[go: up one dir, main page]

RU2367965C1 - Method for measurement of resonance frequency and device for its realisation - Google Patents

Method for measurement of resonance frequency and device for its realisation Download PDF

Info

Publication number
RU2367965C1
RU2367965C1 RU2008117685/28A RU2008117685A RU2367965C1 RU 2367965 C1 RU2367965 C1 RU 2367965C1 RU 2008117685/28 A RU2008117685/28 A RU 2008117685/28A RU 2008117685 A RU2008117685 A RU 2008117685A RU 2367965 C1 RU2367965 C1 RU 2367965C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resonator
frequency
input
output
resonant frequency
Prior art date
Application number
RU2008117685/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Яковлевич Фатеев (RU)
Валерий Яковлевич Фатеев
Original Assignee
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН filed Critical Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority to RU2008117685/28A priority Critical patent/RU2367965C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2367965C1 publication Critical patent/RU2367965C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: physics, measurement.
SUBSTANCE: invention is related to measurement equipment and may be used for high-precision remote detection of resonance frequency of resonators applied in different fields of engineering and scientific research. In particular, it may be used in radio-wave resonant sensors of moisture content and level of oil products. In suggested method measurement of resonant frequency based on excitation of electromagnet oscillations with alternating frequency at the inlet, fixation of maximum amplitude of oscillations at the outlet of resonator and measurement of oscillations frequency f1 corresponding to this maximum amplitude, is achieved by the fact that at the inlet and outlet of resonator they periodically alternate sign of reactive resistance of external circuits connected to resonator, in case of each variation of this sign frequency f2 is measured, which corresponds to maximum amplitude of oscillations at the outlet of resonator, and resonance frequency is detected as average value of frequencies f1 and f2. Also device is suggested for realisation of above described method for measurement of resonant frequency.
EFFECT: development of device for high-precision remote detection of resonant frequency.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного дистанционного определения резонансных частот электромагнитных резонаторов, применяемых в различных областях техники и научных исследованиях. В частности, оно может быть использовано в радиоволновых резонансных датчиках влагосодержания нефтепродуктов, концентрации растворов и резонансных уровнемерах различных сред.The invention relates to measuring equipment and can be used for high-precision remote determination of the resonant frequencies of electromagnetic resonators used in various fields of technology and scientific research. In particular, it can be used in radio wave resonance sensors for the moisture content of oil products, concentration of solutions and resonant level gauges of various media.

Известны различные способы определения резонансных частот, суть одного из которых заключается в том, что в резонаторе коротким импульсом возбуждают свободные колебания и измеряют частоту этих колебаний, которая равна резонансной частоте исследуемого резонатора (А.с. №1659908 А1, М. кл. G01R 27/26). Недостатком этого способа, также как и реализующего его устройства является то, что измерение резонансной частоты возможно только для резонаторов с добротностью не менее 500-1000. Это обстоятельство существенно ограничивает область применения указанных способа и устройства, так как на практике величина добротности резонаторов, особенно используемых в различных датчиках, зачастую не превышает 100.There are various methods for determining resonant frequencies, the essence of one of which is that in the resonator a short pulse excites free vibrations and measures the frequency of these vibrations, which is equal to the resonant frequency of the investigated resonator (A.S. No. 1659908 A1, M. class. G01R 27 / 26). The disadvantage of this method, as well as the device implementing it, is that the measurement of the resonant frequency is possible only for resonators with a Q factor of at least 500-1000. This circumstance significantly limits the scope of the indicated method and device, since in practice the value of the Q factor of resonators, especially those used in various sensors, often does not exceed 100.

Известно также техническое решение, которое по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому способу и устройству и принято в качестве прототипа (Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гутников B.C. Цифровые приборы с частотными датчиками. "Энергия". 1970. С.21). В этом способе-прототипе предлагается на входе резонатора возбуждать электромагнитные колебания, частота которых изменяется в заданном диапазоне, в котором находится резонансная частота исследуемого резонатора. На выходе резонатора фиксируется амплитуда колебаний, и, когда она достигает максимума, развертка останавливается, и в этот момент измеряется частота колебаний, которая равна резонансной частоте. Устройство-прототип, реализующее указанный способ, состоит из перестраиваемого генератора, частотомера и устройства настройки. Задача последнего - настроить генератор на резонансную частоту по максимуму резонансной кривой, после чего включается частотомер, который фиксирует частоту генератора.There is also a technical solution, which, by its technical essence, is closest to the proposed method and device and adopted as a prototype (Novitsky P.V., Knorring V.G., Gutnikov BC Digital devices with frequency sensors. "Energy". 1970. S. 21). In this prototype method, it is proposed to excite electromagnetic oscillations at the resonator input, the frequency of which varies in a predetermined range in which the resonant frequency of the resonator under study is located. The oscillation amplitude is fixed at the resonator output, and when it reaches a maximum, the sweep stops, and at that moment the oscillation frequency is measured, which is equal to the resonant frequency. A prototype device that implements the specified method consists of a tunable generator, a frequency meter and a tuning device. The task of the latter is to tune the generator to the resonant frequency to the maximum of the resonance curve, after which the frequency meter is turned on, which fixes the generator frequency.

Недостатком этих способа и устройства, принятых в качестве прототипа, является то, что они подвержены влиянию на точность измерения резонансной частоты реактивных сопротивлений всех внешних цепей, подключенных к исследуемому резонатору, а именно: линий связи, нагрузки и генератора возбуждения.The disadvantage of this method and device, adopted as a prototype, is that they are affected by the accuracy of measuring the resonant frequency of the reactance of all external circuits connected to the studied resonator, namely: communication lines, load and excitation generator.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности измерения резонансной частоты, обусловленной влиянием реактивных сопротивлений всех внешних цепей, подключенных к исследуемому резонатору, как линий связи, так и генератора и нагрузки, подключенных к этим линиям связи.The aim of the invention is to reduce the measurement error of the resonant frequency due to the influence of reactance of all external circuits connected to the resonator under study, both communication lines, and the generator and load connected to these communication lines.

Поставленная цель в предлагаемом способе измерения резонансной частоты, основанном на возбуждении на входе резонатора электромагнитных колебаний с изменяющейся частотой, фиксации максимальной амплитуды колебаний на выходе резонатора и измерении частоты колебаний f1, соответствующей этой максимальной амплитуде, достигается тем, что на входе и выходе резонатора периодически изменяют знак реактивного сопротивления внешних цепей, подключенных к резонатору, при каждом изменении этого знака измеряют частоту f2, соответствующую максимальной амплитуде колебаний на выходе резонатора, и резонансную частоту определяют как среднее значение частот f1 и f2.The goal in the proposed method for measuring the resonant frequency, based on the excitation at the input of the resonator of electromagnetic waves with a varying frequency, fixing the maximum amplitude of the oscillations at the output of the resonator and measuring the frequency of oscillations f 1 corresponding to this maximum amplitude, is achieved by the fact that at the input and output of the resonator periodically change the sign of the reactance of the external circuits connected to the resonator, with each change in this sign measure the frequency f 2 corresponding to the maximum the amplitude of the oscillations at the output of the resonator, and the resonant frequency is determined as the average value of the frequencies f 1 and f 2 .

Поставленная цель в предлагаемом устройстве для измерения резонансной частоты, содержащем последовательно соединенные устройство настройки, перестраиваемый генератор и частотомер, достигается тем, что оно дополнительно содержит два трансформирующих блока, триггер и одновибратор, выход которого подключен к входу сброса частотомера, а вход одновибратора соединен с выходом строб-импульсов частотомера, с управляющим входом устройства настройки и со счетным входом триггера. Выход триггера подключен к управляющим входам обоих трансформирующих блоков, при этом выход перестраиваемого генератора через первый трансформирующий блок подключен к входу резонатора, выход которого через второй трансформирующий блок подключен к входу устройства настройки.The goal in the proposed device for measuring the resonant frequency, containing a series-connected tuning device, a tunable generator and a frequency meter, is achieved by the fact that it additionally contains two transforming units, a trigger and a one-shot, the output of which is connected to the reset input of the frequency meter, and the input of the one-shot is connected to the output strobe pulses of the frequency meter, with the control input of the tuning device and with the counting input of the trigger. The trigger output is connected to the control inputs of both transforming units, while the output of the tunable generator through the first transforming unit is connected to the input of the resonator, the output of which through the second transforming unit is connected to the input of the tuning device.

При этом трансформирующий блок выполнен в виде двух коммутаторов и четвертьволнового трансформатора. Первые контакты обоих коммутаторов соединены через четвертьволновый трансформатор, а вторые контакты этих коммутаторов соединены между собой.In this case, the transforming unit is made in the form of two switches and a quarter-wave transformer. The first contacts of both switches are connected through a quarter-wave transformer, and the second contacts of these switches are interconnected.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что благодаря периодическому изменению знака эквивалентного реактивного сопротивления всех внешних цепей, подключенных к резонатору, синхронно изменяется также и знак приращения резонансной частоты, которое обусловлено влиянием этих внешних цепей. При этом абсолютная величина этого приращения остается неизменной. Поэтому среднее значение резонансных частот, соответствующих положительному и отрицательному значению эквивалентного реактивного сопротивления внешних цепей, не зависит от параметров этих цепей, что позволяет свести к минимуму погрешность измерения резонансной частоты, обусловленную влиянием, как самих линий связи, так и других устройств, подключенных с помощью этих линий к резонатору, например, генератора и нагрузки.The essence of the invention lies in the fact that due to the periodic change in the sign of the equivalent reactance of all external circuits connected to the resonator, the sign of the increment of the resonant frequency, which is due to the influence of these external circuits, also synchronously changes. Moreover, the absolute value of this increment remains unchanged. Therefore, the average value of the resonant frequencies corresponding to the positive and negative values of the equivalent reactance of the external circuits does not depend on the parameters of these circuits, which allows minimizing the measurement error of the resonant frequency due to the influence of both the communication lines themselves and other devices connected using these lines to the resonator, for example, the generator and the load.

Более строго это утверждение можно доказать, если рассмотреть общую схему измерения резонансной частоты, представленную в виде эквивалентной схемы (фиг.1), на которой приняты следующие обозначения: 1 - перестраиваемый генератор, имеющий внутреннее сопротивление Zг; 2 - входная и выходная линии связи с волновым сопротивлением W; 3 - резонатор, представленный в виде эквивалентного колебательного контура с индуктивностью L, емкостью С и сопротивлением потерь R. Xcв1 и Хсв2 - эквивалентные сопротивления элементов связи на входе и выходе резонатора соответственно; 4 - нагрузка, имеющая сопротивление Zн.More rigorously this statement can be proved if we consider the general scheme for measuring the resonant frequency, presented in the form of an equivalent circuit (Fig. 1), on which the following notation is adopted: 1 - tunable generator having an internal resistance of Z g ; 2 - input and output communication lines with wave impedance W; 3 - resonator, presented in the form of an equivalent oscillatory circuit with inductance L, capacitance C and loss resistance R. X cb1 and X cv2 are the equivalent resistances of the coupling elements at the input and output of the resonator, respectively; 4 - load having resistance Z n .

Схему, изображенную на фиг.1, целесообразно представить в виде более простой эквивалентной схемы (фиг.2), на которой Zл - сопротивление линии связи в точке подключения ее к резонатору. Для удобства анализа на фиг.2 резонатора к нагрузке, поскольку влияние обеих линий связи на резонансную частоту можно исследовать независимо друг от друга. Из фиг.2 видно, что полное эквивалентное сопротивление, подключенное непосредственно к колебательному контуру, Zэ слагается из Zл и Хсв, то естьThe circuit depicted in figure 1, it is advisable to present in the form of a simpler equivalent circuit (figure 2), in which Z l - the resistance of the communication line at the point of connection to the resonator. For convenience of analysis in FIG. 2, the resonator is under load, since the influence of both communication lines on the resonant frequency can be studied independently of each other. From figure 2 it can be seen that the total equivalent resistance connected directly to the oscillatory circuit, Z e is composed of Z l and X St , that is

Figure 00000001
Figure 00000001

Целесообразно Z представить в виде эквивалентной проводимости Yэ, которая в свою очередь состоит из активной проводимости G и реактивной проводимости В:It is advisable to present Z in the form of equivalent conductivity Y e , which in turn consists of active conductivity G and reactive conductivity B:

Figure 00000002
Figure 00000002

Очевидно, чтоIt's obvious that

Figure 00000003
Figure 00000003

Величину Zл можно представить в виде суммыThe value of Z l can be represented as the sum

Figure 00000004
Figure 00000004

При измерении резонансной частоты всегда стремятся минимизировать влияние внешних цепей на результат измерения, поэтомуWhen measuring the resonant frequency, they always strive to minimize the influence of external circuits on the measurement result, therefore

Figure 00000005
Figure 00000005

Учитывая эти неравенства, легко получить приближенное выражение для приращения эквивалентной проводимости ΔYэ Given these inequalities, it is easy to obtain an approximate expression for the increment of the equivalent conductivity ΔY e

Figure 00000006
Figure 00000006

Величина ΔZл также состоит из активной ΔR и реактивной ΔX составляющих,The quantity ΔZ l also consists of active ΔR and reactive ΔX components,

Figure 00000007
Figure 00000007

Для случая емкостной связи внешних цепей с резонаторомFor the case of capacitive coupling of external circuits with a resonator

Figure 00000008
Figure 00000008

где f - частота.where f is the frequency.

Подставляя (7) и (8) в (6) и выделив реактивную составляющую, получим следующее выражение для приращения реактивной проводимости ΔВэ:Substituting (7) and (8) in (6) and isolating the reactive component, we obtain the following expression for the increment of reactance ΔВ e :

Figure 00000009
Figure 00000009

Влияние величины ΔВэ на резонансную частоту эквивалентно подключению к резонансному контуру некоторой емкости ΔС, при этомThe influence of ΔВ e on the resonant frequency is equivalent to connecting some capacitance ΔС to the resonant circuit, while

Figure 00000010
Figure 00000010

Используя (9) и (10), ΔС можно представить в видеUsing (9) and (10), ΔС can be represented as

Figure 00000011
Figure 00000011

Относительное изменение резонансной частоты Δf/f, обусловленное влиянием внешних цепей, можно определить, используя (11) и известное выражение для резонансной частоты колебательного контура LC:The relative change in the resonant frequency Δf / f, due to the influence of external circuits, can be determined using (11) and the well-known expression for the resonant frequency of the oscillatory circuit LC:

Figure 00000012
Figure 00000012

ТогдаThen

Figure 00000013
Figure 00000013

Из формулы (13) видно, что изменения резонансной частоты Δf могут быть по знаку как положительными, так и отрицательными в зависимости от знака реактивного сопротивления внешней цепи ΔХ. Поэтому периодическое изменение знака величины ΔХ вызывает соответствующее изменение знака величины Δf. Отсюда следует, что среднее значение резонансной частоты не зависит от реактивного сопротивления внешних цепей, чем и обеспечивается полезный эффект, сформулированный в цели предложения.It can be seen from formula (13) that changes in the resonant frequency Δf can be both positive and negative in sign depending on the sign of the reactance of the external circuit ΔX. Therefore, a periodic change in the sign of ΔX causes a corresponding change in the sign of Δf. It follows that the average value of the resonant frequency does not depend on the reactance of external circuits, which ensures a useful effect formulated for the purpose of the proposal.

Для реализации предлагаемого способа является важным наличие трансформатора сопротивлений, преобразующего полярность, подключенного к нему реактивного сопротивления. В качестве такого трансформатора сопротивлений может быть использован четвертьволновый отрезок длинной линии, работа которого описывается известным выражением (Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. - М.: Высшая школа. 1970. Стр.218)For the implementation of the proposed method, it is important to have a resistance transformer that converts polarity, reactance connected to it. As such a resistance transformer, a quarter-wave length of a long line can be used, the operation of which is described by the well-known expression (Lebedev I.V. Technique and microwave devices. - M .: Higher school. 1970. P. 218)

Figure 00000014
где
Figure 00000014
Where

Zвых - комплексное сопротивление выхода четвертьволнового трансформатора при подключении к входу этого трансформатора сопротивления Zл.Z o - the complex output resistance of the quarter-wave transformer when connected to the input of this transformer resistance Z l .

Подставляя (4) и (7) в формулу (14) и учитывая неравенство (5), легко показать, что для реактивной составляющей Хвых выходного сопротивления Zвых имеет место приближенное равенствоSubstituting (4) and (7) into formula (14) and taking into account inequality (5), it is easy to show that for the reactive component X o of the output impedance Z o there is an approximate equality

Figure 00000015
Figure 00000015

и, следовательно, четвертьволновый трансформатор, выполненный в виде четвертьволнового отрезка длинной линии, обеспечивает возможность преобразования полярности реактивных сопротивлений.and, therefore, a quarter-wave transformer, made in the form of a quarter-wave length of a long line, provides the ability to convert the polarity of the reactance.

На фиг.3 представлена структурная схема устройства для измерения резонансной частоты. Это устройство состоит из частотомера 1, генератора управляемого напряжением (ГУН) 2, устройства настройки 3, одновибратора 4, триггера 5, двух трансформирующих блоков 9, каждый из которых содержит два коммутатора на два положения 6 и 8 и четвертьволновый трансформатор 7, и исследуемого резонатора 10.Figure 3 presents the structural diagram of a device for measuring the resonant frequency. This device consists of a frequency meter 1, a voltage-controlled generator (VCO) 2, a tuner 3, a one-shot 4, a trigger 5, two transforming units 9, each of which contains two switches to two positions 6 and 8 and a quarter-wave transformer 7, and the investigated resonator 10.

Работает это устройство следующим образом. Строб-импульсы с выхода частотомера 1 (фиг.4а) поступают на счетный вход триггера 5, вход запуска устройства настройки 3 и на вход одновибратора 4. Импульсы с выхода триггера в виде меандра (фиг.4б), имеющие длительность, равную периоду следования строб-импульсов, поступают на управляющие входы коммутаторов 6 и 8, и эти импульсы обеспечивают синхронность процессов подключения-отключения четвертьволновых трансформаторов 7. Отрицательными импульсами четвертьволновые трансформаторы включаются в измерительную цепь, а положительными - отключаются. Предположим, что в одном из тактов четвертьволновые трансформаторы 7 отключены и вместо них включены перемычки (замыкатели коммутаторов 6 и 8 на схеме фиг.3 находятся в нижнем положении). В момент времени t0 положительный фронт строб-импульса поступает на вход запуска устройства настройки 3 и инициирует в нем выработку линейно изменяющегося напряжения, которое подается на управляющий вход ГУН 2 и изменяет его частоту в заданном диапазоне (фиг.4в). На сигнальный вход устройства настройки 3 поступает напряжение, снимаемое с выхода резонатора 10 (фиг.4г), и когда это напряжение в момент времени t1 достигает максимума, развертка останавливается и в интервале времени t1÷t3 напряжение на входе ГУН 2, также как и его частота сохраняются на постоянном уровне. Частота ГУН в этом интервале времени имеет значение f1. В момент времени t2 отрицательный фронт строб-импульса открывает вход частотомера 1 и в интервале t2÷t3 подсчитывается число импульсов, поступающих с выхода ГУН 2 и имеющих частоту f1. В момент времени t3 положительным фронтом строб-импульса вход частотомера 1 закрывается и подсчет числа импульсов прекращается. В этот же момент времени отрицательный фронт импульса триггера 5 (фиг.46) включает четвертьволновые трансформаторы 7 в измерительную цепь (замыкатели коммутаторов 6 и 8 на схеме фиг.3 находятся в верхнем положении) и эквивалентные реактивные сопротивления, подключенные к входу и выходу резонатора 10, изменяют свою полярность. Одновременно этим же фронтом устройство настройки 3 сбрасывается в исходное состояние и опять настраивается на максимум резонансной кривой, который теперь соответствует частоте f2 и моменту времени t4. Отрицательным фронтом строб-импульса в момент t5 опять открывается вход частотомера 1, и в интервале t5÷t6 продолжается подсчет числа импульсов, имеющих теперь частоту f2. Таким образом в интервалах t2÷t3 и t5÷t6 происходит суммарный подсчет числа импульсов, следующих последовательно с частотой f1 и f2. Благодаря этому происходит усреднение частот f1 и f2. В момент t6 процесс измерения частот f1 и f2 заканчивается и полученное среднее значение частоты запоминается до момента t7, определяемого длительностью tu положительного импульса, поступающего с выхода одновибратора 4 (фиг.4д). Этот одновибратор запускается отрицательным фронтом строб-импульса. В момент t7 показания частотомера сбрасываются, и в момент t8 опять начинается процесс измерения средней частоты. Для корректного выполнения операции усреднения необходимо, чтобы в интервале времени, определяемом длительностью tu, всегда находилось четное число интервалов, в которых происходит измерение частот f1 и f2. Поэтому значение этой длительности в общем случае должно удовлетворять условиюThis device works as follows. The strobe pulses from the output of the frequency counter 1 (Fig. 4a) are fed to the counting input of the trigger 5, the input of the start of the tuning device 3 and to the input of the one-shot 4. Pulses from the output of the trigger in the form of a square wave (Fig. 4b), having a duration equal to the period of the strobe pulses arrive at the control inputs of the switches 6 and 8, and these pulses provide synchronization of the processes of connecting-disconnecting the quarter-wave transformers 7. Negative pulses of the quarter-wave transformers are included in the measuring circuit, and positive ones are turned off I am. Suppose that in one of the clock cycles the quarter-wave transformers 7 are disconnected and jumpers are turned on instead (the contactors of the switches 6 and 8 in the diagram of Fig. 3 are in the lower position). At time t 0, the positive edge of the strobe pulse arrives at the start input of tuning device 3 and initiates the generation of a linearly varying voltage in it, which is supplied to the control input of the VCO 2 and changes its frequency in a given range (Fig. 4c). The voltage input from the output of the resonator 10 is supplied to the signal input of the tuning device 3 (Fig. 4d), and when this voltage reaches its maximum at time t 1 , the scan stops and in the time interval t 1 ÷ t 3 the voltage at the input of the VCO 2 also as its frequency is maintained at a constant level. The frequency of the VCO in this time interval has a value of f 1 . At time t 2, the negative edge of the strobe pulse opens the input of the frequency meter 1 and in the interval t 2 ÷ t 3 the number of pulses arriving from the output of the VCO 2 and having a frequency f 1 is calculated. At time t 3, the positive edge of the strobe pulse closes the input of the frequency meter 1 and the counting of the number of pulses stops. At the same time, the negative edge of the trigger pulse 5 (Fig. 46) includes the quarter-wave transformers 7 in the measuring circuit (the contactors of the switches 6 and 8 in the diagram of Fig. 3 are in the upper position) and equivalent reactances connected to the input and output of the resonator 10 , change their polarity. At the same time, tuning device 3 is reset to the initial state and again tuned to the maximum resonance curve, which now corresponds to frequency f 2 and time t 4 . The negative front of the strobe pulse at time t 5 again opens the input of the frequency meter 1, and in the interval t 5 ÷ t 6 the counting of the number of pulses now having a frequency f 2 continues. Thus, in the intervals t 2 ÷ t 3 and t 5 ÷ t 6 there is a total count of the number of pulses following in series with a frequency f 1 and f 2 . Due to this, averaging of the frequencies f 1 and f 2 occurs. At time t 6, the process of measuring frequencies f 1 and f 2 ends and the obtained average frequency value is stored up to time t 7 determined by the duration t u of a positive pulse coming from the output of one-shot 4 (Fig. 4e). This one-shot is triggered by the negative edge of the strobe pulse. At time t 7, the frequency counter readings are reset, and at time t 8 the process of measuring the average frequency begins again. For the correct execution of the averaging operation, it is necessary that in the time interval determined by the duration t u there is always an even number of intervals in which the frequencies f 1 and f 2 are measured. Therefore, the value of this duration in the general case must satisfy the condition

(2n-0,5)T<tu<2nT,(2n-0.5) T <t u <2nT,

где Т - период следования строб-импульсов.where T is the strobe period.

Предлагаемый способ измерения резонансной частоты и устройство для его осуществления были реализованы при разработке датчика перемещения клапана вентильного устройства. Чувствительный элемент (ЧЭ) этого датчика представляет собой объемный резонатор, собственная частота которого определяется положением клапана в полости вентиля. По условиям эксплуатации вторичный преобразователь датчика должен находиться на расстоянии не менее 100 м от ЧЭ, поэтому длина каждого из кабелей связи, как приемного, так и передающего, составляла также 100 м. На фиг.5 представлены экспериментальные выходные характеристики этого датчика, т.е. зависимости резонансной частоты ЧЭ f от положения клапана х. При этом кривая 1 была получена при измерении резонансной частоты с помощью устройства, аналогичного прототипу, а кривая 2 - с помощью предлагаемого способа и устройства. Из фиг.5 видно, что кривая 1 имеет волнообразный характер, что обусловлено влиянием на резонансную частоту ЧЭ кабелей связи большой длины. Это влияние имеет место, особенно когда длина этих кабелей превышает резонансную длину волны ЧЭ. По данным экспериментальных исследований погрешность измерения резонансной частоты для предлагаемых способа и устройства при длине кабелей связи 100 м и резонансной частоте ЧЭ, находящейся в диапазоне 26÷32МГц, составила 1%, а для устройства прототипа при тех же условиях - 6%.The proposed method for measuring the resonant frequency and a device for its implementation were implemented when developing a valve displacement sensor for the valve device. The sensitive element (SE) of this sensor is a volume resonator, the natural frequency of which is determined by the position of the valve in the valve cavity. According to the operating conditions, the sensor secondary transducer should be located at a distance of at least 100 m from the SE, so the length of each of the communication cables, both receiving and transmitting, was also 100 m. Figure 5 shows the experimental output characteristics of this sensor, i.e. . the dependence of the resonant frequency of the SE f on the position of the valve x. In this case, curve 1 was obtained when measuring the resonant frequency using a device similar to the prototype, and curve 2 - using the proposed method and device. Figure 5 shows that curve 1 has a wave-like character, due to the influence on the resonant frequency of the SE of communication cables of large length. This effect takes place, especially when the length of these cables exceeds the resonant wavelength of the SE. According to experimental studies, the error in measuring the resonant frequency for the proposed method and device with a communication cable length of 100 m and a resonant frequency of the SE in the range 26 ÷ 32 MHz was 1%, and for the prototype device under the same conditions - 6%.

Claims (3)

1. Способ измерения резонансной частоты, основанный на возбуждении на входе резонатора электромагнитных колебаний с изменяющейся частотой, фиксации максимальной амплитуды колебаний на выходе резонатора и измерении частоты колебаний f1, соответствующей этой максимальной амплитуде, отличающийся тем, что одновременно на входе и выходе резонатора периодически изменяют знак реактивного сопротивления внешних цепей, подключенных к резонатору, при каждом изменении этого знака измеряют частоту f2, соответствующую максимальной амплитуде колебаний на выходе резонатора, и резонансную частоту определяют как среднее значение частот f1 и f2.1. The method of measuring the resonant frequency, based on the excitation at the input of the resonator of electromagnetic waves with a varying frequency, fixing the maximum amplitude of the oscillations at the output of the resonator and measuring the oscillation frequency f 1 corresponding to this maximum amplitude, characterized in that at the same time at the input and output of the resonator periodically change the sign of the reactance of the external circuits connected to the resonator, with each change of this sign, measure the frequency f 2 corresponding to the maximum amplitude fucking at the output of the resonator, and the resonant frequency is defined as the average value of the frequencies f 1 and f 2 . 2. Устройство для измерения резонансной частоты электромагнитного резонатора, содержащее последовательно соединенные устройство настройки, перестраиваемый генератор и частотомер, при этом выход перестраиваемого генератора подключен к входу резонатора, выход которого подключен к входу устройства настройки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит два трансформирующих блока, триггер и одновибратор, выход которого подключен к входу сброса частотомера, а вход соединен с выходом строб-импульсов частотомера, с управляющим входом устройства настройки и со счетным входом триггера, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго трансформирующих блоков, при этом выход перестраиваемого генератора через первый трансформирующий блок подключен к входу резонатора, выход которого через второй трансформирующий блок подключен к входу устройства настройки.2. A device for measuring the resonant frequency of an electromagnetic resonator containing a tuned device, a tunable generator and a frequency meter, the output of a tunable generator connected to the input of the resonator, the output of which is connected to the input of the tuner, characterized in that it further comprises two transforming units, trigger and one-shot, the output of which is connected to the reset input of the frequency meter, and the input is connected to the output of strobe pulses of the frequency meter, with a control input stroystva settings and to trigger counting input, the output of which is connected to the control inputs of the first and second transforming units, the output of tunable oscillator through a first transforming unit coupled to an input resonator, whose output is via a second transforming unit coupled to an input setting device. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что трансформирующий блок выполнен в виде двух коммутаторов и четвертьволнового трансформатора, при этом первые контакты обоих коммутаторов соединены через четвертьволновый трансформатор, а вторые их контакты соединены между собой. 3. The device according to claim 2, characterized in that the transforming unit is made in the form of two switches and a quarter-wave transformer, while the first contacts of both switches are connected through a quarter-wave transformer, and their second contacts are interconnected.
RU2008117685/28A 2008-05-04 2008-05-04 Method for measurement of resonance frequency and device for its realisation RU2367965C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008117685/28A RU2367965C1 (en) 2008-05-04 2008-05-04 Method for measurement of resonance frequency and device for its realisation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008117685/28A RU2367965C1 (en) 2008-05-04 2008-05-04 Method for measurement of resonance frequency and device for its realisation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2367965C1 true RU2367965C1 (en) 2009-09-20

Family

ID=41168061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008117685/28A RU2367965C1 (en) 2008-05-04 2008-05-04 Method for measurement of resonance frequency and device for its realisation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2367965C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541119C1 (en) * 2013-09-20 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Resonant frequency measurement method
RU2691291C1 (en) * 2018-02-22 2019-06-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of measuring resonant frequency

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1308940A1 (en) * 1986-01-10 1987-05-07 Институт Электродинамики Ан Усср Device for measuring resonance frequency of transducers-resonators
SU1659908A1 (en) * 1988-04-01 1991-06-30 Предприятие П/Я Х-5332 Method of measurements of frequency and q-factor of resonators and transducers
RU2005304C1 (en) * 1991-06-10 1993-12-30 Институт проблем управлени Resonance frequency meter of oscillatory system
JP2000121680A (en) * 1998-10-13 2000-04-28 Tokin Corp Resonance frequency measuring device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1308940A1 (en) * 1986-01-10 1987-05-07 Институт Электродинамики Ан Усср Device for measuring resonance frequency of transducers-resonators
SU1659908A1 (en) * 1988-04-01 1991-06-30 Предприятие П/Я Х-5332 Method of measurements of frequency and q-factor of resonators and transducers
RU2005304C1 (en) * 1991-06-10 1993-12-30 Институт проблем управлени Resonance frequency meter of oscillatory system
JP2000121680A (en) * 1998-10-13 2000-04-28 Tokin Corp Resonance frequency measuring device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541119C1 (en) * 2013-09-20 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Resonant frequency measurement method
RU2691291C1 (en) * 2018-02-22 2019-06-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of measuring resonant frequency

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007030440A1 (en) Passive hybrid lc/saw/baw wireless sensor
RU2367965C1 (en) Method for measurement of resonance frequency and device for its realisation
US20060232281A1 (en) Method and device for determining the resonant frequency of resonant piezoelectric sensors
Ferrari et al. Compact DDS-based system for contactless interrogation of resonant sensors based on time-gated technique
RU2332659C1 (en) Method of measurement of fluid physical properties
RU2567441C1 (en) Digital measurement of electric magnitudes
WO2014123450A1 (en) Moisture meter
RU2586388C1 (en) Pressure measuring device
RU2029247C1 (en) Method of measuring physical parameter of object
RU2412432C1 (en) Fluid physical properties metre
Tommaso et al. Telemetric QCM-D based sensing system with adaptive excitation frequency
CN106092802A (en) A kind of light swashs the EL-QCM-D array fluid detection system that electricity picks up
Sell et al. Reactance-locked loop for driving resonant sensors
Zini et al. Electronic technique and system for non-contact reading of temperature sensors based on piezoelectric MEMS resonators
George et al. Precision Measurement of Electrical Characteristics of Quartz-Crystal Units
RU181064U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL PROPERTIES OF A LIQUID
Babu et al. An FFT based readout scheme for passive LC sensors
RU2645435C1 (en) Method of measuring amount of substance in a metal container
Bau et al. Quartz crystal resonator sensor with printed-on-crystal coil for dual-harmonic electromagnetic contactless interrogation
RU2753830C1 (en) Method for measuring position of interface between two liquids in container
RU2354980C2 (en) Method of determining dielectric constant of dielectric product
Zhang et al. Experimental measurement of the electroelastic effect in thickness-mode langasite resonators
RU2427851C1 (en) Method of measuring physical quantity
RU2427805C1 (en) Measuring device of liquefied gas in closed tank
SU737884A1 (en) Device for measuring electrophysical characteristics of piezoceramic resonators

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180505