Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при контроле и диагностике электронной аппаратуры, а также при измерении электрических сигналов в электрооборудовании без разрыва токопроводящих соединений и нарушения изоляционных покрытий. Целью изобретения является повышение пространственной разрешающей способности устройства, помехозащищенности и точности измерений. В устройстве электрические сигналы электромагнитных преобразователей 1 и 2 усиливаются усилителями 4 и 5 и обрабатываются блоком 6 перемножения, блок 7 вычитания, измерителем 8 отношений по алгоритму, приведенному в описании. Результат измерений выводится на устройство 9 индикации. Цель достигается за счет трубчатого электростатического экрана 10 с открытым торцом и выполнения электромагнитных преобразователей 1 и 2 в виде металлических шайб равной площади, а также за счет исключения взаимной связи между электромагнитными преобразователями и уменьшения влияния сигналов от соседних проводников. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А2

„„SU„„1541522 (51)5 0 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (61) 940077 (21) 4357192/24-?1 (22) 04.01.88 (46) 07.0?.90. Бюл. К- 5 (72) А. Ф. Матрунич и С.В. Смирнов (53) 6?1.317.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 940077, кл, r, 01 R 19/00, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано при контроле и диагностике электродной аппаратуры, а также при измерении электрических сигналов в электрооборудовании без разрыва токопроводящих соединений и нарушения изоляционных покрытий.

Целью изобретения является повышение

2 пространственной разрешающей способности устройства, помехоэащищенности и точности измерений, В устройстве электрические сигналы электромагнитных преобразователей и 2 усиливаются усилителями 4 и 5 и обрабатыва" ются блоком 6 перемножения, блоком 7 вычитания, измерителем 8 отношений по алгоритму, приведенному в описании.

Результат измерений выводятся на устройство 9 индикации. Цель достигается за счет трубчатого электростатического экрана 10 с открытым торцом и выполнения электромагнитных преобразователей 1 и 2 в виде металлических шайб равной площади, а также за счет исключения взаимной связи между электромагнитными преобразователями и уменьшения влияния сигналов от соседних проводников. 2 ил.

1541522

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано при контроле и диагности- ке электронной аппаратуры, а также при измерении электрических сигналов в электрооборудовании без разрыва токопроводящих соединений и нарушения изоляционных покрытий и являет я усовершенствованием изобретения по авт.св. N - 940077. !

Цель изобретения — повышение точности измерений, помехоз ащищенности и пространственной разрешающей способности устройства, На фиг,1 приведена структурная схема устройства с электромагнитными преобразователями для бесконтактногo измерения импульсных напряжений в проводниках печатных плат; на фиг,2 + эквивалентная электрическая схема электромагнитных преобразователей.

Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов (фиг,1) содержит электромагнитные преобразователи 1 и 2, контролируе-." мые печатные проводники 3, усилители

4 и 5, блок 6 перемножения, блок 7 вычитания, измерителы 8 отношений, блок 9 индикации, трубчатый электростатический экран 10 с открытым торцом, корпус 11, Кроме того, на фиг.1 показаны печатные проводники 3 и печатная плата 12, а также Г, — рас!

5 . стояние между плоскостями электромагнитных. преобразователей 1 и 2; Г1(Г )— расстояние между поверхностью печатного проводника 3 и электромагнитным ,40 преобразователем 1 (2); !1„, !1„) напряжение на выходе элзктромагйитндго преобразователя 1 (2) П,(П ) напряжение на выходе усилителя 5 (4);

Us (U в ) — напРяжение на пеРвом 45 (втором) входе измерителя 8 отношений; Uвц„- напряжение -на выходе измерителя 8 отношений, Электромагнитные преобразователи

1 и 2 соединены соответственно с усилителями 5 и 4, Первый и второй входы измерителя 8 отношений соединены соответственно с выходом блока 7 вычитания, а выход - с входом блока

9 индикации. Первый вход бло*а 6 перемножения соединен с выходом усили55 теля 4 и первым входом блока 7 вычитания, Второй вход блока 7 вычитания соединен с вторым входом блока 6 пе5 ремножения и выходом усилителя 5, Электромагнитный преобразователь 1 выполнен в виде металлической шайбы, окружающей трубчатый экран 10 со стороны открытого торца и с наружным диаметром, ограниченным шириной контролируемых печатных проводников 3.

Электромагнитный преобразователь 2 выполнен в виде металлического диска, плоскость которого удалена на заданное расстояние от плоскости электромагнитного преобразователя 1 и углублена в трубчатый экран 10.

Площади поверхностей преобразователей и 2 должны быть равны, так как в этом случае оптимизируются параметры устройства для бесконтактного измерения электрических сигналов - достигается полная независимость выходного сигнала от расстояний Г, и Г> между проводником 3 с измеряемым сигналом и электромагнитными преобраэователями 1 и 2.

Эквивалентная электрическая схема электромагнитных преобразователей (фиг.2) содержит электромагнитные преобразователи 1 и 2, проводник 3 печатной платы 12, На фиг.2 показаны также С 1(С ) емкость между электромагнитным преобразователем 1 (2) и проводником 3 печатной платы 12; С " паразитная емкость между электромагнитными преобразователями 1 и 2 при отсутствии экрана 10; !1 — напряжение на контролируемом проводнике 3 печатной платы 12; 7 вх,(7 вх ) — пара метры входа усилителя 5 (4).

Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов работает следующим образом, Дпя измерения электрического сиг" нала, например, импульсного напряже" ния U в проводнике 3 печатной платы

12 электромагнитный преобразователь

1 подносят к проводнику и устанавли" вают на некотором расстоянии Г, от него, Поскольку электромагнитный преобразователь 2 соединен с первым на расстоянии Г, то расстояние от проводника 3 до электромагнитного преобразователя 2 равно Г t = Г„ +Г

Импульсный сигнал U „ исследуемого печатного проводника 3 через емкости связи С, и С, образованные электромагнитными преобразователями и 2 и печатным проводником 3 соответственно, поступает на вход усилителей 5 и

1541

4 соответственно. В связи с тем, что между электромагнитными преобразователями 1 и 2 введен экран 10, то паразитная емкость С д между ними (фиг.2) равна нулю.

Продифференцированный сигнал уси-" ливается одинаковыми линейными усилителями 5 и 4 с коэффициентом усиления К и становится на их выходах соответственно равным

522 ются выражениями

ЕЕ,Б, С1 =

Г, Ее ° 2

Г

Г 2 1

2 где Я, и Б2 — площади поверхностей электромагнитных преобразователей 1 и 2 соответственно;

Š— диэлектрическая проницаемость среды между печатным проводником 3 и электромагнитными преобразователями 1 и и 2;

Е; диэлектрическая постоянная, Выражение для выходного сигнала

П после подстановки выражений для в их мкостей С, и 02 равно

2 sx1

1

3СО С1»

Е ВХ2

К - х - — +—

Sx2 2

Z

2 е где 1„1 — произведение мнимой единицы на круговую частоту.

Сигнал U, поступает на первые входы блоков янчитания 7 и перемножения

6, а с их выходов - на измеритель 8 отношений. Одновременно сигнал U поступает соответственно на вторые входы блоков перемножения 6 и вычитания 7 и аналогичным образом на измеритель 8 отношений, При этом на первом входе измерителя 8 отношений . сигнал авен

Б1Ь2

U = KU Z 1ыЕб

Ьв!х х Ьх

Г, (Б -Б,)- Г Б, При равенстве площадей S = $2 = S получаем выражение выходного сигнала измерителя 8 отношений, поступающего на блок 9 индикации, которое оказывается пропорциональным измеряемому напряжению

8 Б

Usilx О- х в» 1"

Э

Формула изобретения

U6x i U1 1-!2 K Ux х Г ч ъ Ьх 2 вх 1

Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов по авт.св. !!1 940077, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерений, помехозащищенности и пространственной разрешающей способности устройства, в него введены трубчатый электростатический экран с открытым торцом, первый электромагнитный преобразователь, выполнен в виде металлической шайбы, окружающей трубчатый экран и комп ланарный открытому торцу трубчатого экрана, второй электромагнитный пре" образователь выполнен в виде металли. ческого диска, плоскость которого не совпадает с плоскостью первого электромагнитного преобразователя, и размещен внутри трубчатого электро. статического экрана.

1 40

Usx2 U2-П1 = KUxZЬ»() "s»+ Z< ьх+ Z1

Выходной сигнал измерителя 8 отношений, поступающий на блок 9 индикации, равен

Z sx

K Uk

Ч « Э (Zsx+Z<1 Zs»+ 7

Usxi ЬЫХ

Пвх 2

KU„Z

1 х в»К Z

С1С2 в 34" —— х вх

С -С, Для упрощения считаем, что Z ь„,= ЬХ2 Sxy а Н ВТОРОМ ВХОДЕ

KUxZ (-----—

" ВЫ+ 2 SX+ 1)

KU в ! л - в" 17)м)С1 — 17 ыС2

Значения емкостей Г,, С 2 определя1541522

Г 1 Г 1

Составитель В. Степанкин

Редактор И, Нулла Техред М.Дидык

Корректор Jl, Патай

3аказ 277 Тираж 554 Подписное

ВНИИ11И Государстве.ного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101