СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ АМПЛИТУДЫ СИГНАЛА ДАТЧИКА Российский патент 1998 года по МПК G01R19/14 

Изобретение относится к измерительной технике и может применятся совместно с измерительными преобразователями для определения отклонения амплитуды сигнала датчика в системах уравновешивания, а также решать широкий круг задач измерительной техники - осуществлять контроль качества веществ, материалов и изделий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения разбаланса мостовой схемы, питаемой переменным током, заключающийся в определении амплитуды разбаланса между измерительным и сравнительным плечами моста, а также сдвига фаз между напряжением питания и в измерительной диагонали, содержащийся в [1].

Недостатками известного способа являются необходимость определения двух параметров разбаланса - амплитуды, которая определяет величину разбаланса, и сдвига фаз, характеризующего его знак; невозможность передачи сигнала на большие расстояния из-за уменьшения амплитуды сигнала; недостаточная помехозащищенность, поскольку амплитуда разбаланса зависит от величины питающего напряжения и помех; сложность схемного решения, реализующего способ, поскольку кроме измерителя величины разбаланса требуется определитель сдвига фаз; недостаточная надежность работы, связанная с зависимостью величины разбаланса от напряжения питания, помех и схемного решения, требующего значительного числа электронных элементов.

Цель изобретения - определение знака разбаланса мостовой схемы, возможность передачи сигнала на большие расстояния по двухпроводной линии, повышение помехозащищенности, упрощение схемного решения и повышение надежности работы при реализации способа.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения отклонения амплитуды сигнала датчика, датчик включают в мостовую схему, питаемую переменным несинусоидальным током, и сравнивают сигналы, снимаемые с измерительной и сравнительной диагоналей моста, согласно изобретению, мостовую схему питают переменным током со скважностью, не равной двум, а по длительности и полярности сформированного в результате сравнения импульса определяют знак разбаланса мостовой схемы.

Предложенный способ удовлетворяет критерию "существенные отличия", т.к. его отличительные признаки (мостовую схему питают переменным током со скважностью, не равной двум, а по длительности и полярности сформированного в результате сравнения импульса определяют знак разбаланса мостовой схемы) не используется в аналогичных способах определения отклонения амплитуды сигнала датчика, включенного в мостовую схему, известных из патентной и научно-технической литературы.

Достижение поставленной цели по сравнению с прототипом заключается в следующем.

Определение знака разбаланса мостовой схемы достигается тем, что сравниваются между собой амплитуды несинусоидального переменного сигнала со скважностью, не равной двум, снимаемые с измерительной диагонали моста. При этом определяется разность между сигналом, идущим со сравнительной диагонали мостовой схемы, и сигналом с измерительной диагонали, куда включен датчик, параметры которого зависят от исследуемого вещества. Поскольку мостовая схем питается несимметричным сигналом, по длительности и полярности полученных импульсов можно судить о знаке разбаланса. Именно поэтому важность несинусоидального сигнала не должна быть равной двум.

Возможность передачи сигнала на большие расстояния по двухпроводной линии связана с тем, что, во-первых, уменьшение амплитуды передаваемого сигнала, вызываемое большой длиной линии связи, никак не отражается на информативном параметре самого сигнала - его длительности и полярности, во-вторых, не требуется передачи данных об амплитуде разбаланса и его фазе.

Повышение помехозащищенности связано с тем, что длительность импульсов, полученных с устройства сравнения, абсолютно не зависит от амплитуды питающего напряжения и помех.

Упрощение схемного решения объясняется тем, что разность сигналов с измерительной диагонали мостовой схемы при его питании несинусоидальным сигналом несет в себе информацию о знаке разбаланса. Таким образом, не требуется дополнительная обработка выходного сигнала.

Повышение надежности работы при реализации схемного решения связано, во-первых, с независимостью выходного сигнала от величины питающего напряжения, во-вторых, с упрощением схемного решения и, следовательно, уменьшением числа электронных элементов схемы.

На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения отклонения амплитуды сигнала датчика; на фиг. 2 - сигналы в различных точках устройства.

Устройство, реализующее способ определения отклонения амплитуды сигнала датчика (фиг. 1), содержит генератор переменного несинусоидального сигнала 1, мостовую схему 2 с датчиком 3, устройство сравнения 4 и измеритель длительности и полярности импульсов 5, например, осциллограф.

Переменный несинусоидальный периодический сигнал со скважностью, не равной двум (фиг. 2а), от генератора 1 подается на мостовую схему 2, в которую включен датчик 3. При изменении свойств исследуемой среды датчик меняет свои параметры. Например, при изменении удельной электрической проводимости жидкой среды датчик меняет свое электрическое сопротивление, а при изменении диэлектрической проницаемости - свою емкость. Это приводит к изменению амплитуды сигнала в измерительной диагонали мостовой схемы (фиг. 2б), которая равна

где
U_г, U_изм - соответственно величины напряжения генератора и сигнал в измерительной диагонали мостовой схемы;
R₁,R₂ - соответственно активные сопротивления датчика и резистора.

В то время амплитуда сигнала в сравнительной диагонали мостовой схемы (фиг. 2в) остается постоянной, так как

где
U_ср - амплитуда сигнала в сравнительной диагонали мостовой схемы;
R₃, R₄ - активные сопротивления резисторов.

Разность между этими сигналами (фиг. 2г, д) и является индикатором отклонения амплитуды сигнала датчика. Действительно, если U_изм > U_ср, то разность Δ определяем выражением
Δ = U_изм - U_ср (3)
будет иметь вид, приведенный на фиг. 2г. При этом длительность положительного импульса будет небольшой.

Если же будет выполняться условие U_изм < U_ср, то разность сигналов Δ (фиг. 2д) будет иметь импульсы положительной полярности большой длительности.

Следует отметить, что длительность импульсов разностного сигнала не зависит от величины амплитуды сигналов U_изм и U_ср и, следовательно, от напряжения питания, а определяется только скважностью переменного несинусоидального сигнала и значением параметров датчика.

Таким образом, поддерживая постоянной скважностью переменного несинусоидального сигнала генератора, по длительности и полярности импульса, полученного в результате сравнения сигналов с измерительной и сравнительной диагоналей моста, можно судить о знаке разбаланса мостовой схемы, вызванного отклонением амплитуды сигнала датчика, включенного в мостовую схему.

Изобретение может быть использовано для определения отклонения параметра датчика в системах уравновешивания. Способ определения отклонения параметра датчика, включенного в мостовую схему и питаемую переменным несинусоидальным током, включающий анализ сигнала с измерительной диагонали мосты, заключается в том, что мостовую схему питают переменным несинусоидальным током со скважностью, не равной двум, а по длительности импульса выбранной полярности судят о знаке разбаланса мостовой схемы. 2 ил.

Способ определения отклонения амплитуды сигнала датчика, заключающийся в том, что датчик включают в мостовую схему, питаемую переменным несинусоидальным током, и сравнивают сигналы, снимаемые с измерительной и сравнительной диагоналей моста, отличающийся тем, что мостовую схему питают переменным несинусоидальным током со скважностью, на равной двум, а по длительности и полярности сформированного в результате сравнения импульсов определяют знак разбаланса мостовой схемы.