CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С М. КИРОВА
Том 22.1
1976
АНАЛИЗ СТАБИЛЬНОСТИ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ВИХРЕТОКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
А. В. ЕМЕЛЬЯНЕНКО, В. К. ЖУКОВ, И. Г. ЛЕЩЕНКО
(Представлена научно-техническим семинаром кафедры информационно-
измерительной техники)
В [1, 2] показано, что компенсация активных потерь вихретокового преобразователя, включенного в параллельный колебательный контур, с помощью отрицательного сопротивления позволяет значительно повысить чувствительность и помехозащищенность электромагнитных дефектоскопов.
Однако использование принципа регенерации наряду с увеличением чувствительности к полезным параметрам ведет к значительному росту влияния различных дестабилизирующих факторов.
При использовании в качестве отрицательного сопротивления схемного элемента на основе транзисторного усилителя с положительной
обратной связью (ПОС) можно считать, что основное дестабилизирующее действие будут оказывать параметры активного четырехполюсника: коэффициент передачи К, входное Явх и выходное сопротивления.
Для оценки влияния этих параметров на эквивалентные параметры регенерируемой схемы проведем анализ ее стабильности.
Влияние вариации параметров элементов схемы (рис. 1) будем оценивать по относительной нестабильности коэффициента передачи схемы а, который запишется в виде
« = 7 , р|а| 2 = (1) V А|кв + (-^экв — -^с)2 е
где р — характеристическое сопротивление;
Яэкв = т + ЯВн — эквивалентное активное сопротивление обмотки преобразователя; = ^ + — эквивалентное реактивное сопротивление обмотки преобразователя.
Рис. |1. Схема включения вихретокового преобразователя в регенерированный колебательный контур
Величина вносимого активного сопротивления /?вн определяется выражением
Л
X'2 Р(р ~ к) X2
(2)
*св + я* Явх
Первое слагаемое характеризует действие ПОС, второе — шунтирующее действие входного сопротивления усилителя. Вносимое реактивное сопротивление
X2 рк
Х„„ = -
Лев + Л/
(3)
определяется величиной фазового сдвига между выходным и входным напряжениями четырехполюсника.
В выражениях (2, 3) через р обозначен коэффициент включения активного элемента. _/?Св — балластное сопротивление цепи ПОС.
Абсолютную нестабильность Да найдем как сумму частных дифференциалов по Яэкв и Хэкъ:
Л да ,п
Да = —— йН экв <7АЭкв
дХжв
экв
(4)
В этом выражении первое слагаемое характеризует стабильность высоты резонансной кривой (амплитудная нестабильность), второе — стабильность собственной частоты колебательного контура, определяемой фазовым сдвигом (фазовая нестабильность).
Относительная нестабильность коэффициента передачи после дифференцирования выражения (4)
Да __Лэкв * г> I А ^экв
— — —--:— #/\ЭК0 -1--:-
а ДХэк.
ЭКВ
ах
экв ч
(5)
где Д Хэкв -
Хс=--сопротивление конденсатора С.
шС
Нестабильность резонансного измерительного контура целесообразно оценивать вблизи его основного рабочего режима—вблизи настройки в резонанс, т. е. когда /?Экв > Д Хэкв.
Тогда
— — ——¿/#экв +
А ХЭкв а Лэкв Лэкв
(6)
Для определения нестабильности коэффициента передачи найдем се частные производные, зависящие от лг, #вх,
<Э/?Экв к йк *
^(К) Яэкв =
дк
йк = Я,
экв
¿(Я, ) #экв
-^экв =
^экв =
р — К К у йК
дк д Ящз
дН, дХЪКй
вн >
к
= ^ВН _
1 + /?„//?, /?, '
(7)
1 + ЯСВ/Я, '
X2
я
ВХ
.Г.
35
Подставляя эти производные в (6) и переходя к конечным приращениям, получим
А к
Да а
/?ВН К__*вн А -^экв
+
к
. хвн А ХЭкв
1 А/?/ , 1 ДЯ,
Я, 1 +Г#вх/Х* Я,
(8)
я
Введем обозначения: С =--добротность преобразователя;
г
О - г
—- = \р — коэффициент регенерации.
= ——--начальная расстройка.
С учетом этих обозначений, производя некоторые преобразования,
получим выражение для суммарной относительной нестабильности — ,
а
обусловленной нестабильностью основных характеристик транзисторного усилителя (К, Ни Явх);
Да Е -1 А/с , 5,-1 А ^_0_ДЯвх ^ — — -- • к--[— -----р---]
а р — к к 1 ЕрО + Тг ^вх
+ С}1ЦЧт-\) (9)
к 1 + т( ¡<1
где ^ = = — коэффициенты, характеризующие сог-
X
ласование соответственно по выходу усилителя с измерительным контуром; коэффициент т характеризует отношение экв .
Первые три слагаемых полученного выражения характеризуют амплитудную нестабильность схемы, причем первое слагаемое вносит наибольшую долю в изменение передаточного коэффициента, поскольку параметр К является наименее стабильным. Единственным условием обеспечения малости этой компоненты при заданном коэффициенте регенерации |р является малость Д/фс, что может быть достигнуто жесткой стабилизацией коэффициента усиления.
Для уменьшения второго и третьего слагаемых необходимо обеспечить наилучшие условия согласования, когда ^ > 1 и <3экв. Это требует использования усилителя с большим входным У?Вх и малым выходным сопротивлениями. Когда же имеется достаточный запас усиления усилителя, величину можно значительно повысить путем включения в цепь ПОС стабильного высокоомного балластного сопротивления, а — выбором малого значения величины р.
Два последних слагаемых выражения (9) представляют собой фазовую нестабильность схемы. Эти составляющие будут тем меньше, чем меньше будет вносимое в обмотку преобразователя реактивное сопротивление. Условие максимальной стабильности для этих компонент совпадает с условием т= 1. Чтобы в максимальной степени уменьшить влияние этих компонент на суммарную нестабильность коэффициента передачи, необходимо, во-первых, обеспечить минимум фазовых сдвигов,
вызываемых как самим усилительным элементом, так и цепями связи, и, во-вторых, (когда это позволяют условия измерения) работать при расстройках контура 6, близких к нулю.
ЛИТЕРАТУРА
1.A. В. Е м е л ь я н е н к о, В. К. Жуков. Повышение чувствительности схем при электромагнитном контроле качества материалов и изделий. «Метрология», № 5, 1972.
2. А. В. Емельяненко, В. К. Жуков, И. Г. Л е щ е н к о. Применение вих-ретокового преобразователя с компенсацией его активных потерь для целей дефектоскопии. Сб. докладов I Межвузовской Всесоюзной конференции ,по электромагнитным методам контроля качества материалов и изделий, ч. II, МЭИ, 1972.
