь 2 треугольных импульсов, элемент 3 выборки-хранения, управляемый генератор 4, выход которого подсоединен к первой входной кг„емме устройства и к первому входу б!!ока 5 измерения, к второй входной кз1емме устройства подсоединены после— донательно соединенные амплитудный . детектор 6, усилитель 7 и пиковый

„-.,Sg„, 1 583875 ности измерения ° В устройстве производится определение экстремального значения напряжения амплитудно-частотной характеристики исследуемой резонансной системы. Измерение частот пр оиз водится. в точках опорного уровня Uo с измеряемым сигналом

U . Использование в устройстве геИЗ нератора меандра, формирователя треугольных импульсов, логического эле-, мента и линии задержек позволяет уменьшить погрешность измерения,обусловленную временными задержками аппаратуры, в частности компаратора, I э.п, й-лы, 2 ил, детектор 8, вход которого подсоединен к первому входу компаратора 9, а выход компаратора подсоединен к установочному входу RS-триггера 10, ныход усилителя 7 — к второму входу компаратора 9, выход RS-триггера 10 подключен к входу первой линии 11 задержки, к первому входу элемента

H 12 и к управляющему входу элемента 3 выборки-хранения. Выход генера— тора меандра подключен к второму входу элемента И 12, выход которого соединен непосредстненно с Ч вЂ вход записи регистра сдвига 13, а через вторую линию 14 задержки — с тактовым Т-входом. К информац!;онным входам регистра сдвига подключен!.r выходные разряды счетчика 15,,являющиес«! информационными выходами блока 5 измерения, к входу сброса 15 счетчика, являющемуся вторым входам блока

1583875 измерения, чер еэ первый диффер енц иатор 16 подключен выход второй линии

14 задержки. Выходные разряды регистра 13 сдвига подключены к соответ5 ствующим входам индикатора 17, Выход первой линии 11 задержки подключен к входу запуска одновибратора 18, который является третьим входом блока измерения, выход одновибратора 18 1О подключен к управляющему входу ключа 19, являющемуся синхронизирующим выходом блока измерения,который через второй дифференциатор 20 подключен к..входам сброса RS-триггера и пи- 15 кового детектора 8, причем выход ключа 19 подключен к счетному входу счетчика 15. Счетчик 15, одновибратор 18 и ключ 19 образуют блок 5 измерения. 2О

Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора 1 меандра прямоугольные импульсы со скважностью

= 2 (фиг.2а) поступают на вход фор-25 мирователя 2 треугольных импульсов, преобразующего прямоугольные импульсы в симметричные треугольные (фиг. 2б) . Лийейно изменяющийся сигнал поступает на анало говый вход 3О элемента 3, выборки-хранения и в режиме выборки передается на вход управляемого генератора 4 (фиг.2в). Выходная частота управляемого генератора 4 является линейной . функцией входного напряжения f. ц» =

= с (Б „(t)), Hà его выходе возникают высокочастотные колебания, которые подаются на исследуемую. резонансную систему; так как на входе управляемого генератора воздействует линейно. изменяющееся напряжение, на его выходе высокая частота тоже меняется линейным законом, который, воздействуя на исследуемую резонансную систему, на ее выходе вызывает изменение амплитуды напряжения ВЧ-колебания, Послед ний соответствует закону изменения

АЧХ исследуемой резонансной системы и после детектирования на выходе амп- О литудного детектора 6 выделяется огибающая - видеоимпульс (фиг.2г).

Далее видеоимпульс через усилитель 7 поступает на первый вход пико- вого детектора 8 и на второй вход компаратора 9. Пиковый детектор 8 фиксирует экстремальное значение видеоимпульса. Компаратор 9 срабатывает при напряжении на выходе усилителя меньшем, чем экстремальное значение, зафиксированное пиковым детектором

8. При этом компаратор 9 изменяет свое состояние и, воздействуя на установочный вход RS-триггера 10,переводит его в единичное состояние (фиг.2д). Далее сигнал высокого уровня с выхода RS-триггера 10 поступает на управляющий вход элемента 3 выборки-хранения и переводит его в режим хранения. С этого момеита запоминается мгновенное значение напряжения, поступающего от формирователя треугольных импульсов 2. На выходе элемента 3 выборки-хранения фиксируется это напряжение, которое вызывает фиксацию частоты на выходе управляемого генератора 4. На выходе

RS-триггера 10 передний фронт сигнала с помощью первой линии 11 задержки задерживается на 4 З, времени (фиг,2к) и поступает на вход запуска одновибратора 18.

Линия 11 задержки предназначена

1 для задержки положительного фронтa .поступающего на ее вход, на время, необходимое для перехода элемента 3 выборки-хранения из режима выборки в режим хранения с целью предотвращения поступления ложных импульсов на счетчик 15. Одновибратор 18 бормирует прямоугольный импульс (фиг,2л), длительность которого определяет время измерения частоты tö . Положительный прямоугольный импульс открывает ключ 19, измеряемая частота поступает на счетный С-вход счетчика 15 и происходит измерение частоты f . После истечения времени измерения „ „ключ 19 закрывается и на счетчике 15 прекращается прохождение ВЧ-импульсов. К этому времени в счетчике записан код, соответствую= щий частоте f:,. На синхронизирующем выходе блока 5 измерения формируется задний фронт прямоугольного импульса (фиг.2л), что вызывает формирование на выходе второго дифференциатора 20 импульса (фиг.2м), который сбрасывает пиковый детектор

8 и переводит RS-триггер 10 в нуле-. вое состояние. Низкий уровень на выходе RS-триггера воздействует на ,управляющий вход элемента выборкихранения и переводит его из состояния хранения B состояние выборки.

Этим первая половина цикла заканчивается.

5 1583875 6

40

Во второй половине цикла, аналогично изложенному, измеряется частота fg на том же уровне, что и f<.

Разница заключается в том, что напряжение на выходе формирователя треугольных 2 импульсов линейно изменяется в обратную сторону предыдущего.

После завершения измерения частоты в счетчике 15 фиксируется код сум2 мы двух частот f < + f . В следующем цикле измерения перед измерением первой частоты с выхода элемента И 12 (фиг.2ж) передний фронт воздействует на вход записи регистра 13 сдвига и код в счетчике 15, соответствующий сумме f + Й частот, переписывается в регистр 13 сдвига ° Далее с выхода элемента И 12 передний фронт задерживается с помощью второй линии

14 задержки íà d7„з времени (фиг,2з), которое необходимо для записи кода в регистре 1 3 сдвига, и з адержанный передний фронт поступает на тактовый вход регистра 13 сдвига. При этом код, хранившийся в регистре 13 сдвига, сдвигается на один разряд впра— во, а счетчик 15 коротким импульсом с выхода первого дифференциатора )6 (фиг. 2и) сбрасывается в нуль. Таким образом происходит деление кода на два и код в регистре 13 сдвига соответствует выражению (f < + f z) /2.

Таким образом, в устройстве производится определение экстремального значения напряжения АЧХ исследуемой резонансной системы, и на уровне, вблизи экстремального значения, измеряются частоты f, при увеличении частоты и f при уменьшении частоты, среднее значение которых определяет собственную частоту резонансной системы.

Для выбора оптимального быстродействия целесообразно период цикла измерения Т и крутизну характеристики импульсов треугольной формы (фиг.2) выбрать, таким образом, чтобы сохра— н ялись условия где t — временной диапазон измере1 ния собственной частоты; время измерения частоты;

0C „ „- временная задержка линии

11 задержки.

Напряжение Utl в точках В и С (фиг.2б) с абсциссами 3/8 Т и 5/8 Т соответствует верхнему пределу измерения собственной частоты, и напряжение ля в точках Л и D (фнг.26)

Т 7 с абциссами — — и — — Т соответству8 8 ет нижнему пределу измерения.

Формула из обретения

1. Устройство для измерения собственной частоты резонансной системы, содержащее управляемый генератор,вЫход которого подключен к первой входной клемме устройства, блок измерения, к первому входу которого подключен выход управляемого генератора, амплитудный детектор, вход которого подключен к второй входной клемме устройства, компаратор и индикатор, отличающееся тем,что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены последовательно соединенные генератор меандра, формирователь треугольных импульсов, и элемент выборки-хранения,первую и вторую линии задержки, элемент

И, усилитель, первый и второй дифференциаторы, пиковый детектор, регистр сдвига и RS-триггер, причем выход

RS-триггера подключен к входу первой линии задержки, к первому входу элемента И и к управляющему входу элемента выборки-хранения, выход которого подключен к входу управляемого генератора, выход генератора меандра подключен к второму входу элемента

И, выход которого соединен с входом записи регистра сдвига непосредственно и через вторую линию задержки с тактовым входом регистра сдвига, к информационным входам регистра сдви г а подключ ены инфо р маци онны е выходы блока измерения, к второму входу блока измерения через первый дифференциатор подключен выход второй линии задержки, выходные разряды регистра сдвига подключены к соответствующим входам индикатора, г:.аход первой линии задержки подключен к третьему входу блока измерения,синхр онизирующий выход котор ого чер ез второй дифференциатор соединен с входом сброса RS — триггера и входом сброса пикового детектора, выход которого через компаратор подключен к установочному входу RS-триггера, выход амплитудного детектора через усилитель соединен с входом пиково1583875

Составитель В.Величкин

Хехред JI,Ñåðäþêoâà Корректор 0, Кравцова;

Редактор А.Козориз

Заказ 2252 Тираж 55ч Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1lI3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. ужгород, ул. Гагарина, 101 и н r го детектора и с вторым входом кгми аратор а.

2. 3 стр оиство IIQ II I o T JI B ч ающе е с я тем, чтоблокизмерения выполнен в виде одновибратора, счетчика и ключа, вход которого соединен с первым входом блока измере ния, а выход подключен к счетному входу счетчика, выходные разряды четчика соединены с информанионными выходами блока измерения, а вход сброса счетчика — с вторым входом блока измерения, третий вход блока измерения соединен с входом запуска одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу ключа и к синхронизирующему выходу блока изме1О р ения.