Современная электроника №8/2021

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2021 Рассматриваемым ниже примером несколько необычного применения диаграмм Боде является определение ЛАФЧХ для первичных преобразова- телей промышленного назначения, в частности, применяемых в ультразву- ковых расходомерах [10], для опреде- ления зависимости их импеданса от частоты. Это необходимо для наиболее точного согласования таких устройств с источником импульсного сигнала и для оптимизации условий передачи мощности в такую нагрузку. Для этого, а также для ряда других промышленных применений, связанных с эксплуатаци- ей резистивных, пьезоэлектрических, электромеханических и других пре- образователей, использование опции R&S RTM-K36 является одним из луч- ших вариантов как по удобству, так и по затратам времени. Функциональные особенности опции R&S RTM-K36 Опция R&S RTM-K36, реализуемая на базе осциллографов серии R&S RTM, специально предназначена для постро- ения диаграмм Боде. При этом тесто- вый синусоидальный сигнал с пере- менной частотой снимается с выхода встроенного генератора R&S RTM-B6 и подаётся посредством внешнего сое- динения на один вход осциллографа, а выходной сигнал исследуемого четы- рёхполюсника – на второй вход, кон- фигурируемые в настройках опции. Диаграмма Боде может строиться одно- кратно или с постоянным обновлением для интервала частот от 10 Гц до 25 МГц и представляется в единой координат- ной плоскости с двумя осями ординат, соответствующих АЧХ и ФЧХ. Как это видно на рис. 7, окно постро- ения диаграмм Боде разделено на несколько сегментов. В верхней части окна имеется строка, в которой пока- заны значения основных настроек построения диаграммы Боде, к кото- рым относятся начальная и конечная частоты, количество точек на декаду частоты, состояние встроенного гене- ратора, а также значение амплитуды его выходного сигнала. Количество точек на декаду частоты может меняться от 10 до 500 шт. [11]. Важной особенностью опции являет- ся возможность задания амплитудного профиля: разных значений амплиту- ды выходного сигнала генератора, что необходимо для цепей с ограниченным динамическим диапазоном, например, для усилителей класса А. Если функция амплитудного профиля активирована, то он задаётся по точкам и отображает- ся в виде ломаной линии на диаграм- ме Боде. Сам амплитудный профиль при этом может быть задан установ- кой опорных точек при помощи сен- сорного экрана. В типовом случае уров- ни тестового напряжения фиксируются постоянными в пределах декады. Уро- вень тестового сигнала выбирается в интервале от 20 мВп-п до 10 Вп-п для четырёхполюсников с большим вход- ным сопротивлением и в два раза мень- ше, если оно равно 50 Ом. Ниже строки настроек расположено окно для отображения диаграммы Боде. Изменение амплитуды и фазы сигна- ла при прохождении через исследуе- мую цепь отображается в децибелах и градусах, к обеим кривым примени- мы курсорные измерения, результаты которых отображаются в левой ниж- ней части экрана. Под диаграммой Боде расположено табличное пред- ставление результатов измерений по каждой частотной точке. В левой ниж- ней части экрана (см. рис. 7) располо- жена область для управления процес- сом измерений. Здесь отображаются обозначения каналов осциллографа, назначенные для входного и выходного сигналов четырёхполюсника, кнопки запуска, остановки измерений и обнов- ления диаграммы Боде, а также кнопка, открывающая окно установки настро- ек измерений. В окне установки настроек измере- ний для генератора R&S RTM-B6 может быть выбран тип нагрузки (high-Z или 50 Ом), задано количество точек на декаду, включено или отключено применение амплитудного профиля, задано максимальное значение для фазового угла. Кроме того, здесь уста- навливается значение задержки изме- рений, соответствующее времени, кото- рое будет проходить между моментом перехода на следующую частоту и осу- ществлением измерений. Такая задерж- ка позволяет дождаться завершения переходных процессов в объекте иссле- дования, вызванных перестройкой по частоте. Процесс измерений полно- стью автоматизирован, результаты могут быть экспортированы в файлы формата *.CSV, что было использова- но в экспериментальной части рабо- ты для выполнения математической обработки. Особенности ультразвуковых первичных преобразователей как объекта радиоизмерений и подход к определению их импеданса Ультразвуковые первичные преобра- зователи (УПП), предназначенные для использования в расходомерах, обычно состоят из двух одинаковых устройств. Каждое из них включает в себя пьезо- элемент, который способен на основе внешнего сигнала формировать коле- бания ультразвукового диапазона, а также формировать выходной сигнал по таким колебаниям. Существует боль- шое количество конструкций УПП, но наибольшее распространение получи- ли датчики, установка которых не тре- бует изменения профиля трубопровода и осуществляется при помощи специ- альных направляющих снаружи труб круглого сечения, что значительно упрощает монтаж и наладку ультра- звуковых расходомеров [10, 12]. Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на том, что зву- ковые волны имеют разную скорость распространения по ходу и против хода рабочего вещества в трубопроводе. По этой разнице и на основе известного сечения трубопровода, а также характе- ристик плотности и вязкости вещества и осуществляется измерение расхода. Принципиально все методы, основан- ные на таком принципе, разделяются на фазовые, частотные и времяимпульс- ные. В первом случае используются сиг- налымегагерцового диапазона с совпа- дающими или близкими частотами, в типовом случае они составляют око- ло 6 МГц. При реализации частотного метода измерительная система автома- тически подбирает такие частоты, что- бы на длине измерительного канала при распространении ультразвука в обо- их направлениях укладывалось целое число полуволн. Тогда расход рабочего вещества оказывается пропорциональ- Рис. 3. Схема измерений импеданса УПП с использованием опции R&S RTM-K36