ДЕТОНОМЕТР

РадіоХоббі

М. СУХОВА

Основні технічні характеристики

Частота вимірювального сигналу, Гц 3150

Межі вимірювання коефіцієнта коливань швидкості і детонації,% 0,002 … 1

межі: 0.02; 0,05; 0,1; 0.2; 0,5; 1

Межі вимірювання дрейфу швидкості, %………. ± 0.1 … ± 10

(Верхні межі: ± 1; ± 2; ± 5; ± 10)

Межі зміни напруги вимірювального сигналу, В …. 0,05 … 15

Наведена похибка вимірювань,%. не більше ……. 3

Додаткова похибка вимірів. %. не більше, при коливаннях рівня сигналу на ± 20 дБ (мінімальний рівень 30 мВ) і наявності в ньому перешкод частотою до 360 Гц і амплітудою, що не перевищує амплітуду вимірювального сигналу більш ніж в 3 рази …. ± 2

Модуль повного вхідного опору, кОм, на частоті 3150 Гц … … 420

Вхідна ємність, пФ ….. 50

Вихідна напруга генератора вимірювального сигналу, В … .. 0,5

Вихідний опір генератора, кОм ………. 6

Відносна нестабільність частоти сигналу опорного генератора за 15 хв,%, не більше ….. 0,03

Найважливішим параметром, що характеризує якість механізму протягування стрічки магнітофона, є коефіцієнт детонації – коефіцієнт паразитної частотної модуляції тонального сигналу, який вимірюється з урахуванням середнього суб'єктивного сприйняття цього виду модуляції. Той факт, що коливання швидкості не підкоряються синусоїдальній законом, вимагає нормування не тільки частотної, але і динамічної характеристики детонометра, а також застосування в ньому вимірювача цілком певного типу. Вимоги до детонометрам [1-3], що забезпечують порівнянність результатів вимірювань, полягають у наступному.

Частота вимірювального сигналу має бути в межах 3150 Гц ± 5%. Частотна характеристика детонометра (залежність показань від частоти модулюючого сигналу) повинна відповідати табл. 1 і рис. 1 (крива 1).

Таблиця 1

Частота, Гц

Загасання, дБ

Допустиме відхилення, дБ

0,1

-48

+ 10

—4

0,2

-30,6

+10

—4

0,315

-19,7

±4

0.4

-15

±4

0,63

-8,4

±2

0,8

-6

±2

1

-4,2

±2

1,6

— 1,8

±2

2

-0,9

±2

4

0

0

6,3

-0,9

±2

10

-2,1

±2

20

-5,9

±2

40

-10,4

±2

63

-14,2

±4

100

-17,3

±4

200

—23

±4

При вимірі коефіцієнта коливань швидкості в апаратурі інструментальної магнітного запису, коли зважують фільтр не використовується, частотна характер істин а повинна бути рівномірною (рис. 1, крива 2). Штрихові лінії на малюнку обмежують поля допусків на відповідні характеристики.

Динамічна характеристика детонометра повинна бути такою, щоб при частотної модуляції вимірювального сигналу прямокутними однополярним імпульсами з частотою повторення 1 Гц прилад, в залежності від тривалості імпульсів забезпечував свідчення, вказані в табл. 2, у відсотках від показань при синусоїдальної частотної модуляції зазначеного сигналу частотою 4 Гц з девіацією по рис. 2.


Виконання цієї вимоги наближає результати вимірювання детонації до її суб'єктивному сприйняттю – людське вухо практично не реагує на зміни висоти тону, що тривають менше 5 … 10 мс. Для того, щоб не впливають на суб'єктивне сприйняття порівняно рідкісні викиди – коливання швидкості стрічки не має сильного впливу на показання приладу нормують та швидкість зворотного ходу вимірювача. Вона повинна бути такою щоб при частотної модуляції сигналу імпульсами тривалістю 100 мс з частотою повторення 1 Гц свідчення детонометра в проміжках між імпульсами зменшувалися до 40 ± 4% від максимальних.


Таблиця 2

Загальна тривалість модулюючого імпульсу, мс

Показання детонометра (у відсотках від свідчення при

синусоїдальної

моцуляііі)

10

21±3

30

62±6

60

90±6

100

100±4

Випрямні пристрій детонометра має виділяти розмах коливань частоти вимірювального сигналу (від піку до піку), а показання приладу повинні відповідати половині повного розмаху.

Для забезпечення достовірності вимірювань детонометр повинен бути заваді захищеним: похибка вимірювань не повинна перевищувати ± 15% при коливаннях рівня вхідного сигналу на ± 4 дБ, наявності амплітудної модуляції вимірювального сигналі прямокутними імпульсами з частотою повторення 4 Гц і глибиною модуляції 30%, а також напруги перешкод частотою до 180 Гц та середньоквадратичної значенням до 20% корисного сигналу.

Структурна схема детонометра, розробленого автором статті, наведена на рис. 3.

Вхідний сигнал подається на смуговий фільтр Z1, який пригнічує низькочастотні і високочастотні перешкоди, що знижують точність свідчень не почуттів і вельних межах вимірювань. Далі сигнал надходить через масштабний підсилювач A1 на амплітудний обмежувач U1, що формує спільно з тригером Шмітта D1 послідовність прямокутних імпульсів з незалежними від рівня вхідного сигналу амплітудою і тривалістю фронту і зрізу.

Продиференціювати ланцюгом U2 імпульси з виході тригера D1 запускають режиму мультівібратор D2, який генерує імпульси з постійною тривалістю. Оскільки фронт запускаючих імпульсів жорстко прив'язаний до моменту переході вхідного сигналу через нуль, на виході мультівібратор з'являється послідовність прямокутних імпульсів однакової тривалості з шпаруватістю, пропорційної періоду частотномодулірованного коливання. Форма напруги на виході мультівібратор показана на рис. 4.

Легко показати, що зрушення постійної складової AUm такого сигналу визначається виразом

D Um = = Umt D f,

де Um – амплітуда імпульсів, t – їх тривалість, D f – зсув частоти вхідного сигналу. Таким чином, зміна частоти вимірювального сигналу призводить до пропорційного зміни постійної складової імпульсної послідовності на виході мультівібратор.

Пропускаючи такий сигнал через смуговий фільтр Z2 і ФНЧ Z3 можна отримати сигнали, пропорційні відповідно коливанням і дрейфу швидкості стрічки. Після посилення масштабними підсилювачами А2 і A3 сигнал каналу дрейфу безпосередньо, а каналу коливань швидкості – через Двуполярность піковий детектор U3 подаються відповідно на стрілочні вимірювальні прилади Р2 і P1. Перемикачем S1 в канал вимірювання коливань швидкості можна включити фільтр суб'єктивного сприйняття детонації (ФСВД) Z4 [4], АЧХ і динамічна характеристика детонометра відповідають вимогам публікації МЕК 386-72, граничні відхилення характеристик не перевищують відповідно 1 / 3 і 1 / 4 допуску.

Прінцнпіальні схемою детонометра наведена на рис. 5. Операційний підсилювач A1 забезпечує необхідні вхідні параметри детонометра. Ланцюг частотнозавісімой ООС R3C4R5C6 спільно з пасивним смуговим фільтром R1C1R2C2 обумовлюють коефіцієнт посилення цьому ступені, рівний приблизно 25 на частоті 3150 Гц, і крутизну спаду АЧХ (2 дБ на октаву поза смуги прозорості. Діоди V1 і V2 спільно з резистором R1 забезпечують захист входів ОП від перенапруг і обмежують рівень сигналів, амплітуда яких перевищує 1,5 В.

З вхідного підсилювача сигнал через двосторонній обмежувач на стабісторах V3 і V4 подається на прецизійний тригер Шмітта, виконаний на ОП А2. Послідовність що знімаються з його виходу імпульсів з крутими фронтами і постійною амплітудою диференціюється ланцюгом R10C8 і запускає режиму мультівібратор, який зібраний на ОП A3. Нормальну роботу мультівібратор при шпаруватості вихідних імпульсів, близької до двох, забезпечує ланцюг R12V7, яка прискорює перезарядку времязадающего конденсатора С9 й повернення мультівібратор в початковий стан.

Елементи R16, C10, L1, С11, L2, C12, R17 утворюють П-подібний узгоджений двухзвенний ФНЧ типу "к", що пригнічує коливання частотою 3150 Гц на 95 … 100 дБ. Відфільтрований сигнал, відповідний коливань швидкості стрічки, через перша ланка ФСВД С20R45 надходить на масштабний підсилювач (ОП А7), що забезпечує потрібне посилення і переключення меж вимірювань (перемикач S5). Як видно зі схеми, ОУ А7 працює в режимі посилення постійного струму. Оскільки потрібний коефіцієнт підсилення на самому чутливому межі (0,02%) досить високий (200), для запобігання насичення вихідного каскаду ОУ, яке може виникнути через кінцевого значення напруги зміщення нуля, в підсилювач введена ланцюг установки нуля R43-R46.

Елементи R49, С25 і R59. С23 утворюють друге і третє ланки ФСВД. Перемикачем S4 цей фільтр можна відключити, при цьому паралельно конденсаторам З20 і С23, що формує АЧХ детонометра в області частот від 0,1 до 4 Гц, приєднуються конденсатори великої ємності С19 і С26, а конденсатор С25, що створює спад АЧХ на частотах вище 4 Гц, виключається з ланцюга сигналу.

З виходу емітерний повторювача на транзисторі V17 сигнал, відповідний коливань швидкості стрічки, можна подати для аналізу на осцилограф або спектроаналнзатор. Розмах напруги на гнізді Х3 ("вихід") складає приблизно 200 мВ при повному відхиленні стрілки вимірювача Р2.

На операційних підсилювачах А10 і А11 виконані пікові детектори відповідно для негативних і позитивних напівхвиль напруги. Застосування істокових повторювачів на узгоджених парах польових транзисторів А8 і А9 дозволило позбутися від застосування в ФСВД електролітичних конденсаторів, які, як відомо, не відрізняються високою стабільністю параметрів. Оскільки випрямні діоди V18-V21 включені в ланцюзі ООС, що охоплюють ОУ А10 і A11, кінцеве значення напруг на діодах не викликає нелінійності випрямляючий характеристики детектора при роботі в початковій ділянці шкали. Ланцюги R71C29 і R74C30 визначають динамічну характеристику детонометра в області малих часів (тобто реакцію на короткі модулюють імпульси), а ланцюга R72C29 і R75C30 – час зворотного ходу вимірювача Р2.

Сигнали з виходів обох пікових детекторів надходять на диференційний істоковий повторювач, також виконаний на погодженій парі польових транзисторів (А12), і далі – на диференційний емітерний повторювач на транзисторах V22, V23. Застосування істокового повторювача позвoліло обійтися без використання і в піковому детекторі електролітичних накопичувальних конденсаторів (С29, С30) великої ємності. Це дозволило виключити похибка детектування, викликану явищем електричної абсорбції, властивої низьковольтним електролітичним конденсаторам. З виходів диференціального емітерний повторювача продетектірованний сигнал через резистор R77 надходить на мікроамперметр Р2. Для корекції його динамічної характеристики паралельно цьому реаістору включений конденсатор С31. Постійна часу форсує ланцюга R77C31 узгоджена з постійною часу встановлення показів стрілочного вимірювального приладу.

ФНЧ R18C13 з частотою зрізу 0,2 Гц виділяє сигнал, відповідний повільним змінам швидкості стрічки (дрейфу). Відфільтрований сигнал подається на ОУ А4, що виконує функції неінвертуючий підсилювача постійного струму. Козффіціент посилення цього каскаду (тобто межа вимірювання дрейфу швидкості) визначається опором резисторів ланцюга ООС R21 і R22-R25, комутованих перемикачем S6. Посилений сигнал через резистор R26 надходить на стрілочний вимірювальний прилад P1 та – через резистор R27 – на деухпороговий компаратор, зібраний на ОП A5. Поки відхилення швидкості стрічки від номінальної знаходиться в межах, визначаються положенням перемикача S6, на входах ОП з допомогою прямосмещенних діодів V12 і V13 підтримуються напруги, при яких полярність вихідної напруги компаратора негативна. Завдяки цього транзистор V14 закритий, контакти реле K1 та K2 знаходяться а положеннях, показаних на схемі, а свічення індикаторного сеетодіода H1 свідчить про те, що детонометр працює в режимі вимірювання. Якщо ж відхилення швидкості стрічки вийде за межі "коридору", встановленого перемикачем S6, то компаратор змінить свій стан – полярність його вихідної напруги стане позитивної, так як різницевої напруга між входами ОУ А5 поміняє знак, Відбувається це тому, що, починаючи з деякого порога, вихідна напруга ОП А4 через резистор R27 і діоди V10 або V11 закриває один з діодів V12, V13, що визначають початковий стан компаратора.

Напруга позитивної полярності з виходу компаратора через струмообмежувальним резистор R31 надходить на базу транзистора V14, і він відкривається. У результаті спрацьовують реле K1, K2, і їхні контакти розривають ланцюги мікроамперметра Р1 і P2, виключаючи зашкалювання стрілок. Погас світлодіода H1 вказує на те, що параметри вхідного сигналу вийшли за межі допустимих значень, причому це стосується не тільки до частоти сигналу, але і до його амплітуді. Таким чином, компаратор захищає стрілочні прилади від зашкалювання стрілок при малому (менше 30 мВ) напрузі вхідного сигналу (у тому числі і при його відсутності, наприклад, через випадання вимірювального сигналу), а також забезпечує індикацію нормальної роботи детонометра, що гарантує високу перешкодозахищеність і достовірність вимірювань. Генератор синусоїдальних коливань опорної частоти зібраний на OУ A6. Частотозадающая ланцюг обрезованна елементами R33, R34, С15, R35, C16. Для стабілізації амплітуди вихідної напруги використана ланцюг АРУ на польовому транзисторі V15. Управляюче напруга на його затвор надходить з випрямляча на діод V16. З виходу генератора сигнал частотою 3150 Гц може бути подано через роз'єм Х2 для запису вимірювальної сігналограмми і, крім того, безпосередньо на вхід детонометре через перемикач S2 для установки на нуль стрілки вимірювача швидкості дрейфу P1.

Харчується детонометр від двополярної джерела, що забезпечує стабілізовані напруги +12 і -12 В при струмі 100 мА і нестабілізованого напруга +20 В для живлення світлодіодів H1, H2 і реле K1, K2. Схема джерела живлення аналогічна наведеної у статті "середньоквадратичний мілівольтметр" [5].

м. Київ

Кінець частини 1

ДЕТОНОМЕТР.
Частина 2

ЛІТЕРАТУРА

1. International Eleclrotechnical Comuiisin. Publfcatinn 386. Method of tneasure: nl iif speed lluctiiitlons in sound rccorng and reproducing equipment. Geneva, p.172.

2. Стандарт РЕВ 1359-78. Магнітофони побутові. Основні параметри. Технічні вимоги. Методи вимірювань. 3. ГОСТ 11948-76. Прилади для вимірювання коефіцієнтів детонації, коливання швидкості, паразитної амплітудної модуляції і дрейфу швидкості апаратури для запису і відтворення звуку. Технічні вимоги. Методи випробувань.

4. Сухов М. Вимірювання основних параметрів магнітофона. – "Радіо", 1981, № 7-8, стор 50-53; № 9. з. 29-31.

5. Сухов М. середньоквадратичний мілівольтметр. – "Радіо". 1981. № 11. з. 53 – 55; № 12. з. 43-45.

Радіо , 1982, № 1. з. 34-37.

Розміщено на нашому сайті з офіційного дозволу Миколи Сухова.