Мікрохвильовий багатозондовий мультиметр

Изобретение относится к измерительной технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может использоваться для измерения сверхбольшой мощности и комплексного коэффициента отражения. Известен измеритель проходящей мощности для несогласованных трактов (Кукуш В.Д., Волков В.М. и др. Измерительпроходящей мощности для несогласованных трактов. - Радиоэлектроника летательных аппаратов. - Харьков: ХАИ, 1972. №1). Использованы пять датчиков, расположенные на расстоянии друг от друга. Вычислительный блок прибора предназначен для преобразования сигналов зондовых датчиков в соответствии с алгоритмом В вычислительном операции сложения блоке выполняются напряжений вычитания напряжений и умножения напряжений на масштабный коэффициент K. После выполнения этих операций напряжения и подаются на две пары обмоток электродинамического или ферродинамического ваттметра (например, из которых выполняет операцию одна умножения вторая - операцию квадирования Операция вычитания производится соответствующим включением обмоток прибора так, чтобы показания прибора были пропорциональны разности вращающих моментов, создаваемых обеими парами обмоток ваттметра. Показания прибора, таким образом, пропорциональны проходящей мощности. Первым недостатком предлагаемой реализации является то, что устройство полностью электромеханическое, а, значит инерционное, в то время, как электронный вычислитель позволяет повысить быстродействие, а также точность. Второй недостаток обусловлен тем, что в приборе равенство выполняется лишь на одной фиксированной частоте, для этой частоты погрешность рассогласования равна нулю, но в полосе частот эта погрешность сильно возрастает. Наиболее близким по технической сущности является микроволновый мультиметр высокого уровня мощности (Мыльников А.В. Микроволновый мультиметр // Измерительная техника. - 1994. №3. - С.60 - 62). Использованы четыре датчика, расположенные на расстоянии Микроволновый мультиметр состоит из трех селекторов, трех сумматоров, блока вычисления постоянной составляющей и блока цифровой обработки. Первые входы первого и второго сумматоров соединены с выходами третьего сектора, а вторые входы первого и второго сумматоров соединены с выходом блока вычисления постоянной составляющей, выходы первого и второго сумматоров соединены со входами третьего сумматора и с первым и третьим входами блока цифровой обработки, выход третьего сумматора соединен со вторым входом блока цифровой обработки. Блок цифровой обработки состоит из ЦАП, переключателя, сумматора, АЦП и индикатора, первый вход ЦАП соединен с выходом третьего сумматора, а второй вход с выходом блока вычисления постоянной составляющей, выход ЦАП с первым входом сумматора, со вторым входом сумматора соединен выход блока вычисления постоянной составляющей, вы ход сумматора соединен с четвертым входом переключателя, первый, второй и третий входы переключателя соединены с выходами первого, третьего и второго сумматоров соответственно, два выхода переключателя соединены со входами АЦП, вы ход АЦП соединен с индикатором. Селекторы, представляющие собой компараторы напряжений с управляемыми коммутаторами, выбирают максимальное из четырех входных напряжений и подают его на вход первого сумматора; на вход второго сумматора подается напряжение в первом и втором сумматоре из них вычитается среднее напряжение выходы третьего напряжения результате на сумматора поступают пропорциональные и которые суммируются в соотношении 3 : 1, и, таким образом, на выходе третьего сумматора формируется напряжение пропорциональное Последнее поступает на вход ЦАП, управляемый кодом АЦП. На сигнальный вход АЦП поступает напряжение, пропорциональное величине напряжение, а на опорный среднее пропорциональное величине потому сказывается или выходной код АЦП пропорциональным Перемножающий ЦАП формирует напряжение пропорциональное которое вычитается из среднего напряжения в пятом сумматоре. В результате на переключатель поступают сигналы, пропорциональные В режиме измерения мощности переключатель подает на вход АЦП напряжение, пропорциональное на опорный вход АЦП подается опорное напряжение такой величины, чтобы показания индикатора соответствовали значению мощности в киловаттах. В режиме измерения коэффициента отражения на сигнальный и опорный входы АЦП подаются напряжения, пропорциональные и поэтому показания индикатора соответствуют Для измерения напряжения величины используются пропорциональные и а также информация о состояниях селекторов. Это устройство не может работать в широкой полосе частот. Микроволновые мультиметры СВЧ применяются при измерении проходящей мощности, модуля и фазы коэффициента отражения, длины волны, кроме того, для измерения напряжений на высоких частотах, а также параметров диэлектриков и др. При этом в большинстве случаев возникает необходимость применения их в широком диапазоне частот, в отличие от СВЧ - нагревательных, ускорительных и др. систем, работающих на фиксированной частоте. В основу изобретения положена идея увеличения частотного диапазона за счет устранения погрешности рассогласования в полосе частот. Такой технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее линию передачи, четыре датчика, три сумматора, блок вычисления постоянной составляющей и блок цифровой обработки, состоящий из ЦАП, сумматора, переключателя, АЦП, индикатора, где выходы первого и второго сумматоров соединены с двумя входами третьего сумматора и первым и третьим входами блока цифровой обработки, второй вход второго сумматора соединены с выходом блока вычисления постоянной составляющей, выход третьего сумматора соединены со вторым входом блока цифровой обработки, первый вход ЦАП соединен с выходом третьего сумматора, а второй вход с вы ходом блока вычисления постоянной составляющей, выход ЦАП соединен с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен с выходом блока вычисления постоянной составляющей, выход сумматора соединен с четвертым входом переключателя, первый, второй и третий входы переключателя соединены с выходами первого, третьего и второго сумматоров соответственно, два выхода переключателя соединены со входами АЦП, вы ход АЦП соединен с индикатором, введены пятый датчик, умножитель между первым и третьим сумматорами, блок вычисления тригонометрических функций, входы блока вычисления тригонометрических функций соединены с датчиками, первый выход блока вычисления тригонометрических функций соединен со вторым входом умножителя, а второй и третий выходы блока вычисления тригонометрических функций соединены со входами блока вычисления постоянной составляющей. Блок вычисления тригонометрических функций содержит коммутатор, устройство управления, пять сумматоров, шесть умножителей и блок для извлечения корня, датчики через коммутатор соединены с первым и вторым сумматорами, выход первого сумматора соединен с устройством управления, выход которого соединен с коммутатором, выход первого сумматора соединен с первым и вторым умножителями и с первыми входами третьего и пятого сумматоров, выход второго сумматора соединен со вторыми входами третьего, четвертого и пятого сумматоров, первый вход четвертого сумматора соединен с выходом второго умножителя, первые входы третьего, четвертого и пятого умножителей соединены с выходами третьего, четвертого и пятого сумматоров соответственно, вторые входы третьего, четвертого и пятого умножителей соединены с выходом первого умножителя, выход третьего умножителя соединен с первым входом шестого умножителя, выход четвертого умножителя соединен со вторым входом шестого умножителя и является вторым выходом блока в целом, выход пятого умножителя является третьим выходом блока в целом, выход шестого умножителя соединен со входом блока для извлечения корня, выход блока для извлечения корня - первый выход блока в целом. На фиг.1 приведена структурная схема многозондового микроволнового мультиметра; на фиг.2 - блок вычисления тригонометрических функций. Устройство состоит из датчиков 1 - 5, сумматоров 6, 8, 10; умножителя 7, блока цифровой обработки 9; блока вычисления постоянной составляющей мощности 11; блока вычисления тригонометрических функций 12; входы сумматора 6 соединены с 1 и 3 датчиками, выход сумматора 6 соединен с первым входом умножителя 7, выход умножителя 7 соединен с первым входом сумматора 8, и первым входом блока цифровой обработки 9, выход сумматора 8 соединен со вторым входом блока цифровой обработки 9, 1 - 4 входы блока вычисления постоянной составляющей 11 соединены с датчиками 1 - 4, входы 5 - 6 блока вычисления постоянной составляющей 11 соединены с выходами 2 3 блока вычисления тригонометрических функций 12; пять входов блока вычисления тригонометрических функций 12 соединены с датчиками 1 - 5, первый выход блока 12 соединен со вторым входом умножителя 7, выход блока 11 соединен со вторым входом сумматора 10 и четвертым входом блока 9, первый вход сумматора 10 соединен с датчиком 2; выход сумматора 10 соединен со вторым входом сумматора 8 и третьим входом блока цифровой обработки 9. Блок вычисления тригонометрических функций состоит из коммутатора 13, устройства управления 14, сумматоров 15, 16, 19 - 21, умножителей 17, 18, 22 - 25, блока извлечения корня 26; входы коммутатора 13 соединены с датчиками 1 5, а шестой вход коммутатора 13 соединен с выходом устройства управления 14, вход устройства управления соединен с выходом сумматора 15, входы сумматора 15 соединены с первым и вторым выходами коммутатора 13, выход сумматора 15 соединен с умножителями 17 и 18 и с первыми входами сумматоров 19 и 21, выход сумматора 16 соединен со вторыми входами сумматоров 19 21, первый вход сумматора 20 соединен с выходом умножителя 18, первые входы умножителей 22 - 24 соединены с выходами сумматоров 19 - 21 соответственно, вторые входы умножителей 22 - 24 соединены с выходом умножителя 17, выход умножителя 22 соединен с первым входом умножителя 25, выход умножителя 23 со вторым входом умножителя 25 и является вторым выходом блока 12 в целом, выход умножителя 25 соединен со входом извлекателя корня 26, выход блока 2 - первый выход блока 12 в целом. Устройство работает следующим образом. Сигналы с датчиков: первого второго третьего четвертого поступают одновременно на первый сумматор, где вычисляется разность первого и третьего сигналов пропорциональная синусоидальной составляющей датчиков на блок вычисления постоянной составляющей мощности, на вход блока вычисления тригонометрических функций. Блок вычисления тригонометрических функций работает следующим образом: на сумматорах получают переменной составляющей мощности На сумматоре 8 вычисляется переменная составляющая мощности Затем в блоке цифровой обработки происходит преобразование в цифровую форму и вычисление проходящей мощности, коэффициента отражения. Принцип действия устройства базируется на соотношениях разности и если то устройство управления перекоммутирует датчики, так, что в сумматорах определяются разности и где Для случая в первом и втором умножителе умножается на 2 и на 3, после этого обработка ведется по трем каналам, на входах которых (они же выходы блока вычисления тригонометрических функций 12 получают на первом на втором на третьем cosq. Итак первый канал состоит из последовательно соединенных сумматоров, где определяется величина умножителя, где определяется умножителя, где вычисляется и блока - извлечения квадратного корня, где получают последовательно второй канал состоит соединенных сумматора, выходе которого третий канал соединенных умножителя из на умножителя состоит из последовательно сумматора и На выходе блока вычисления постоянной составляющей получается величина пропорциональная которую можно через сигналы датчиков выразить следующим образом В сумматоре 10 определяется разность и равная косинусоидальной составляющей и соответствующая составляющей переменной мощности В умножителе 7 осуществляется деление на а на выходе получается величина, Преимуществом многозондового микроволнового мультиметра является экономическая эффективность, так как мультиметр становится универсальным не только по назначению, но и по частотному диапазону.