книги из ГПНТБ / Основы теории и конструкции контрольно-проверочной аппаратуры авиационных управляемых ракет учебник

в том, что их выходное напряжение не зависит от формы входного переменного напряжения.

В качестве детектора среднего значения используются мостиковые выпрямители (рис. 2.18). Через нагрузочный резистор R ток в оба полупериода входного напряжения протекает в одном на­ правлении. Падение напряжения на этом резисторе пропорционально среднему значению напряжения, поступающего на вход преобразо-

вателя, если значение напряжения достаточно для работм на ли­ нейном участке вольт-амперной характеристики диодов. При малых входных напряжениях детектирование получается квадратичным.

Преобразователи тока

Напряжение, пропорциональное постоянному току и току низ­ кой частоты в данной цепи, можно получить путем включения в эту цепь образцового резистора R0 (рис. 2.19, а). Переменное напря-

6

Р и с . 2.19. П р е о б р а з о в а н и е п о с т о я н н о г о (а) и п е р е м е н н о го (б ) т о к а

жение на R0 детектируется и фильтруется (рис. 2.19, б). Включе­ ние резистора R0 приводит к погрешностям измерений. До вклю­ чения этого резистора величина тока

где U — напряжение, действующее в цепи; Ra — сопротивление нагрузки.

52

*е

Переменный ток высокой частоты преобразуется в постоянный ток (напряжение) с помощью термопар и фотоэлектрических дат­ чиков.

При использовании термопар ток высокой частоты нагревает подогреватель П (рис. 2.20). Термоэлектродвижущая сила, возни­ кающая в термопаре Т, пропорциональна току I, - протекающему через подогреватель.

Преобразование тока в лучистую энергию, которая, в свою оче­ редь, преобразуется в напряжение постоянного тока, осуществля­ ется с помощью лампы Л, имеющей прямую нить накала (рис. 2.21). Под воздействием лучистой энергии изменяется элек­ трическое сопротивление цепи, состоящей из нагрузочного рези­ стора Я н и фотоэлектрического датчика с темновым сопротивле­ нием Яф. Падение напряжения на резисторе Ян пропорционально току /. Ввиду того, что величина лучистой энергии, излучаемой лампой Л, нелинейно зависит от I, преобразователь имеет нели­ нейную характеристику.

53

Преобразователи мощности

Контроль мощности в цепях постоянного тока и токов низкой частоты производят косвенными методами путем измерения напря­ жения, тока и сопротивления с последующим вычислением мощ­ ности с помощью перемножающих устройств. Перемножающие устройства выполняются на многосеточных лампах или квадрато­ рах— приборах с квадратичной характеристикой.

В диапазоне СВЧ мощность является одной из важнейших ха­ рактеристик и измеряется с помощью специальных устройств, ра­ бота которых основана на превращении энергии электромагнитных

в волноводах осуществляется полупроводниковыми термопарами и преобразователями с поглощающей стенкой.

Полупроводниковая термопара (рис. 2.22) выполнена в виде двух брусков / и 2 из сплавов сурьма-цинк и сурьма-кадмий, сое­ диненных металлическим мостом 3. Мост покрывают поглощаю­ щим электромагнитную энергию слоем 4 и помещают в отверстие в широкой стенке волновода так, чтобы поглощающий слой был на одном уровне с внутренней поверхностью стенки. Токи, проте­ кающие по стенке при распространении электромагнитных коле­ баний по СВЧ тракту, нагревают мост до температуры Т\. Ввиду большой теплопроводности металла соприкасающиеся с мостом концы полупроводниковых брусков имеют ту же температуру. Тем­ пература других концов брусков близка к температуре Т2 окру­ жающей среды (или специального охладителя). При наличии раз­ ности температур возникает термоэлектродвижущая сила и напря­ жение UB на нагрузочном резисторе RH, пропорциональные прохо­ дящей мощности.

Преобразователи с поглощающей стенкой в качестве поглоти­ теля высокочастотной энергии используют отрезок волновода, вы­ полненный из материала с большим удельным сопротивлением по

54

высокой частоте. При поглощении мощности температура этого отрезка повышается по сравнению с основным волноводом. Раз­ ность температур, являющаяся мерой высокочастотной мощности, измеряется с помощью датчиков температуры.

Рассмотренные преобразователи проходящей мощности харак­ теризуются большой инерционностью и могут использоваться для контроля средней мощности Рср. При импульсном режиме работы важно знать импульсную мощность Ри, для чего служит преобразо­ ватель импульсной мощности (рис. 2.23). Электромагнитная энер-

Р и с . 2.23. С т р у к т у р н а я с х е м а п р е о б р а з о в а т е л я и м п у л ь с ­ н о й м о щ н о с т и

гия из высокочастотного тракта через направленный ответвитель поступает на диодный детектор. С выхода диода видеоимпульсы подаются на видеоусилитель со стабилизированным коэффициен­ том усиления. Усиленные импульсы детектируются пиковым детек­ тором. На выходе пикового детектора устанавливается постоянное напряжение, уровень которого пропорционален амплитуде СВЧ импульсов. Напряжение положительной полярности с выхода пи­ кового детектора поступает на катод диодного детектора, в ре­ зультате чего его рабочая точка устанавливается на квадратичном участке характеристики й выходное напряжение преобразовате­ ля UBлинейно зависит от измеряемой мощности.

Преобразователи частоты и разности фаз

Для получения напряжения постоянного тока, пропорциональ­ ного частоте колебаний в диапазоне от нескольких герц до сотен

55

Р и с . 2.25 . С т р у к т у р н а я с х е м а ч а с т о т н о го д е т е к т о р а

сит только от частоты f входного напряжения. В качестве комму­

помощью объемныхрезонаторов (рис. 2.27) с высокой добротно­ стью,перестраиваемых путем изменения подмагничивания фер­

56

рита, помещенного в резонаторе. Частота объемного резонатора перестраивается по линейному закону с помощью генератора тока подмагничивания. Изменяя ток подмагничивания и отмечая наст­ ройку в резонанс, можно по величине этого тока судить о значе­ нии измеряемой частоты.

и*ж*ию

Р и с . 2.27 . С т р у к т у р н а я с х е м а п р е о б р а з о в а т е л я ч а с т о т ы в С В Ч д и а п а з о н е

Для измерения разности фаз 9 двух напряжений используется преобразователь (рис. 2.28), работающий на принципе суммиро­ вания этих напряжений. Напряжения £Л и U2, сдвиг фаз между ко­ торыми надо измерить, подаются на усилители-ограничители. На

R

Р и с . 2 .28 . П р е о б р а з о в а т е л ь р а зн о с т и ф а з

выходе ограничителей получаются колебания прямоугольной фор­ мы с одинаковыми амплитудами, сдвинутые по фазе на величину 9 . Эти колебания подаются на сетки ламп Л1 и Л2, в результате чего на их общей нагрузке R выделяется суммарный сигнал, форма которого зависит от сдвига фаз 9 . Напряжение, снимаемое с ре­ зистора R, поступит на детектор, который преобразует его в на­ пряжение постоянного тока С/в, пропорциональное углу сдвига фаз 9 . Такой преобразователь работает на частотах до нескольких десятков килогерц.

57

Преобразователи импульсных сигналов

Для получения напряжения постоянного тока, пропорциональ­ ного длительности импульса, используется преобразователь, изоб­ раженный на рис. 2.29. Контролируемый импульс (рис. 2.30, а)

подается на нормирующий усилитель, с выхода которого снима­

дования, равным измеряемому, и амплитудой, пропорциональной его величине.

.Р и с . 2.31 . С т р у к т у р н а я с х е м а п р е о б р а з о в а т е л я п е р и о д а с л е д о в а н и я и м п у л ь с о в

Фильтр выделяет постоянную составляющую этого напряжения, значение которой определяет период следования импульсов.

58

Нормализаторы

Применение в автоматизированных системах контроля датчи­ ков с различными выходными характеристиками требует согласо­ вания датчиков с последующими блоками по уровню сигналов, отдаваемой мощности и сопротивлению. Согласование по уровню сигналов применяется для приведения выходных сигналов всех датчиков к одному или нескольким нормализованным значениям. Если параметр характеризуется номинальной величиной А0, то его

нормализованное значение Ан = 1гвАй, где kB— коэффициент норма­ лизации. Нормализация позволяет значительно упростить и унифи­ цировать аппаратуру.

Нормализация постоянных напряжений осуществляется с по­ мощью различных делителей. Схема нормализатора сигнала, сни­ маемого с потенциометрического датчика (рис. 2.32), изменяет на­

чтобы значение UB.Hmax не превышало уровня, принятого в аппа­ ратуре контроля.

При изменении UB в больших пределах коэффициент &н должен быть небольшим, что приводит к снижению точности измерения. Для повышения точности измерения используют компенсационную схему нормализации (рис. 2.33). Помимо делителя напряжения на резисторах Rl, R2 в схеме применяются стабилизированный источ­

значения R3 и Ест берут такими, чтобы при UB=UBmin напряже­ ние Rв.н было равно нулю, а при t/B= t /Bmax — близко к максималь­ но допустимому уровню. Расчеты показывают, что погрешность

59

измерения с помощью компенсационной схемы в несколько раз меньше по сравнению со схемой, изображенной на рис. 2.32.

Нормализация переменных напряжений производится транс­ формированием сигнала. Для получения на выходе постоянного нормализованного напряжения используют выпрямитель и фильтр (рис. 2.34). Коэффициент трансформации выбирают так, чтобы при максимальном значении напряжения переменного тока выход-

Рис. 2.34. Схема нормализации переменного напряжения

ной нормализованный сигнал UB.н не превосходил заданного зна­ чения. Применение выпрямителя позволяет использовать и компен­ сационную схему нормализации, рассмотренную выше.

Нормализацию постоянных токов осуществляют по следующей схеме (рис. 2.35). Измеряемый ток подается на управляющую об­ мотку магнитного усилителя, на выходе которого включен выпря-

I I

Рис. 2.35. Структурная схема нормализации постоянного тока

митель с фильтром. Параметры схемы подбирают так, чтобы при максимальном значении измеряемого тока I напряжение на вы­ ходе фильтра не превосходило уровень других нормализованных напряжений. Если производится измерение больших токов, то па­ раллельно управляющей обмотке магнитного усилителя включа­ ется шунт.

Для нормализации амплитуды и частоты следования видеоим­ пульсов чаще всего производят их преобразование в напряжение постоянного тока, которое нормализуется рассмотренными выше способами. Слабые сигналы, снимаемые с датчиков, перед норма­ лизацией подвергаются усилению.

Согласование по мощности заключается в обеспечении равен­ ства активных и компенсации реактивйых проводимостей датчика и последующего элемента. В этом случае от датчика на последую­

60