RU2005304C1 - Resonance frequency meter of oscillatory system - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и предназначено дл  измерени  резонансной частоты преимущественно низкодобротных колебательных систем. Оно может быть использовано дл  измерени  резонансной частоты колебательных контуров, длительных линий с распределенными параметрами, объемных резонаторов , имеющих большие электромагнитные потери . Сущность изобретени : целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  и чувствительности измерител  Цель достигаетс  тем, что устройство снабжено первым и вторым D-тригге- рами, вторым элементом выборки-хранени  разностным усилителем, вторым пиковым детектором, вторым компаратором и элементом И-НЕ 2 илUsage: the invention relates to radio measurement technology and is intended to measure the resonant frequency of predominantly low-Q oscillatory systems. It can be used to measure the resonant frequency of oscillatory circuits, long lines with distributed parameters, and volume resonators having large electromagnetic losses. SUMMARY OF THE INVENTION The aim of the invention is to increase the measurement accuracy and sensitivity of the meter. The object is achieved by the fact that the device is equipped with first and second D-flip-flops, a second sample-storage element with a difference amplifier, a second peak detector, a second comparator and an N-NOT 2 element

Description

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и предназначено дл  измерени  резонансной частоты преимущественно низкодобротных колебательных систем. Оно может быть использовано дл  измере- ни  резонансной частоты колебательных контуров, длинных линий с распределенными параметрами, объемных резонаторов, имеющих большие электромагнитные потери , в цифровом виде,The invention relates to radio measurement technology and is intended to measure the resonant frequency of predominantly low-Q oscillatory systems. It can be used to measure the resonant frequency of oscillatory circuits, long lines with distributed parameters, volume resonators with large electromagnetic losses, in digital form,

Известен измеритель частотных динамических параметров кварцевых резонаторов 1, содержащий автогенератор, частотомер, исследуемый четырехполюсник с кварцевым резонатором, амплитуд- ный детектор, усилитель, индикатор, пороговое устройство, симметричный триггер и интегратор.A known instrument for measuring the dynamic frequency parameters of quartz resonators 1, comprising a self-oscillator, a frequency meter, a four-terminal with a quartz resonator, an amplitude detector, an amplifier, an indicator, a threshold device, a symmetric trigger, and an integrator.

Недостатком данного измерител   вл етс  зависимость точности измерени  от ве- личины динамического сопротивлени  -исследуемого четырехполюсника и от отношени  периода качани  генератора к периоду отсчета частоты, а эти параметры завис т от добротности исследуемой коле- бательной системы. С ухудшением добротности последнего значительно возрастает погрешность измерени  резонансной частоты .The disadvantage of this meter is the dependence of the measurement accuracy on the value of the dynamic resistance of the investigated four-terminal network and on the ratio of the oscillation period of the generator to the frequency reference period, and these parameters depend on the quality factor of the studied oscillatory system. With a deterioration in the quality factor of the latter, the error in measuring the resonant frequency increases significantly.

Наиболее близким техническим реше- нием к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  собственной частоты резонансной системы 2, содержащее последовательно соединенные генератор меандра, формирователь треугольных импульсов, элемент выборки хранени , управл емый генератор, выход которого подсоединен к первой входной клемме устройства и к первому входу блока измерени , к второй входной клемме устройства подсоединены последовательно соединенные амплитудный детектор, усилитель и пиковый детектор , вход которого подсоединен к первому входу компаратора, а выход компаратора подсоединен к установочному входу RS- триггера, выход усилител  - к второму входу компаратора, выход RS-триггерз подключен к входу первой линии задержки, к первому входу элемента И и к управл ющему входу элемента выборки-хранени . Выход генера- тора меандра подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен непосредственно с V-входом записи регистра сдвига, а через вторую линию задержки - с тактовым Т-входом. К информационным входам регистра сдвига подключены выходные разр ды счетчика,  вл ющиес  информационными выходами блока измерени , к выходу сброса счетчика,  вл ющемус  вторым входом блока измерени , через первыйThe closest technical solution to the proposed one is a device for measuring the natural frequency of a resonance system 2, comprising serially connected a meander generator, a triangular pulse generator, a storage sampling element, a controlled generator, the output of which is connected to the first input terminal of the device and to the first input of the unit measurement, to the second input terminal of the device are connected in series connected amplitude detector, amplifier and peak detector, the input of which is connected to vomu input of the comparator, and the comparator output is connected to the mounting RS- trigger input, the amplifier output - to the second input of the comparator, the output RS-triggerz connected to the input of the first delay line to first input of AND gate and to the control input of the sample-storage element. The output of the meander generator is connected to the second input of the And element, the output of which is connected directly to the V-input of the shift register record, and through the second delay line to the clock T-input. To the information inputs of the shift register are connected the output bits of the counter, which are the information outputs of the measurement unit, to the reset output of the counter, which is the second input of the measurement unit, through the first

дифференциатор подключен выход второй линии задержки. Выходные разр ды регистра сдвига подключены к соответствующим входам индикатора. Выход первой линии задержки подключен к входу запуска одновиб- ратора, который  вл етс  третьим входом блока измерени , выход одновибратора подключен к управл ющему входу ключа,  вл ющемус  синхронизирующим выходом блока измерени , который через второй дифференциатор подключен к входам сброса RS- триггера и пикового детектора, причем выход ключа подключен к счетному входу счетчика,- Счетчик, одновибратор и ключ образуют блок измерени . Это устройство с высокой точностью измер ет собственную частоту низкодобротных колебательных систем, но только преимущественно при симметричной АЧХ резонансной системы и при линейной характеристике функции преобразовани  напр жени  в частоту управл емого генератора. На практике характеристика управл емого генератора нелинейна, вследствие чего точность измерени  собственной частоты, особенно дл  низкодобротных колебательных систем, ухудшаетс . Чтобы устранить этот недостаток , необходимо приблизитьс  к экстремальному значению резонансной кривой АЧХ колебательной системы и на более близком уровне измерить частоты fi и fa, но вблизи экстремального значени  про вл етс  нестабильность срабатывани  компаратора, вызванна  крутизной характеристики резонансного импульса и зоной нечувствительности компаратора, что в итоге приводит к нестабильности результата измерени .a differentiator is connected to the output of the second delay line. The output bits of the shift register are connected to the corresponding inputs of the indicator. The output of the first delay line is connected to the start input of the one-shot, which is the third input of the measurement unit, the output of the single-shot is connected to the control input of the key, which is the clock output of the measurement unit, which is connected through the second differentiator to the reset inputs of the RS-trigger and peak detector and the output of the key is connected to the counter input of the counter, - The counter, one-shot and key form a measurement unit. This device measures with high accuracy the natural frequency of low-Q oscillatory systems, but only mainly with a symmetric frequency response of the resonant system and with a linear characteristic of the function of converting the voltage to the frequency of the controlled oscillator. In practice, the characteristic of the controlled oscillator is non-linear, as a result of which the accuracy of measuring the natural frequency, especially for low-Q oscillatory systems, is degraded. To eliminate this drawback, it is necessary to approach the extreme value of the resonance curve of the frequency response of the oscillatory system and measure the frequencies fi and fa at a closer level, but near the extreme value, the comparator is unstable due to the steepness of the resonant pulse characteristic and the dead band of the comparator, which ultimately leads to instability of the measurement result.

В предложенном измерителе указанные недостатки устран ютс  путем двух- этапного определени  экстремального значени : сначала первый пиковый детектор грубо определ ет экстремальное значение , которое фиксируетс  вторым элементом выборки-хранени , разностное напр жение между зафиксированным и экстремальным значени ми усиливаетс  разностным усилителем и вторым пиковым детектором фиксируетс  более точное экстремальное значение, что позвол ет улучшить крутизну характеристики резонансной кривой АЧХ исследуемого объекта вблизи экстремального значени  (раст нуть по.вертикали разностное напр жение) и тем самым уменьшить нестабильность результата измерени  на уровне, более приближенном к точке резонанса. Точки, в которых измер ютс  частоты fi и fa по шкале частот, наход тс  более близко друг от друга на одном уровне, что позвол ет уменьшить погрешность , вызванную нелинейностью характеристики функции преобразовани In the proposed meter, these drawbacks are eliminated by two-stage determination of the extreme value: first, the first peak detector roughly determines the extreme value, which is fixed by the second sample-storage element, the difference voltage between the fixed and extreme values is amplified by the difference amplifier and the second peak detector is fixed more accurate extreme value, which allows to improve the steepness of the characteristic of the resonance curve of the frequency response of the investigated object near the tremalnogo values (po.vertikali stretch the differential voltage) and thereby reduce instability measurement result at a level more approximate to the resonance point. The points at which the frequencies fi and fa are measured on a frequency scale are closer to each other at the same level, which reduces the error caused by the non-linearity of the characteristics of the conversion function

напр жение-частота управл емого генератора , а также уменьшить вли ние асимметрии кривой АЧХ исследуемого объекта и уменьшить нестабильность результата измерени .voltage-frequency of the controlled generator, as well as reduce the influence of the asymmetry of the frequency response curve of the object under study and reduce the instability of the measurement result.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  и чувствительности измерител , преимущественно низкодобротных колебательных систем.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy and sensitivity of meters, mainly low-Q oscillatory systems.

Цель достигаетс  тем, что в измеритель резонансной частоты колебательной системы дополнительно введены первый и второй D- триггеры, последовательно соединенные второй элемент выборки-хранени , разностный усилитель, второй пиковый детектор, второй компаратор и элемент И-НЕ, второй вход элемента И-НЕ соединен с тактовым С-входом первого D-триггера и подключен к выходу первого компаратора, а выход -к тактовому С-входу второго D-триггера, R- вход второго D-триггера соединен с R-вхо- дом первого D-триггера и с входом сброса второго пикового детектора, выход первого D-триггера подключен к управл ющему входу второго элемента выборки-хранени , вход которого соединен с вторым входом разностного усилител  и подключен к входу первого пикового детектора, выход разностного усилител  подключен к второму входу второго компаратора, выход второго D-триггера подключен к управл ющему входу первого элемента выборки-хранени , причем к информационным D-входам первого и второго D-триггеров подключены источники напр жени  высокого уровн , соответствующего логической 1.The goal is achieved in that the first and second D triggers, the second sample-storage element, the difference amplifier, the second peak detector, the second comparator and the AND-NOT element, the second input of the AND-NOT element are additionally inserted into the resonant frequency meter of the oscillatory system with the clock C-input of the first D-trigger and connected to the output of the first comparator, and the output to the clock C-input of the second D-trigger, the R-input of the second D-trigger is connected to the R-input of the first D-trigger and the input reset the second peak detector a, the output of the first D-trigger is connected to the control input of the second sampling-storage element, the input of which is connected to the second input of the difference amplifier and connected to the input of the first peak detector, the output of the difference amplifier is connected to the second input of the second comparator, the output of the second D-trigger is connected to the control input of the first sample-storage element, and high-level voltage sources corresponding to logic 1 are connected to the information D-inputs of the first and second D-flip-flops.

Существенными отличительными признаками в этой совокупности  вл ютс : наличие соответственно соединенных первого и второго D-триггеров, второго элемента выборки-хранени , разностного усилител , второго пикового детектора, второго компаратора и элемента И-НЕ.The salient features in this combination are: the presence of respectively connected first and second D-flip-flops, a second sample-storage element, a difference amplifier, a second peak detector, a second comparator and an NAND element.

Указанные выше признаки, отличающие за вл емое устройство от прототипа, в совокупности обеспечивают по вление у за вл емого объекта нового свойства, состо щего в том, что повышаетс  чувствительность устройства в к раз, уменьшаетс  вли ние асимметрии АЧХ колебательной системы и уменьшаютс  погрешности, вызваннные нелинейностью преобразовани  напр жени - частота управл емого генератора. Таким образом, считаем, что за вл емый объект соответствует критерию существенные отличи .The above characteristics distinguishing the claimed device from the prototype together provide a new property for the claimed object, namely that the sensitivity of the device is increased by several times, the influence of the asymmetry of the frequency response of the oscillatory system is reduced, and the errors caused by it are reduced voltage conversion nonlinearity - frequency of the controlled oscillator. Thus, we believe that the claimed object meets the criterion of significant differences.

Функциональна  схема предложенного измерител  приведена на фиг. 1; временна  диаграмма его работы - на фиг. 2.The functional diagram of the proposed meter is shown in FIG. 1; timing diagram of its operation - in FIG. 2.

Измеритель резонансной частоты колебательной системы содержит последовательно соединенные генератор 1 меандра, формирователь 2 треугольных импульсов, 5 первый элемент 3 выборки-хранени , управл емый генератор 4, выход которого подключен к первой входной клемме устройства и к первому входу блока измерени , а к второй входной клемме устройства под0 ключены последовательно соединенные амплитудный детектор б, усилитель 7, первый пиковый детектор 8, первый компаратор 9, к второму входу которого подключен выход усилител  7. К входу первого пикового де5 тектора также подключены последовательно соединенные второй элемент 10 выборки-хранени , разностный усилитель 11, второй пиковый детектор 12, второй компаратор 13, элемент И-НЕ 14. Второй входThe resonant frequency meter of the oscillatory system contains a serially connected generator 1 meander, shaper 2 triangular pulses, 5 the first element 3 of the sample-storage, controlled generator 4, the output of which is connected to the first input terminal of the device and to the first input of the measuring unit, and to the second input terminal the devices are connected in series with the amplitude detector b, amplifier 7, the first peak detector 8, the first comparator 9, the output of amplifier 7 is connected to the second input of it ovogo de5 detector also connected serially connected second element 10 sample and store, a difference amplifier 11, the second peak detector 12, a second comparator 13, AND-NO element 14. The second input

0 элемента И-НЕ обьединен с тактовым С- входом первого D-триггера 15 и подключен к выходу первого компаратора 9, а выход элемента И-НЕ подключен к тактовому С- входу второго D-триггера 16, R-вход второго0 AND gate NOT connected to the clock C-input of the first D-flip-flop 15 and connected to the output of the first comparator 9, and the output of the gate AND-NOT connected to the clock C-input of the second D-flip-flop 16, R-input of the second

5 D-триггера 16 объединен с входом сброса второго пикового детектора 12, с R-входом первого D-триггера 15 и подключен к входу сброса первого пикового детектора 8. Выход первого D-триггера 15 подключен к уп0 равл ющему входу второго элемента 10 выборки-хранени , вход второго элемента выборки-хранени  соединен с вторым входом разностного усилител , выход разностного усилител  11 подключен к второму5 of the D-trigger 16 is combined with the reset input of the second peak detector 12, with the R-input of the first D-trigger 15 and connected to the reset input of the first peak detector 8. The output of the first D-trigger 15 is connected to the control input of the second sample element 10 storage, the input of the second sample-storage element is connected to the second input of the differential amplifier, the output of the differential amplifier 11 is connected to the second

5 входу второго компаратора 13, Выход второго D-триггера подключен к управл ющему входу первого элемента 3 выборки-хранени , к входу первой линии 17 задержки и к первому входу элемента И 18, причем к информацион0 ным D-входам первого и второго D-триггеров подведено напр жение высокого уровн , соответствующее логической 1. Выход генератора меандра подключен к второму входу элемента Л 18, выход элемен5 та И 18 соединен с входом записи V регистра 19, К информационным входам регистра 19 подключены выходные разр ды счетчика 20,  вл ющиес  информационными выходами блока 5 измерени , к входу R счетчика 20,5 to the input of the second comparator 13, the output of the second D-trigger is connected to the control input of the first element 3 of the sample-storage, to the input of the first delay line 17 and to the first input of the element And 18, and to the information D-inputs of the first and second D-flip-flops a high-level voltage corresponding to logic 1 is applied. The output of the meander generator is connected to the second input of element L 18, the output of element 5 And 18 is connected to the input of record V of register 19, the output bits of counter 20 are connected to the information inputs of register 19, which are information measuring unit 5 outputs, to the input R of the counter 20,

0  вл ющегос  вторым входом блока 5 измерени , через первый дифференциатор 21 подключен выход второй линии 22 задержки . К входу второй линии 22 задержки подключен выход элемента И 18. Выходные0 being the second input of the measuring unit 5, the output of the second delay line 22 is connected through the first differentiator 21. The output of the element And is connected to the input of the second delay line 22

5 разр ды регистра 19 подключены к соответствующим входам блока 23 индикации. Выход первой линии 17 задержки подключен к входу запуска одновибратора 24,  вл ющемус  третьим входом блока 5 измерени , выход одновибратора подключен куправл ющему входу ключа 25 и  вл етс  синхронизирующим выходом блока 5 измерени , который через второй дифференциатор 26 подключен к входу сброса первого пикового детектора 8. Первый вход блока измерени   вл етс  входом ключа 25, а выход ключа 25 подключен к счетному входу счетчика 20. Счетчик 20, одновибратор 24 и ключ 25 образуют блок 5 измерени .5 bits of the register 19 are connected to the corresponding inputs of the display unit 23. The output of the first delay line 17 is connected to the start input of the one-shot 24, which is the third input of the measurement unit 5, the output of the one-shot is connected to the control input of the key 25 and is the clock output of the measurement unit 5, which is connected through the second differentiator 26 to the reset input of the first peak detector 8 The first input of the measuring unit is the input of the key 25, and the output of the key 25 is connected to the counting input of the counter 20. The counter 20, the one-shot 24 and the key 25 form the measuring unit 5.

Измеритель работает следующим образом . В начале работы при включении питани  одновибратор 24 вырабатывает пр моугольный импульс и на выходе второго дифференциатора 26 вырабатываетс  нулевой импульс запуска, благодар  чему устанавливаютс  в исходное состо ние пиковые детекторы 8 и 12 и сбрасываютс  в нуль D-триггеры 15 и 16. Следовательно, на управл ющие входы элементов выборки- хранени  подаютс  напр жени  лог. О и элементы 3 и 10 выборки-хранени  наход т- -с  в режиме выборки. На выходе разностного усилител  напр жение равно нулю, на выходах компараторов 9 и. 13 низкие уровни . С выхода генератора 1 меандра пр моугольные импульсы (фиг. 2а) (со скважностью q 2) поступают на вход формировател  2 треугольных импульсов, который преобразует пр моугольные импульсы в симметричные треугольные импульсы (фиг. 2,6). Линейно измен ющийс  сигнал через первый элемент 3 выборки-хранени  поступает на вход управл емого генератора 4 (фиг, 2,в). Выходна  частота управл емого генератора 4  вл етс  линейной функцией входного напр жени  faux y(UBx(t)), на ее выходе возникают высокочастотные колебани , которые подаютс  на объект исследовани . Т.к. на вход линейно управл емого генератора воздействует линейно измен ющеес  напр жение, то на выходе генератора частота тоже мен етс  по линейному закону, который воздействует на объект исследовани  и на его выходе вызывает изменение амплитуды напр жени  высокочастотного колебани . Изменение амплитуды ВЧ-колебани  соответствует закону изменени  амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) объекта исследовани , и после детектировани  на выходе амплитудного детектора 6 выдел етс  огибающа  - видеоимпульс. Далее видеоимпульс поступает на усилитель 7, с выхода которого он одновременно поступает на входы первого пикового детектора 8, второго элемента 10 выборки-хранени , на первый вход первого компаратора 9 и на второй (пр мой - +) вход разностного усилител  11. Первый D- триггер 15 находитс  в нулевом состо нии, с его выхода напр жение низкого уровн The meter works as follows. At the beginning of operation, when the power is turned on, the single-shot 24 generates a rectangular pulse and a zero start pulse is generated at the output of the second differentiator 26, whereby the peak detectors 8 and 12 are reset and the D-flip-flops 15 and 16 are reset to zero. Therefore, the control The input inputs of the fetch / store elements are supplied with a voltage log. O and sampling-storage elements 3 and 10 are in the - with sampling mode. At the output of the difference amplifier, the voltage is zero, at the outputs of the comparators 9 and. 13 low levels. From the output of the square wave generator 1, rectangular pulses (Fig. 2a) (with a duty cycle of q 2) are fed to the input of the triangular pulse generator 2, which converts the rectangular pulses into symmetrical triangular pulses (Fig. 2.6). The linearly varying signal through the first element 3 of the sample-storage is fed to the input of a controlled generator 4 (Fig. 2c). The output frequency of the controlled oscillator 4 is a linear function of the input voltage faux y (UBx (t)), and high-frequency oscillations occur at its output and are applied to the object under study. Because A linearly varying voltage acts on the input of a linearly controlled generator, then the output frequency of the generator also changes according to a linear law, which affects the object under study and causes a change in the amplitude of the high-frequency oscillation voltage at its output. The change in the amplitude of the RF oscillation corresponds to the law of the change in the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the object under study, and after detection at the output of the amplitude detector 6, an envelope - video pulse is emitted. Next, the video pulse enters the amplifier 7, from the output of which it simultaneously enters the inputs of the first peak detector 8, the second sample-storage element 10, the first input of the first comparator 9 and the second (direct - +) input of the difference amplifier 11. The first D- trigger 15 is in the zero state, with its output low voltage

подаетс  на управл ющий вход второго элемента 10 выборки-хранени , что обусловливает режим выборки и поступающее на его вход напр жение без изменени  пропускаетс  через него и подаетс  на первый (инверсный -) вход разностного усилител  11. Разностный усилитель вычитает значени  напр жений Ui от Uz, поступающие на его пр мой и инверсный входы таким образом,is fed to the control input of the second sample-storage element 10, which determines the sampling mode and the voltage supplied to its input is passed through it without changes and fed to the first (inverse -) input of the difference amplifier 11. The difference amplifier subtracts the voltage values Ui from Uz entering its direct and inverse inputs in such a way

что на его выходе разностное напр жение определ етс  как:that at its output, the differential voltage is defined as:

AUAu

15fifteen

k (U2-Ui), когда О, когда Ua Ui,k (U2-Ui) when O, when Ua Ui,

где Ui - напр жение на выходе второго элемента 10 выборки-хранени , поступающее на первый (инверсный -). вход разностногоwhere Ui is the voltage at the output of the second sample-storage element 10 applied to the first (inverse -). differential input

усилител  11;amplifier 11;

1)2 - напр жение на выходе усилител  7, поступающее на второй (пр мой +) вход разностного усилител  11;1) 2 - voltage at the output of amplifier 7 supplied to the second (direct +) input of difference amplifier 11;

k - коэффициент усилени  разностногоk is the gain of the difference

усилител  11.amplifier 11.

Далее разностное напр жение Ли с выхода усилител  11 подаетс  на вход второго пикового детектора 12 и на первый вход второго компаратора 13, который находитс Next, the differential voltage Lee from the output of amplifier 11 is supplied to the input of the second peak detector 12 and to the first input of the second comparator 13, which is located

в нулевом состо нии (т.е. на его выходе низкий уровень). Когда напр жение с выхода усилител  7 приблизитс  к амплитудному значению видеоимпульса (точка а на фиг. 2,г), вблизи экстремального значени  в окрестности резонансной частоты исследуемой колебательной системы диод первого пикового детектора 8 находитс  в полузакрытом состо нии и на выходе пикового детектора 8 напр жение будет увеличиватьс in the zero state (i.e., its output is low). When the voltage from the output of amplifier 7 approaches the amplitude value of the video pulse (point a in Fig. 2, d), near the extreme value in the vicinity of the resonance frequency of the studied vibrational system, the diode of the first peak detector 8 is in a half-closed state and at the output of the peak detector 8 zhenia will increase

более медленно, чем на его входе (т.к. производна  напр жени  вблизи экстремального значени  приближаетс  к нулю), благодар  чему напр жение на первом входе первого компаратора 9 будет больше, чемmore slowly than at its input (since the derivative of the voltage near the extreme value approaches zero), due to which the voltage at the first input of the first comparator 9 will be greater than

на втором входе, и компаратор изменит свое состо ние (в точке а на фиг. 2,г), На его выходе формируетс  напр жение высокого уровн , которое подаетс  на один из входов элемента И-НЕ 14 и на тактовыйat the second input, and the comparator will change its state (at point a in Fig. 2, d). At its output, a high level voltage is generated, which is applied to one of the inputs of the AND-NOT 14 element and to the clock

С-вход первого D-триггера 15. Под действием переднего фронта сигнала, поступающего с выхода первого компаратора 9, мен етс  состо ние первого D-триггера 15 и триггер устанавливаетс  в единичное состо ние . Высокий уровень с выхода первого D-триггера 15 (см. фиг. 2,в) воздействует на управл ющий вход второго элемента 10 выборки-хранени , переводит его в режим хранени  и второй элемент 10 выборки-хранени  запоминает мгновенное значение напр жени , соответствующее Ua (т.е. на его выходе формируетс  уровень напр жени  Ui Ua). А напр жение Ua продолжает возрастать (измен етс  по закону АЧХ исследуемого объекта) и в промежутке времени, когда Uz Ui на выходе разностного усилител  11 (см. фиг. 2,д), напр жение AU определ етс  какThe C-input of the first D-flip-flop 15. Under the influence of the leading edge of the signal coming from the output of the first comparator 9, the state of the first D-flip-flop 15 changes and the trigger is set to a single state. A high level from the output of the first D-flip-flop 15 (see FIG. 2, c) affects the control input of the second sample-storage element 10, puts it into storage mode and the second sample-storage element 10 remembers the instantaneous voltage value corresponding to Ua (i.e., a voltage level Ui Ua is formed at its output). And the voltage Ua continues to increase (varies according to the law of the frequency response of the object under study) and in the period when Uz Ui at the output of the differential amplifier 11 (see Fig. 2e), the voltage AU is determined as

AU - (U2 - Ua) kAU - (U2 - Ua) k

и которое поступает на вход компаратора 13. В промежутке времени, когда U2 Ui, форма напр жени  U2 - колоколообразна , т.е. имеет экстремум, пройд  это экстремальное значение, второй компаратор 13 (аналогично компаратору 9) мен ет свое состо ние и на его выходе формируетс  сигнал высокого уровн  (см. фиг. 2,ж), который подаетс  на один из входов элемента И-НЕ 14. С этого момента на элементе И-НЕ 14 происходит совпадение сигналов высокого уровн , т.е. совпадение логических единиц, и на выходе элемента формируетс  низкий уровень (логического О), но второй D-триггер 16 находитс  в нулевом состо нии и состо ние его не измен етс  до того момента, пока с выхода элемента И-НЕ 14 не придет передний фронт сигнала. Это произойдет тогда, когда экстремальное значение напр жени , зафиксированного вторым пиковым детектором 12, не будет больше, чем напр жение , снимаемое с выхода разностного усилител  11 (точка в на фиг. 2,д). Когда это произойдет, второй компаратор 13 возвращаетс  в исходное состо ние и низкий уровень с его выхода вызывает формирование высокого уровн  логической 1 на выходе элемента И-НЕ 14, вследствие чего на выходе второго D-триггера 16 по вл етс  уровень логической 1, который воздействует на управл ющий вход первого элемента 3 выборки-хранени  и переводит его из режима выборки в режим хранени . С этого момента запоминаетс  мгновенное значение напр жени , поступающего от формировател  2 треугольных импульсов. На выходе элемента 3 выборки-хранени  фиксируетс  это напр жение, которое вызывает фиксацию частоты на выходе управл емого генератора 4. С выхода второго триггера 16 последний фронт сигнала с помощью первой линии 17 задержки задерживаетс  на Аглз1 времени (см. фиг. 2,и) и поступает на третий вход блока 5 измерени  (на вход запуска одновибратора 24). Одновибратор 24 на выходе формирует пр моугольный импульс , длительность которого равна полови1ИЗМand which is fed to the input of the comparator 13. In the period of time when U2 Ui, the voltage shape of U2 is bell-shaped, i.e. has an extremum, passed this extreme value, the second comparator 13 (similar to comparator 9) changes its state and a high-level signal is generated at its output (see Fig. 2g), which is fed to one of the inputs of the AND-NOT 14 element .From this moment, the high-level signals, i.e. the coincidence of logical units, and at the output of the element a low level (logical O) is formed, but the second D-trigger 16 is in the zero state and its state does not change until the leading edge comes from the output of the AND-NOT 14 element signal. This will happen when the extreme value of the voltage detected by the second peak detector 12 is not greater than the voltage taken from the output of the difference amplifier 11 (point c in Fig. 2e). When this happens, the second comparator 13 returns to its original state and a low level from its output causes the formation of a high level of logic 1 at the output of the AND-NOT element 14, as a result of which the output of the second D-trigger 16 appears logical level 1, which acts to the control input of the first sample-storage element 3 and transfers it from the sample mode to the storage mode. From this moment, the instantaneous voltage value coming from the triangular pulse generator 2 is stored. At the output of the sample-storage element 3, this voltage is fixed, which causes the frequency to be fixed at the output of the controlled generator 4. From the output of the second trigger 16, the last edge of the signal is delayed by the first delay line 17 for time AG1 (see Fig. 2, and) and arrives at the third input of the measurement unit 5 (at the start input of the single vibrator 24). A single-shot 24 at the output generates a rectangular pulse, the duration of which is equal to half

не времени измерени  частоты f поnot the time of measuring the frequency f by

ложительный пр моугольный импульс открывает ключ 25, измер ема  частота поступает на счетный С-вход счетчика 20, который подсчитывает импульсы, количество которых равноa positive rectangular pulse opens the key 25, the measured frequency is fed to the counting C-input of the counter 20, which counts the pulses, the number of which is equal to

1010

м fi N1 уm fi N1 y

После истечени  времени т -After time t -

tn3M.tn3M.

ключ 25key 25

закрываетс  и на счетчике 20 прекращаетс  прохождение ВЧ-импульсов. К этому времени в счетчике записан код, соответствующий .closes and, at the counter 20, the passage of RF pulses is stopped. By this time, the corresponding code is written in the counter.

С выхода одновибратора 24 задний фронт пр моугольного импульса вызывает формирование на выходе второго дифференциатора 26 короткого импульса, который (см. фиг. 2,к) сбрасывает первый и второй пиковые детекторы, соответственно 8 и 12, а также первый и второй D-триггеры 15 и 16. На выходе триггеров низкие уровни воздействуют на первый и второй элементы выборки-хранени , 3 и 10 соответственно, и перевод т их в режим выборки. Этим перва  половина цикла измерени  заканчиваетс  и начинаетс  втора  половина цикла измерени .From the output of the one-shot 24, the trailing edge of the rectangular pulse causes the formation of a short pulse at the output of the second differentiator 26, which (see Fig. 2, k) resets the first and second peak detectors, 8 and 12, respectively, as well as the first and second D-flip-flops 15 and 16. At the output of the triggers, low levels affect the first and second sampling-storage elements, 3 and 10, respectively, and put them in the sampling mode. This completes the first half of the measurement cycle and begins the second half of the measurement cycle.

Во второй половине цикла, аналогично изложенному выше, измер етс  частота fa на том же уровне, что и fi, разница заключаетс  в том, что напр жение на выходе формировател  2 треугольных импульсов линейно измен етс  в обратную сторону (линейно уменьшаетс ). После завершени  измерени  частоты fa в счетчике 20 к предыдущему значению добавл етс  ещеIn the second half of the cycle, as described above, the frequency fa is measured at the same level as fi, the difference is that the voltage at the output of the triangular pulse generator 2 changes linearly in the opposite direction (decreases linearly). After completing the measurement of the frequency fa in counter 20, another value is added to the previous value

f2f2

N2 2 в результате в счетчике будет зафиксирован кодN2 2 as a result, the code will be fixed in the counter

N Nl + . ,N Nl +. ,

соответствующий резонансной частоте исс- ледуемой колебательной системы. В следующем цикле измерени  (т.е. в начале повторного измерени ) перед измерением первой частоты, с выхода элемента И 18 передний фронт воздействует на вход запи- си V регистра 19. Код, наход щийс  в счетчике 20, переписываетс  в регистр 19 и подаетс  на соответствующие входы блока 23 индикации. Далее с выхода элемента И 18 передний фронт задерживаетс  с помощью второй линии 22 задержки на Аглз.2 времени (которое необходимо дл  записи кода в регистр 19) и счетчик 20 сбрасываетс  в ноль.corresponding to the resonant frequency of the investigated oscillatory system. In the next measurement cycle (i.e., at the beginning of the repeated measurement), before measuring the first frequency, from the output of element And 18, the leading edge acts on the input of the V record of register 19. The code located in the counter 20 is written to the register 19 and supplied to the respective inputs of the display unit 23. Further, from the output of the And element 18, the leading edge is delayed by the second delay line 22 for a time delay 2 (which is necessary for writing the code to register 19) and the counter 20 is reset to zero.

Таким образом, в предложенном измерителе определение экстремального значени  напр жени  амплитудно-частотной характеристики исследуемой колебательной системы и измерение ее резонансной частоты происходит по следующему принципу: первый пиковый детектор грубо определенное экстремальное значение, грубо определенное напр жение фиксируетс  вторым элементом выборки-хранени , разность между зафиксированным и экстремальным значени ми напр жени  определ етс  и усиливаетс  с помощью разностного усилител  в k раз. Вторым пиковым детектором фиксируетс  точное экстремальное значение. В точках, определенных вторым пиковым детектором, на од1 ,ном и том же уровне АЧХ исследуемого объекта измер ютс  частоты fi и f2, в счетчике фиксируетс  полусумма этих частот, определ юща  резонансную частоту исследуемого обьектаThus, in the proposed meter, the determination of the extreme value of the voltage of the amplitude-frequency characteristic of the studied oscillatory system and the measurement of its resonant frequency occurs according to the following principle: the first peak detector is roughly determined by the extreme value, the roughly determined voltage is fixed by the second sample-storage element, the difference between the fixed and extreme voltage values are determined and amplified by a k times difference amplifier. The second peak detector records the exact extreme value. At the points determined by the second peak detector, the frequencies fi and f2 are measured at the same and the same frequency response of the studied object, and a half-sum of these frequencies is recorded in the counter, which determines the resonant frequency of the studied object

, f 1 + 2, f 1 + 2

Дл  выбора оптимального быстродействи  и задани  требуемого диапазона измерени  целесообразно период цикла измерени  Т и крутизну (наклон) характеристики импульсов треугольной формы выбирать таким образом, чтобы сохранились нижеприведенные услови :In order to select the optimal speed and set the required measurement range, it is advisable to measure the period of the measurement cycle T and the slope (slope) of the characteristics of the triangular pulses in such a way that the following conditions are preserved:

tg Дглз.1tg Dgls. 1

где tg - временной диапазон измерени  резонансной частоты исследуемого объекта;where tg is the time range for measuring the resonant frequency of the test object;

Тизм - врем  измерени  частоты;Tism - frequency measurement time;

Аглз.1 - временна  задержка первой линии задержки.Aggl. 1 - time delay of the first delay line.

Напр жению 1)ь в точках В и С (фиг. 2,6)Voltage 1) b at points B and C (Fig. 2.6)

3535

с абсциссами дТ и „Т соответствует верхний предел измерени  резонансной частоты и напр жению UH в точках А и D (фиг. 2,6)with abscissas dT and „T there corresponds the upper limit of the measurement of the resonance frequency and the voltage UH at points A and D (Fig. 2.6)

Т 7 сабсциссами - и Тсоответствует нижнийT 7 sabcissa - and Tso corresponds to the bottom

предел измерени .limit of measurement.

В предложенном измерителе положительные свойства, по сравнению с известным , обусловлены следующим: повышаетс In the proposed meter, the positive properties, in comparison with the known one, are due to the following:

чувствительность устройства в k раз и увеличиваетс  точность измерени , т.к. с помощью первого пикового детектора проходит грубое приближение к экстремальному значению, которое фиксируетс the sensitivity of the device is k times and the measurement accuracy increases, since with the help of the first peak detector, a rough approximation to the extreme value passes, which is fixed

вторым элементом выборки-хранени , далее зафиксированное значение вычитаетс  из экстремального значени  видеоимпульса и в k раз усиливаетс  с помощью разностного усилител , сигнал подаетс  на вход второго пикового детектора и к первому входу компаратора и второй пиковый детектор более точно определ ет и фиксирует экстремальное значение видеоимпульса. Точки, в которых измер ютс  частоты fi и h, по шкале частот наход тс  более близко друг от друга на одном уровне и близко к резонансной частоте исследуемой колебательной системы, что позвол ет уменьшить вли ние формы асимметрии АЧХ колебательной системы на результат измерени , а также уменьшить вли ние нелинейности преобразовани  функции напр жение-частота управл емого генератора.the second sample-storage element, then the recorded value is subtracted from the extreme value of the video pulse and amplified k times by a difference amplifier, the signal is fed to the input of the second peak detector and to the first input of the comparator and the second peak detector more accurately determines and fixes the extreme value of the video pulse. The points at which the frequencies fi and h are measured, on the frequency scale, are closer to each other at the same level and close to the resonant frequency of the studied vibrational system, which reduces the influence of the asymmetry shape of the frequency response of the vibrational system on the measurement result, as well as reduce the effect of non-linearity in the voltage-frequency conversion of the controlled oscillator.

Таким образам предлагаемое устройство позвол ет повысить точность измерени  резонансной частоты исследуемой колебательной системы.Thus, the proposed device allows to increase the accuracy of measuring the resonant frequency of the investigated oscillatory system.

(56) 1. Авторское свидетельство СССР № 460510,кл. G 01 R 23/00, 1975.(56) 1. USSR Copyright Certificate No. 460510, cl. G 01 R 23/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 1583875, кл. G 01 R 27/28, 1990.2. USSR author's certificate No. 1583875, cl. G 01 R 27/28, 1990.

132005304 14132005304 14

который  вл етс  входом запуска одновибратора , выход одновибратора подключен к управл ющему входу ключа,  вл ющемус  синхронизирующим выходом блока измерени , который через второй дифференциатор подключен к входу сброса первого пикового детектора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и чувствительности измерител , в негоwhich is the start-up input of the one-shot, the output of the one-shot is connected to the control input of the key, which is the clock output of the measurement unit, which is connected through the second differentiator to the reset input of the first peak detector, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy and sensitivity of the meter, him

блока 10 Дополнительно введен первый и второй D- триггеры, последовательно соединенные второй элемент выборки-хранени , разностный усилитель, второй пиковый детектор , второй компаратор и элемент И - НЕ, тельно соединенные амплитудный детек-этом . вход эдемента и . НЕ сое.Block 10 Additionally, the first and second D-flip-flops are introduced, the second sample-storage element, the difference amplifier, the second peak detector, the second comparator and the AND element NOT connected to the amplitude detector in series, connected in series. edement entry and. NOT soy.

тор. усилитель, первый.пиковый детектор, is динен с тактовым с.входом первого D.torus. amplifier, first peak detector, is din with the clock input of the first D.

триггера и подключен к выходу первого компаратора, а выход - к тактовому С-входу второго D-триггера, Р-вход второго D- выборки-хранени  подключен вход первой 2Q триггера соединен с Р-входом первого линии задержки и первый вход элемента О.триггера и входом сброса второго пико. И, к второму входу которого подключен вы- BQro детектора и подключен к входу сброса ход генератора меандра, а выход элемента первого пикового детектора, выход перво- И соединен с V-входом записи регистра и m г триггера подключен к управл ющему через последовательно соединенные вто- 25 входу второго элемента выборки-хранени , рую линию задержки и первый дифферен- вход которого соединен с вто входом циатор подключен к второму входу блока ра3ностного усилител  и подключен к вхо- измерени ,  вл ющемус  входом сброса ду первого пикового детектора, выход раз- счетчика, выходные разр ды которого  в- ностного усилител  подключен к второму л ютс  информационными выходами бло- 30входу атор0го компаратора, а выход второ- ка Измерени , которые подключены к вход- ро г триггера подключен к управл ющему ным разр дам регистра, а выходные разр - входу первого элемента ВЬ|борки.хране. дырегистра подключены к ни  прицем к информационным о.входам соответствующим входам блока индика- первого и второго г триггеров подключено ции, выход первой линии задержки под- 35напр жение соответствующее логической ключей к третьему входу блока измерени , единицы.the trigger and is connected to the output of the first comparator, and the output is to the clock C-input of the second D-trigger, the P-input of the second D-sample-storage is connected to the input of the first 2Q trigger connected to the P-input of the first delay line and the first input of the O. trigger and the reset input of the second pico. And, to the second input of which the BQro detector is connected and the path of the meander generator is connected to the reset input, and the output of the element is the first peak detector, the output of the first AND is connected to the V-input of the register record and m g of the trigger is connected to the control via sequentially connected - 25 to the input of the second sampling-storage element, I ruin the delay line and the first differential input of which is connected to the second input, the ciator is connected to the second input of the difference amplifier block and connected to the input, which is the reset input to the first peak detector, in the counter, the output bits of which the input amplifier is connected to the second are the information outputs of the 30th input of the ator0 comparator, and the output of the second Measurements that are connected to the trigger input are connected to the control bits of the register, and the output bit is to the input of the first element Bb | the holes of the recorder are connected to the information inputs of the corresponding inputs of the display unit of the first and second g triggers, the output of the first delay line is the voltage corresponding to the logical keys to the third input of the measurement unit, units.

S :   S:

Claims (1)

Формула изоЬретени  ИЗМЕРИТЕЛЬ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, содержащий последовательно соединенные генератор меандра, формирователь треугольных импульсов, первый элемент выборки-хранени , управл емый генератор, выход которого подключен к первой входной клемме устройства и входу ключа,  в л ющемус  первым входом измерени , выполненного в виде счетчика, одновибратора и ключа, к второй входной клемме устройства подключены последовапервый компаратор, к второму входу кото- рого подключен выход усилител , к управл ющему входу первого элементаFormula of the invention A RESONANT VIBRATION SYSTEM MEASURER comprising serially connected meander generator, triangular pulse generator, first sample-storage element, controlled generator, the output of which is connected to the first input terminal of the device and the key input, in the form of the first measurement input, made in the form counter, one-shot and key, to the second input terminal of the device are connected the first-first comparator, to the second input of which the output of the amplifier is connected, to the control input of the first element )) uu ii