DE2744122C3

DE2744122C3 - Meßeinrichtung zur Messung von Parametern von Schwingkreis-Bauelementen

Info

Publication number: DE2744122C3
Application number: DE2744122A
Authority: DE
Inventors: Viktor Viktorovitsch Molotschnikov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE2744122B2; JPS5388769A; GB1550062A; FR2366575A1; CS196800B1; SU750389A1; FR2366575B1; US4136313A; DE2744122A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Messung von Parametern von Schwingkreis-Bauelementen.

Die Meßeinrichtung wird im wesentlichen zur Güte(faktor-)messung von Induktionsspulen, zur Messung des dielektrischen Verlustfaktors von Kondensatoren sowie zur Messung von Wirkwiderstand, Kapazität und dielektrischem Verlustfaktor von Isolierstoffen angewendet. Sie kann auch zur Parametermessung von sonstigen linearen und nichtlinearen Bauelementen der Nachrichtentechnik eingesetzt werden.

Bestehende Meßeinrichtungen für Bauelemente eines

Schwingkreises im UKW- und UHF-Bereich ermöglichcn nur manuell gesteuerte Messungen mit großen Ungenauigkeiten und nur von linearen Bauelementen eines Schwingkreises.

Die Steigerung der Meßgenauigkeit im Ultrakurzwellen- und Höchstfrequenzbereich, die Parametermessung sowohl linearer als auch nichtlinearer nachrichtentechnischer Bauelemente in kleinen und mittleren elektromagnetischen Feldern sowie die Zunahme der Meßgeschwindigkeit erfordern die Schaffung automatisierter digitaler Präzisions-Meßeinrichtungen für Bauelemente.

Eine Meßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist den Erfindern bekanntgeworden (vgL auch den damit weitgehend übereinstimmenden SU-Erfinderschein 5 19 650).

Diese Meßeinrichtung weist auch einen Treppenspannungsgenerator auf, der an den ersten und den zweiten Differenzierer angeschlossen und elektrisch mit dem Frequenzmodulator verbunden ist Es ist auch ein Verstärker vorgesehen, von dem ein Steuereingang mit dem Treppenspannungsgenerator, der Ausgang mit dem Steuereingang des Frequenzmodulators und ein zweiter Eingang mit dem zweiten Differenzierer verbunden sind. Die genannte Meßeinrichtung enthält auch einen an den zweiten Differenzierer angeschlossenen und mit dem Verstärkereingang verbundenen Abschwächer sowie einen Subtrahierer, der ebenfalls an den Verstärker, den Abschwächer und an den ersten und den zweiten Differenzierer angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Subtrahierers mit der Parameteranzeigeeinrichtung verbunden ist.

Diese Meßeinrichtung besitzt einen hohen Parametermeßfehler in einem breiten Frequenzbereich wegen einer Frequenzabhängigkeit der Transformationskoeffizienten der Koppelglieder der Meßstufe sowie wegen mangelnder Konstanz der Eingangsspannung der Meßstufe, weil die zweite Frequenzableitung des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises in der genannten Meßeinrichtung als analoge absolute Größe zur Parametermessung benutzt wird und von den Transformationskoeffizienten der Koppelglieder und von dem absoluten Wert der Eingangsspannung der Meßstufe abhängig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zur Messung von Parametern von Schwingkreis-Bauelementen zu schaffen, bei der die Frequenzabhängigkeit der Transformationskoeffizienten der Koppelglieder der Meßstufe beseitigt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.

Zweckmäßig ist die Lehre nach dem Patentanspruch 2.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung weist eine erhöhte Genauigkeit der Parametermessung auf, weil der Meßfehler nur durch den Frequenzmeßfehler

W) gegeben ist. Außerdem ist die gleichzeitige Untersuchung beider Äste des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises gewährleistet, was den Meßfehler kleinerer Parameter (Güten), der durch die Unsymmetrie des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises

h bedingt ist, eliminiert. In Verbindung damit, daß bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ein Meßfehler wegen Frequenzabhängigkeit der Übertragungsfaktoren der Koppelglieder der Meßstufe völlig ausgeschlos-

sen ist, wird die Genauigkeit z.B. der Gütemessung insbesondere im Hochfrequenzbereich um 20% gegenüber den bekannten Meßeinrichtungen gesteigert

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.2a, 2b, 2c Signale an den Ausgängen von Gliedern der Meßeinrichtung bei Resonanzfrequenzabstimmung,

Fig.3a, 3b, 3c Signale an den Ausgängen von Gliedern der Meßeinrichtung bei Durchlaßfrequenzband-Betrieb (Abtrennung bzw. Verfügung).

Die Meßeinrichtung zur Messung von Parametern von Schwingkreis-Bauelementen enthält eine erste Steuereinheit 1 (Fig. 1), die einen Nulldurchgangs-Fühler 2 und einen Sägezahnspannungsgenerator 3, welche in Reihe geschaltet sind, aufweist Der Sägezahnspannungsgenerator 3 ist elektrisch mit einem Hochfrequenzgenerator 4 verbunden, der an einen Frequenzmodulator 5 angeschlossen ist, dessen Ausgang an einer Meßstufe 6 liegt, der mit den Bauelementen, deren Parameter bestimmt werden, in elektrischer Verbindung steht Als Frequenzmodulator 5 findet ein abgeglichener Frequenzmodulator Verwendung.

Die Meßeinrichtung enthält auch einen ersten Differenzierer 7 zum Erzeugen der ersten Frequenzableitung der frequenzabhängigen Amplitude des Ausgangssignals eines vorgeschalteten Amplitudenmodulators 9 (dieses Ausgangssignal entspricht also dem Amplitudenfrequenzgang des Schwingkreises), der an den Nulldurchgangs-Fühler 2 und einen zweiten Differenzierer 8 zum Erzeugen der zweiten Frequenzableitung der frequenzabhängigen Amplitude des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators 9 angeschlossen ist, der ebenfalls an die Meßstufe 6 angeschlossen ist Der zweite Eingang 10 des Frequenzmodulators 5 ist elektrisch über einen Schalter !1 mit einem Niederfrequenzgenerator 12 verbunden. Es ist auch eine zweite Steuereinheit 13 vorgesehen, die einen Nulldurchgangs-Fühler 14 und einen Sägezahnspannungsgenerator 15, die in Serie geschaltet sind, aufweist.

Die Meßeinrichtung enthält ferner einen Speicher 16, der an den Sägezahnspannungsgenerator 15 und den Niederfrequenzgenerator 12 angeschlossen ist. Der Speicher 16 ist für sich allgemein bekannt

Es ist ein ebenfalls allgemein für sich bekannter Frequenzverhältnismesser 17 vorgesehen, der an den Niederfrequenzgenerator 12 und den Hochfrequenzgenerator 4 angeschlossen ist Die Meßeinrichtung enthält einen Speicher 18, der dem Speicher 16 ähnlich ist und die elektrische Verbindung des Hochfrequenzgenerators 4 mit der Steuereinheit 1 herstellt. Es ist auch eine dritte Steuereinheit 19 vorgesehen, die als Reihenschaltung von Multivibrator und Frequenzteiler ausgeführt und an die Differenzierer 7 und 8, den Schalter 11, an den ersten und zweiten Speicher 16 und 18 und an den Steuereingang 20 des Frequenzmodulators 5 angeschlossen ist.

Die Meßeinrichtung w< V. üuch eine Phasenumkehrstufe 21 auf, die die elektrische Verbindung des Niederfrequenzgenerators 12 mit dem Frequenzmodulator 5 herstellt und mit dem Steuereingang an die dritte Steuereinheit 19 angeschlossen ist

Im Fall der Gütemessung einer Induktionsspule 22 wird diese unmittelbar an die Meßstufe 6 angeschlossen. Im Fall der Gütemessung eines Kondensators 23 wird dieser einschließlich einer ihm zugeordneten Induktionsspule, die anstelle der Induktionsspule 22 angeschlossen wird, an die Meßstufe 6 angeschlossen.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Meßeinrichtung zeigen F i g. 2 und 3 Ausgangsspannungen, wobei die Frequenz auf der Abszissenachse und die Spannung auf der Ordinatenachse aufgetragen ist Dabei zeigt Fig.2 Schaubilder, die die Funktion der Meßeinrichtung im Betriebszustand der Abstimmung des Hochfrequenzgenerators 4 auf die Resonanzfre-ο quenz des Schwingkreises erläutern, nämlich F i g. 2a die Ausgangsspannung U\ des Amplitudenmodulators 9, F i g. 2b die Ausgangsspannung Lh des Differenzierers 7 sowie F i g. 2c Ausgangsspannung Lh des Speichers 18 darstellen. F i g. 3 zeigt Schaubilder, die die Funktion der Meßeinrichtung bei Durchlaßfrequenzband-Abtrennung zwischen den Wendepunkten des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises erläutern, nämlich F i g. 3a die Ausgangsspannung £/» des Amplitudenmodulators 9, Fig.3b die Ausgangsspannung Us des Differenzierers 8 und F i g. 3c die Ausgangsspannung Lk des Speichers 16.

Die Meßeinrichtung arbeitet folgendermaßen:
Im Resonanzfrequenzsuchbetrieb öffnet die Steuereinheit 19 (Fig. 1) für eine vorgegebene Zeit den Speicher 18, schließt den Speicher 16 und den Schalter 11 und führt den Frequenzmodulator 5 in den Hochfrequenzabtrennbetrieb über. In dieser Zeit erzeugt der Sägezahnspannungsgenerator 3 eine linear zeitveränderliche Spannung LZ₃ (Fig.2c). Durch diese Spannung wird die Frequenz der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators 4 geändert, die über den Frequenzmodulator 5 dem Eingang der Meßstufe 6 zugeführt wird. Beim Anschluß der zu untersuchenden Bauelemente, d. h. der Induktionsspule 22 und des Kondensators 23, an die Meßstufe 6 wird die Meßstufe 6 zu einem Schwingkreis.

Nach dem Durchgang der Hochfrequenzspannurig mit veränderlicher Frequenz durch den Schwingkreis und den Amplitudenmodulator 9 wird diese in die zeitveränderliche und dem Amplitudenfrequenzgang des zu untersuchenden Schwingkreises entsprechende Spannung U\ (F i g. 2a) umgeformt

Der durch die Steuereinheit 19 gesteuerte Differenzierer 7 (Fig. 1) differenziert diese Spannung U\, wodurch an ihrem Ausgang die Spannung Lh (F i g. 2b) auftritt, die der ersten Frequenzableitung des Amplitudenfrequenzgangs des Schwingkreises proportional ist
Mit dieser Spannung i/2 wird der Nulldurchgangs-Fühler 2 (Fig. 1) gesteuert der seinerseits den Sägezahnspannungsgenerator 3 steuert und beim Nulldurchgang dieser Spannung i/2 (Fig.2b) am Ausgang des Sägezahnspannungsgenerators 3 die Gleichspannung Ui (F i g. 2c) einstellt die die Frequenz der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators 4 (F i g. 1) festlegt, die gleich der Eigenresonanzfrequenz des Schwingkreises ist.

Im Durchlaßfrequenzband-Betrieb schließt die Steuereinheit 19 für eine vorgegebene Zeit den Speicher 18, öffnet den Speicher 16 und den Schalter 11 und führt

bo den Frequenzmodulator 5 in den Niederfrequenz-(Abtrenn)-Betrieb über. Während dieser Zeit wird im Speicher 18 die Spannung Lk (F i g. 3c) und folglich die Frequenz der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators 4 (Fig. 1), die gleich der Eigenresonanzfre-

b5 quenz des erwähnten Schwingkreises ist gespeichert

In dieser Zeit erzeugt der Sägezahnspannungsgenerator 15 die Spannung Ut (F i g. 3c), die sich zeitlich linear ändert. Durch diese Spannung Ut wird die

Frequenz der Ausgangsspannung des Niederfrequenzgenerators 12 (F i g. 1) geändert, die über die Phasenumkehrstufe 21 und den Schalter 11 dem Eingang des Frequenzmodulators 5 zugeführt wird.

Durch die Einwirkung von zwei Spannungen mit den Frequenzen / und Fauf den Frequenzmodulator 5 wird an seinem Ausgang eine Spannung mit folgender Frequenz /erzeugt:

/o = Frequenz des Hochfrequenzgenerators,
F = Frequenz des Niederfrequenzgenerators.

Nach dem Durchgang durch den Schwingkreis und den Amplitudenmodulator wird die Hochfrequenzspannung mit veränderlicher Frequenz in die zeitveränderliche, dem Amplitudenfrequenzgang des zu untersuchenden Schwingkreises entsprechende Spannung £Λ (Fig.3a) umgeformt Der durch die Steuereinheit 1 gesteuerte zweite Differenzierer 8 (F i g. 1) differenziert die Spannung U* (F i g. 3a), wodurch an seinen Ausgang die Spannung Us (Fig.3b) auftritt, die der zweiten Frequenzableitung der frequenzabhängigen Amplitude des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators 8 und damit dem Amplitudenfrequenzgang des Schwingkreises proportional ist

Mit dieser Spannung wird der Nulldurchgangs-Fühier 14 (F i g. 1) gesteuert, der seinerseits den Sägezahnspannungsgenerator 115 steuert und beim Nulldurchgang der Spannung i/₅ (Fig.3b) an seinem Ausgang die Gleichspannung L4 (F i g. 3c) einstellt, die die Frequen; der Ausgangsspannung des Niederfrequenzgenerator 12 (Fig. 1) festlegt, die die halbe Bandbreite de Schwingkreises zwischen den Wendepunkten seine; Amplitudenfrequenzgangs beträgt.

Die durch die Steuereinheit 19 gesteuerte Phasenum kehrstufe 21 gewährleistet eine gleichzeitige diskret* Verarbeitung beider Äste des Amplitudenfrequenz gangs des Schwingkreises, wodurch beim Messer

ίο kleinerer Gütewerte der Mittelwert der halber Bandbreite des linken und rechten Astes des Amplitu denfrequenzgangs des Schwingkreises ermittelt wird.

Der Übergang von dem Resonanzfrequenzsuchbe trieb zum Durchlaßfrequenzband-Betrieb wird automa

is tisch in vorgegebenen Zeitintervallen durch di« Steuereinheit 19 bewirkt Dabei wird die Güte Q all Frequenzverhältnis ermittelt:

Q = 0,707·-^ = 0,707

IF

Die Güte Q wird unmittelbar mit dem Frequenzverhältnismesser 17 gemessen, mit dem auch die vorgegebene Betriebsfrequenz gemessen wird, mit der die Gütemessung erfolgt Dabei wird die Betriebsfrequenz mit dem Drehkondensator des Frequenzverhältnismessers 17 eingestellt

Im Vergleich zu den bekannten Meßeinrichtungen zeigt die erfindungsgemäße eine erhöhte Meßgenauigkeit der Gütemessung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung zur Messung von Parametern von Schwingkreis-Bauelementen,
bei der eine erste Steuereinheit mit einem Sägezahnspannungsgenerator an einen Hochfrequenzgenerator und dieser an einen Frequenzmodulator angeschlossen ist,

dessen Ausgang an einer Meßstufe liegt, die mit den in ihren Parametern zu messenden Bauelementen verbunden ist, und

bei der der Meßstufe über einen Amplitudenmodulator parallel ein erster und ein zweiter Differenzierer zum Erzeugen der ersten bzw. der zweiten Frequenzableitung der frequenzabhängigen Amplitude des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators nachgeschaltet sind, und
bei der dem ersten Differenzierer ein den Nulldurchgang von dessen Ausgangssignal erfassender NuII-durchgangs-Fühler der ersten Steuereinheit nachgeschaltet ist,

gekennzeichnet durch
einen Niederfrequenzgenerator (12), der über einen Schalter (11) dem Frequenzmodulator (5) vorgeschaltet ist,

eine dem zweiten Differenzierer (8) nachgeschaltete zweite Steuereinheit (13), die reihengeschaltet einen den Nulldurchgang des Ausgangssignals des zweiten Differenzierers (8) erfassenden Nulldurchgangs-Fühler (14) und einen Sägezahnspannungsgenerator (15) aufweist,

einen den Sägezahnspannungsgenerator (15) der zweiten Steuereinheit (13) mit dem Niederfrequenzgenerator (12) verbindenden ersten Speicher (16),
einen an die Ausgänge des Nieder- und des Hochfrequenzgenerators (12; 4) angeschlossenen Frequenzverhältnismesser (17) zum Messen des Verhältnisses von Nieder- und Hochfrequenz für die Abgabe des Parameter-Meßergebnisses,
einen die erste Steuereinheit (1) mit dem Hochfrequenzgenerator (4) verbindenden zweiten Speicher (18) und

eine dritte Steuereinheit (19)
— zur Beaufschlagung des ersten und des zweiten Differenzierers (7, 8), des Schalters (11), des ersten und des zweiten Speichers (16; 18) sowie eines Steuereingangs (20) des Frequenzmodulators (5).

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Phasenumkehrstufe (21), die den Niederfrequenzgenerator (12) mit dem Frequenzmodulator (5) verbindet und von der ein Steuereingang an die dritte Steuereinheit (19) angeschlossen ist.