ГЕНЕРАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H03B5/12 

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано в аппаратуре для измерения вибрации и расстояния.

Известен генераторный преобразователь [1], содержащий источник неизменяющегося постоянного тока, соединенный последовательно с первым выводом полупроводникового бесконтактного переключателя, второй вывод которого соединен с первым выводом параллельного резонансного контура и через схему управления переключателем соединен с третьим выводом переключателя. Второй вывод параллельного резонансного контура соединен с общей шиной. Генераторный преобразователь, выполненный по указанной схеме, не позволяет обеспечить необходимую точность преобразования из-за инерционности схемы управления и бесконтактного переключателя, выполненных на отечественной элементной базе.

В качестве прототипа изобретения выбран генераторный преобразователь, [2] , содержащий параллельный резонансный контур, первый вывод которого подключен к общей шине, второй вывод соединен с входом усилителя; инвертор тока, включенный последовательно по цепи питания с усилителем; выход инвертора тока соединен с входом усилителя. Усилитель выполнен на полевом транзисторе, исток которого через цепь смещения соединен с первым выводом параллельного резонансного контура; сток последовательно соединен с инвертором тока по цепи питания. Затвор подключен ко второму выводу параллельного резонансного контура.

В прототипе зависимость выходного напряжения генератора от добротности контура за счет изменения угла отсечки тока в контуре существенно отличается от прямо пропорциональной, что не позволяет использовать его для измерения вибрации и расстояния.

Изобретение направлено на создание генераторного преобразователя, у которого выходной сигнал прямо пропорционален добротности параллельного резонансного контура.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении чувствительности и точности аппаратуры и в том, что выходное напряжение прямо пропорционально добротности параллельного резонансного контура. Поставленная задача решается следующим образом.

Предлагается генераторный преобразователь, содержащий параллельный резонансный контур, первый вывод которого подключен к общей шине, второй вывод соединен с входом усилителя; инвертор тока, включенный последовательно по цепи питания с усилителем, выход инвертора тока соединен с входом усилителя. Усилитель выполнен на полевом транзисторе, исток которого через цепь смещения (резистор, соединенный параллельно с конденсатором) соединен с первым выводом параллельного резонансного контура, затвор подключен ко второму выводу резонансного контура. В цепь стока транзистора последовательно по питанию с инвертором тока включен резистор.

Отличительными от прототипа являются следующие признаки.

В цепь стока полевого транзистора последовательно по цепи питания с инвертором тока включен резистор.

Выполнение генераторного преобразователя с использованием всех признаков заявляемого устройства позволяет за счет введения в цепь стока полевого транзистора последовательно по питанию с инвертором тока резистора обеспечить постоянство угла отсечки и постоянную величину тока, что в свою очередь позволяет получить прямо пропорциональную зависимость выходного напряжения от добротности параллельного резонансного контура и, соответственно, повысить точность измерения.

Изобретение поясняется чертежом.

Параллельный резонансный контур 1, состоящий из индуктивности L₁ и конденсатора C1, первым выводом подключен к общей шине. Второй вывод резонансного контура 1 соединен со входом усилителя 2. Усилитель 2 содержит полевой транзистор VT1, исток которого через цепь смещения, выполненную на резисторе R2, соединенном параллельно с конденсатором C2, соединен с первым выводом резонансного контура 1. Затвор транзистора VT1 подключен ко второму выводу резонансного контура 1. Сток последовательно через резистор R1 соединен с инвертором тока 3. Инвертор тока 3 выполнен на двух биполярных транзисторах VT2 и VTЗ. Инвертор тока 3 включен последовательно по цепи питания с усилителем 2. Эмиттеры транзисторов VT2 и VTЗ объединены и соединены с выводом источника питания. Коллектор транзистора VTЗ соединен с базой транзистора VT2 и собственной базой. Коллектор транзистора VY2 соединен со вторым выводом резонансного контура 1.

Возможны другие варианты выполнения инвертора тока, известные из источников [2,3].

Устройство работает следующим образом. В рабочем режиме при включении источника питания E положительный скачок напряжения на резонансном контуре 1 приводит к приоткрыванию транзистора VT1 усилителя 2. Ток через транзистор VT1 увеличивается и через инвертор тока 3 в нужной полярности поступает на параллельный резонансный контур 1, увеличивая амплитуду колебаний на контуре.

При отрицательной полярности напряжения на контуре 1 транзистор VT1 усилителя 1 закрывается и, соответственно, прекращается ток через инвертор тока.

В установившемся режиме транзистор VT1 усилителя 1 работает в режиме ограничения и является источником тока для инвертора тока 3. Ток через транзистор VT1 имеет импульсный характер. Его величина определяется величиной резистора R1 и напряжением питания E. Сопротивление сток-исток транзистора VT1 при открытом транзисторе VT1 много меньше сопротивления R1, а резистор R2 шунтирован по переменному току конденсатором C2. Амплитуда импульсного тока через резонансный контур 1 постоянна, напряжение на контуре пропорционально добротности в соответствии с формулой.

U = K•I₀•Q•X_L
где:
U - уровень выходного напряжения генераторного преобразователя;
Q - добротность катушки индуктивности резонансного контура;
I₀ - уровень выходного тока инвертора тока;
K - константа;
X_L - индуктивное сопротивление катушки индуктивности. Поскольку K, I₀, X_L - постоянные, то выходной сигнал преобразователя прямо пропорционален добротности контура Q, которая в свою очередь линейно связана с расстоянием от катушки индуктивности параллельного резонансного контура до контролируемого объекта.

Генераторный преобразователь используется в датчиках виброперемещения и датчиках осевого сдвига. Максимальный диапазон преобразуемых зазоров 0^oC-4 мм. Рабочая частота 400 кГц. Величина напряжения на контуре изменяется от 1,5 до 3 В при изменении добротности от 12 до 24. Благодаря линейной зависимости напряжения от добротности и стабильности величины добротности, прибор, в котором используется генераторный преобразователь, обладает большей точностью измерений параметров вибрации конструкций.

Литература.

1. Индуктивный датчик близости. ЭИ Приборы и элементы автоматики и вычислительной техники, М., ВИНИТИ, 1987, N 3, стр. 4-5 (аналог).

2. Б.И. Горшков, Элементы радиоэлектронных устройств,
М., Радио и связь, 1989 г., стр. 104
3. В.С. Гутников Интегральная электроника в измерительных устройствах,
Л., энергоиздат, 1988, с. 66 рис. 2.5.6.

Использование: в аппаратуре для контроля вибрации элементов конструкций. Преобразователь содержит параллельный резонансный контур, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй вывод соединен с входом усилителя, инвертор тока, включенный последовательно по цепи питания с усилителем. Выход инвертора тока соединен с входом усилителя. Усилитель выполнен на полевом транзисторе, исток которого через цепь смещения соединен с первым выводом параллельного резонансного контура, а затвор подключен ко второму выводу параллельного резонансного контура. В цепь стока полевого транзистора последовательно по питанию с инвертором тока включен резистор. Технический результат: выходной сигнал прямо пропорционален добротности параллельного резонансного контура, повышается чувствительность и точность аппаратуры. 1 ил.

Генераторный преобразователь, содержащий параллельный резонансный контур, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй вывод соединен с входом усилителя, инвертор тока, включенный последовательно по цепи питания с усилителем, выход инвектора тока соединен с входом усилителя, при этом усилитель выполнен на полевом транзисторе, исток которого через цепь смещения соединен с первым выводом параллельного резонансного контура, а затвор подключен к второму выводу параллельного резонансного контура, отличающийся тем, что в цепь стока полевого транзистра последовательно по питанию с инвертором тока включен резистор.