Спосіб вимірювального квадратичного перетворення електричних величин

Спосіб вимірювального квадратичного перетворення електричних величин, який складається з операцій першого нелінійного перетворення та 3 34216 напівпровідниковий діод. Поставлене завдання вирішується тим, що спосіб вимірювального квадратичного перетворення електричних величин, який складається з операцій першого нелінійного перетворення та підсилення електричної величини, зворотного перетворення одержаного результату в сигнал від’ємного зворотного зв’язку, другого нелінійного перетворення та підсилення, згідно запропонованої корисної моделі зворотне перетворення одержаного результату виконується як коренездобування, друге нелінійне перетворення виконується як підсилення до квадратного степеня результату коренездобування та порівняння результату з результатом першого нелінійного перетворення та посилення електричної величини. Операції способу пояснюються на основі пристрою, який його реалізує. На Фіг.1, 2, 3 представлено спосіб вимірювального квадратичного перетворення електричних величин. На Фіг.1 зображена вольт-амперна характеристика (ВАХ) квадратичного НВЧ детектора: Р - фокальний параметр параболи (ексцентриситет); S=1/2р - коефіцієнт передачі детектора; F - фокус параболи. На Фіг.2 показана схема з'єднання НВЧ діода з джерелом струму зміщення: G - джерело струму зміщення; W - антенно-хвилеводна детекторна секція; VD - квадратичний НВЧ детектор; Івипр випрямлений струм; Ізм - струм зворотного зміщення; RH – опір навантаження діода. На Фіг.3 показана структурна схема детекторного інваріантного вимірювача щільності потоку потужності НВЧ в хвилеводі: А - НВЧ діод як функціональний перетворювач (квадратор); Б - НЧ діод як функціональний перетворювач (квадратор); ПП1, ПП2- пристрої порівняння; П1, П2- підсилювачі напруги; КЗД - коренездобувний перетворювач. Вольт-амперна характеристика діода (Фіг.1) показує дві важливих особливості: 1) вихідною величиною квадратичного НВЧ детектора слід вважати прямий струм діода; 2) прямим струмом діода можна керувати за допомогою джерела зворотного зміщення (Фіг.2), фіксуючи робочу точку на її квадратичній ділянці. Таким чином, НВЧ сенсор можна розглядати як функціональний перетворювач. На Фіг.3 представлена структурна схема пристрою, який реалізує запропонований спосіб. НВЧ діод охоплено колом від'ємного зворотного зв'язку (ВЗЗ), яке, в свою чергу, також охоплено колом ВЗЗ, що є симетричним по відношенню до першого. Необхідність лінеаризувати функцію в колі ВЗЗ вимагає виконання операції коренездобувного перетворювання. З цієї ж причини в симетричному колі виконується квадратичне перетворювання. Допоміжний сигнал у визначається з рівняння y =S × Uв их - S 2кв × K 2 × y 2 , (1) де Uвих - ви хідний сигнал вимірювального перетворювача; S - коефіцієнт чутливості коренездобувного перетворювача; S2кв - коефіцієнт чутливості симетричного квадратичного перетворювача; К2 - коефіцієнт підсилення симетричного кола. 4 За умови Uвих>S2кв×К2×у2 розв'язок рівняння (1) набуває вигляду (2) Якщо добуток S 2 × S 2кв K 2 >> 1 , то функцію (2) можна спростити до виду: y= Uв их S 2кв × K 2 (3) . Загальне рівняння вимірювального перетворення з врахуванням допоміжного сигналу у: ( )2 Uв их = S 1кв × K 1 × E - y , (4) де S1кв - чутливість діодного сенсора; К1 - коефіцієнт підсилення прямого кола; E - модуль напруженості ЕМП НВЧ, інтенсивність якого вимірюється. Враховуючи (3), рівняння (4) за умови E > у набуває вигляду: U в их = S 1кв × K 1 × E S 1кв × K 1 S 2кв × K 2 1+ . (5) Якщо 1/ S1кв × K 1 ® 0 , то з виразу (5) отримуємо загальну функцію 2 Uв их = f æ E ö : ç ÷ è ø Uвих=S2кв×К2 E 2. (6) Щільність потоку потужності НВЧ в прямокутному регулярному хвилеводі зі стороною широкої стінки а, вузької - b, площею перетину Sхв=a×b дорівнює [3]: RH BЧ = E 2 480 p 2 æl ö 1-ç 0 ÷ , ç 2а ÷ è ø (7) l 0 - довжина хвилі у вільному просторі. З виразу (7) одержуємо E 2=Кхв×РНВЧ , де Kхв = 480p (8) 2 æl ö 1- ç 0 ÷ 2a ø è - постійна хвилеводу. Кінцевий результат вимірювального перетворення одержуємо з виразів (6), (8) (9) Uвих=S×РН ВЧ, де S=Кхв×S2кв×К 2 - постійна лінійного вимірювального перетворення. 5 34216 Таким чином, коло ВЗЗ дозволяє усун ути нестабільність коефіцієнта чутли вості квадратичного детектора як головного чинника похибок. Наявність коефіцієнта підсилення К2 вказує на підсилення перетвореного сигналу, тобто на підвищення чутливості перетворювача. Основна похибка вимірювального перетворення визначається похибкою коефіцієнта підсилення К2 та похибкою чутливості квадратичного перетворювача S2кв і, як показують розрахунки, складає ±2,5%. Комп’ютерна в ерстка C. Литв иненко 6 Джерела інформації: 1. Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем. -М.: Сов. радио, 1971, С.23, рис.1.4. 2. Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем. -М.: Сов. радио, 1971, С.24, рис.1.5. 3. Баскаков С.И. Основы электродинамики. М.: Сов. радио, 1973, С.124. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601