Простой детонометр

РадиоХобби Детонометр предназначен для измерения коэффициента детонации аппаратуры магнитной и механической записи.
Детонация — искажение звука, возникающее вследствие паразитной частотной модуляции с частотами, находящимися примерно в диапазоне 0,2...200 Гц;
коэффициент детонации коэффициент паразитной частотной модуляции, измеренной при условиях оценки, соответствующей среднему субъективному восприятию этой модуляции. (Термины по ГОСТ 11 948—78).

Особое внимание при его разработке было уделено максимально возможному упрощению схемы, простоте налаживания и калибровки прибора. Несмотря на то что детонометр собран всего на двух микросхемах и трех транзисторах. его основные метрологические характеристики не уступают соответствующим характеристикам серийно выпускаемого промышленностью детонометра типа 4И и полностью соответствуют требованиям ГОСТ 11948-78, СТ СЭВ 1359—78 и Публикации МЭК № 386—72.

Основные технические характеристики

Частота измерительного сигнала. Гц3150±5%
Диапазон измерения коэффициента детонации, %0,02...1 (верхние пределы 0,1; 0,2; 0,5; 1)
Приведенная погрешность измерений. %, не более 8
Диапазон входных напряжений, В 0,08...10

Форма входного сигнала

прямоугольная, синусоидальная

Входное сопротивление, кОм

12

Амплитуда напряжения на выходе "Осциллограф", В

2,1

Потребляемая мощность. Вт, не более

0,35

Определение коэффициента детонации основано на измерении девиации частоты сигнала, воспроизведенного с измерительной сигналограммы на испытываемом ЛПМ или ЭПУ.

Прннцмпиальня схема детонометра приведена на рис. 1.

Измерительный сигнал поступает на входной усилитель (транзистор VT1) с коэффициентом передачи около 6. Фильтры верхних (конденсатор С1 и входное сопротивление каскада) и нижних (конденсатор СЗ и резистор R5) частот включены для увеличения помехозащищенности детонометра. Отфильтрованный сигнал поступает на триггер Шмитта (элементы DD1.1, DD1.2). формирующий из него прямоугольные импульсы с постоянной амплитудой и крутыми фронтами, устраняя таким образом влияние на результат измерения паразитной амплитудной модуляции входного сигнала детонометра. Выходные импульсы триггера Шмитта, продифференцированные конденсатором С5, запускают одновибратор (элементы DD1.3, DD1.4), формирующий импульсы постоянной длительности т (определяемой конденсатором С6 и резистором R9) и частотой повторения, равной частоте входного сигнала (рис. 2).

Изменение среднего за период значения такого напряжения прямо пропорционально изменению частоты входного сигнала.

Полосовой фильтр (C7R10R11R12C8 R13C9) выделяет из этой импульсной последовательности сигнал, пропорциональный колебаниям частоты входного сигнала, и одновременно формирует АЧХ в соответствии с характеристикой субъективного восприятия детонации [1]. Спад характеристики “взвешивания” в области частот ниже 4 Гц определяется конденсатором С7, выше 4 Гц — конденсаторами С8, С9.

Отфильтрованный сигнал, пропорциональный детонации, поступает на ОУ DA1. включенный неинвертирующим масштабным усилителем. Его коэффициент усиления определяется отношением одного из сопротивлений резисторов цепи ООС (R15—R18) к сопротивлению резистора R14. Для уменьшения длительности переходного процесса (при подаче на детонометр напряжения питания) между входами ОУ включен диод VD2, благодаря чему конденсатор С10 сравнительно быстро заряжается от источника +15 В по цепи R10R12R13VD2R14. После зарядки конденсатора C10 напряжения на входах ОУ становятся одинаковыми, диод VD2 закрывается и дальнейшего влияния на работу устройства не оказывает. Конденсатор СИ включен для обеспечения устойчивости ОУ и дополнительной фильтрации несущей частоты входного сигнала (3150 Гц) на “чувствительных” пределах измерения.

Усиленный сигнал с выхода ОУ поступает одновременно на выход “Осциллограф” (через цепь C14R25) и квазипиковый вольтметр (через резистор R19). Падение постоянного напряжения на резисторе R21, вызванное протеканием по нему базового тока транзистора VT3, вызывает отклонение стрелки прибора РА1 на 3...4 % от нулевой отметки шкалы и использовано для частичной компенсации нелинейности характеристики детектирования на начальном участке шкалы. Стандартная динамическая характеристика детонометра [2], обеспечивающая сопоставимость измерений при импульсном характере процесса детонации и приближающая данные измерений к их средней субъективной оценке, получена благодаря соответствующему выбору сопротивлений резисторов R19, R21 и емкостей конденсаторов С12, С13. Резистор R20 ограничивает максимальный ток коллекторов транзисторов V72 и VT3 на уровне 75 мА и предохраняет их тем самым от выхода из строя при случайном замыкании между собой или на общий провод проводников, соединяющих выходы дифференциального эмиттерного повторителя с измерительным прибором РА1.

Питать детонометр можно от любого однополярного источника постоянного тока напряжением +5±1 В с пульсациями не более 0,5 мВ. Потребляемый ток не превышает 25 мА.

Детали. В детонометре можно использовать любые постоянные резисторы с допускаемым отклонением от номинала ±10%. Сопротивления резисторов R14—R18 не должны отличаться от указанных на схеме более чем на 3 %. Подстроечный резистор R9 — также любого типа, например СПЗ-22а; конденсаторы — КМ-6, К73-9, К73-17 и т. п. с допускаемым отклонением ±30 %, электролитические — К50-6, К50-16, К53-1 и т. п.

Диоды VD2, VD3, VD4 можно заменить любыми маломощными германиевыми диодами с обратным сопротивлением не менее 500 кОм, отобранными, например, из диодов серий Д2, Д9, Д18, Д311 и т. п.

Вместо указанных на схеме можно использовать кремниевые транзисторы серий KT3107, КТ104 (VT1), КТ312, КТ3102 (VT2, VT3). Транзисторы VT1 и VT3 должны иметь статический коэффициент передачи тока h21э>80, a VT3 - в пределах 150...250.

Микросхему К155ЛАЗ можно заменить на К133ЛАЗ, а в качестве ОУ DA1 — использовать любой ОУ с коэффициентом усиления постоянного тока не менее 25000, например, К140УД6, К140УД8, К544УД1 и т. п.

Измерительный прибор РА1 может быть практически любым с линейной шкалой и током полного отклонения (Iп) 50...200 мкА. Сопротивление добавочного резистора R24 должно быть таким, чтобы стрелка прибора отклонялась на конечную отметку шкалы при напряжении между эмиттерами транзисторов VT2 и VT3, равном 3 В. Для этого достаточно измерить сопротивление рамки прибора Rp и вычислить требуемое сопротивление по формуле:

Динамическая характеристика детонометра рассчитана на работу с приборами типов М24 и М96. Однако как показали испытания, использование стрелочных приборов с большим или меньшим временем установления показаний, таких, как М1690А, М265М, М906, М2027, М2003, а также используемых в универсальных ампервольтомметрах ТЛ-4, ТЛ-4М, Ц-4313, Ц-4353 и им подобных приводит к отличию динамической характеристики от требуемой не более чем на 10...12%. Поскольку дополнительная погрешность может проявиться только при резко выраженном импульсном характере детонации (что на практике встречается весьма редко), названные приборы можно смело рекомендовать для использования в детонометре без каких-либо изменений в схеме. При этом универсальные приборы (ампервольтомметры) можно использовать как в качестве микроамперметров. так и в качестве вольтметров. В последнем случае необходимо включить предел измерения постоянного напряжения 3 В и подключить вольтметр к эмиттерам транзисторов VT2 и VT3 непосредственно, без добавочного резистора R24.

Налаживание и калибровка. Как уже отмечалось, при разработке детонометра особое внимание было уделено максимальному упрощению его налаживания и калибровки. Поэтому для налаживания потребуются лишь два измерительных прибора: вольтметр постоянного тока с относительным входным сопротивлением 10 кОм/В (например, Ц-4313) и генератор синусоидального или прямоугольного напряжения частотой 3150 Гц.

Включив питание, после пятиминутного прогрева проверяют указанные на схеме постоянные напряжения в контрольных точках. При отличии напряжения на коллекторе транзистора VT1 от указанного на схеме более чем на 0,2 В необходимо подобрать резистор R3. Напряжение на стабилитроне VD1 должно находиться в пределах 5,3...5,7 В, в противном случае стабилитрон необходимо заменять. Отличие напряжений в остальных контрольных точках более чем на ±0,3 В свидетельствует о неисправности соответствующих микросхем или транзисторов.

После проверки статических режимов устанавливают необходимую длительность прямоугольных импульсов одновибратора. Для этого достаточно установить соответствующее значение постоянной составляющей импульсного напряжения. Делают это подстроечным резистором R9, подавая на вход детонометра синусоидальный или прямоугольный сигнал (частотой 3150 Гц и амплитудой около 1 В) и измеряя вольтметром постоянного тока напряжение на выходе элемента DD1.4, которое должно быть равно 2,3 В (в статическом режиме — 4,2 В). Длительность импульсов на выходе одновибратора в этом случае будет составлять примерно 40 % периода их повторения (рис. 2).

Проведенная таким образом калибровка с учетом собственной погрешности вольтметра постоянного тока и разброса сопротивлений резисторов цепи ООС усилителя DA1 позволяет измерять коэффициент детонации с погрешностью не более 15 %, что в подавляющем большинстве случаев вполне достаточно. При необходимости более точной калибровки можно воспользоваться калнбратором, описанным в [3|, или промышленной установкой для поверки детонометров, состоящей из декадного генератора сигналов инфранизких частот ГЗ-39. используется в качестве источника модулирующего напряжения) и частотно-модулируемого генератора сигналов ГЗ-103.

Проведение измерений. Коэффициент детонации магнитофона можно измерить двумя способами Проще всего воспользоваться воспроизведением на испытываемом магнитофоне измерительных магнитных лент, которые содержат фонограмму сигнала частотой 3150 Гц. записанную на специальном прецизионном лентопротяжном механизме с низким коэффициентом детонации.

Измерения необходимо выполнить трижды: в начале, середине и конце катушки (кассеты). За коэффициент детонации исследуемого аппарата принимают наибольшее из полученных значений.

Для исключения дополнительной погрешности измерительная лента должна иметь собственный коэффициент детонации (указывается в паспорте на ленту), по крайней мере в три раза меньший, чем ожидаемый у испытываемого аппарата.

При отсутствии измерительной лепты поступают так. На испытываемый магнитофон записывают синусоидальный или прямоугольный сигнал частотой 3150 Гц с уровнем, близким к номинальному. Необходимо сделать три серии по пять измерений: в начале, середине и конце катушки (кассеты). За результат измерении каждой серии принимают среднее арифметическое, выведенное из показания детонометра в этой серии, а за коэффициент детонации испытываемого магнитофона — наибольший из усредненных результатов измерений трех серий. Необходимость усреднения результатов измерений каждой серии объясняется тем. что при преобладании в спектре детонации одной периодической составляющей (такая ситуации возникает чаше всего в аппаратуре низких классов) ее фазы при записи и воспроизведении могут совпасть, и это проявится в занижении показаний детонометра. Вероятность такого совпадения в серии из пяти измерений практически исключена.

Используемая для измерений магнитная лента не должна иметь дефектов поверхности и склеек, так как “выпадения” хотя бы нескольких периодов измерительного сигнала приводят к зашкаливанию прибора. Это объясняется тем. что “выпадения” нарушают стабильный запуск одновибратора и приводит к резкому изменению постоянной составляющей на его выходе. Неравномерность АЧХ и коэффициент гармоник канала записи-воспроизведения магнитофона особого значения не имеют.

Для измерения коэффициента детонации ЭПУ необходима грампластинка с записью сигнала частотой 3150 Гц длительностью не менее 10 с. Можно использовать измерительные пластинки ИЗМ33С-000211/212. ИЗМ33Д-0101/0102, ИЗМ0282 (ГОСТ 14761-78).

Хотя они и не предназначены для измерения коэффициента детонации, среди прочих на них есть и запись требуемого сигнала. Наиболее точные результаты можно получить при использовании измерительных пластинок, специально предназначенных для измерения коэффициента детонации: 33Д-00026469/3-1 (ГОСТ 14761-78) и ИЗМ-0311 (ГОСТ 5289-80). Запись на последней из названных грампластинок произведена на наибольшем радиусе и, кроме того, содержит концентрические канавки, позволяющие установить пластинку на диск ЭПУ с минимальным радиальным биением. Это немаловажное преимущество, если учесть, что эксцентриситет 1 мм на радиусе 140 мм приводит к увеличению коэффициента детонации на 0,1 %.

При всех измерениях следует помнить, что на начальном участке (примерно одна пятая часть шкалы) характеристика детектирования нелинейна и показания детонометра несколько занижены. Поэтому для получения достоверных измерений важно правильно выбрать предел измерений переключателем SA1.

Причину повышенной детонации можно выявить по ее спектру, сопоставив максимумы этого спектра с частотами вращении элементов лентопротяжного механизма магнитофона или механизма привода диска ЭПУ. В простейшем случае о спектре детонации можно судить но колебаниям стрелки прибора РА1, которые свидетельствуют о преобладании низкочастотных (с частотой ниже 2 Гц) составляющих, или по постоянству положения стрелки, при преобладании составляющих с частотой выше 2 Гц. Более детальный спектральный анализ можно выполнить по осциллограмме процесса детонации, подключив любой низкочастотный осциллограф с открытым входом и входным сопротивлением не менее 0,5 МОм к соответствующему выходу детонометра. Для анализа осциллограммы целесообразно воспользоваться одним из методов, описанных в [4].

г. Киев

Н. СУХОВ

ЛИТЕРАТУРА

1. Сухов Н. Измерение основных параметров магнитофона. - Радио, 1981, № 9. с. 29-31.

2. Сухов Н. Детонометр. Радио, 1982, №1, с.34-37.

3. Сухов Н. Детонометр. Радио, 1982, №2, с. 38-41

4. Сухов Н. Как улучшить параметры магнитофона - Радио, 1982, №5, с. 34-38.

РАДИО № 7, 1984 г., с.40-41

Размещено на нашем сайте по официальному разрешению Николая Сухова.

Наш баннер
Вы можете поставить наш баннер на своем сайте или блоге, чтобы помочь развитию проекта.
Каталог радиолюбительских схем
Получить код
Навигация
  • Вся информация на сайте структурирована по темам.
  • Каждый тема имеет свою общую страницу с ссылками на материалы.
  • Выбранный материал открывается в новом окне, которое вы можете после просмотра закрыть.
Друзья сайта
Статьи