ГЕНЕРАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК H03B5/12 

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано для измерения вибрации и смещения различных деталей механизмов и машин.

Известен преобразователь /1/, содержащий транзисторы, включенные по схеме дифференциального усилителя, инвертор тока, подключенный к выходу дифференциального усилителя и параллельному резонансному контуру. Один вывод параллельного резонансного контура соединен с выходом инвертора тока и входом дифференциального усилителя, а второй вывод параллельного резонансного контура соединен с общей шиной.

Генераторный преобразователь, выполненный по указанной схеме, не позволяет обеспечить необходимую линейность преобразования, схема его сложна (имеет три источника тока).

В качестве прототипа изобретения выбран генераторный преобразователь /2/, 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 инвертора 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 и в цепь стока полевого транзистора последовательно по питанию с инвертором тока включен резистор.

В прототипе зависимость выходного напряжения генератора прямо пропорциональна добротности контура, которая в свою очередь линейно связана с расстоянием от катушки индуктивности контура до контролируемого объекта. Однако линейная зависимость соблюдается лишь на зазорах меньше 0,25 диаметра катушки.

Изобретение направлено на создание генераторного преобразователя, у которого линейная зависимость выходного напряжения от зазора соблюдается в большем диапазоне зазоров.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении чувствительности и точности аппаратуры.

Поставленная задача решается следующим образом.

Предлагается генераторный преобразователь, содержащий параллельный резонансный контур, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй вывод соединен с входом усилителя, инвертор тока, включенный через резистор последовательно по цепи питания с усилителем, выход инвертора тока соединен с входом усилителя, выполненного на полевом транзисторе, исток которого через цепь смещения соединен с первым выводом резонансного контура, а затвор подключен к второму выводу параллельного резонансного контура.

Генераторный преобразователь также содержит источник напряжения смещения и второй инвертор тока, вход которого через резистор соединен с выходом первого инвертора тока, а выход соединен со входом первого инвертора тока, эмиттеры второго инвертора тока подключены к общей шине через источник напряжения смещения.

Отличительными от прототипа являются следующие признаки: генераторный преобразователь дополнительно содержит источник напряжения смещения и второй инвертор тока, вход которого через резистор соединен с выходом первого инвертора тока, а выход соединен со входом первого инвертора тока, эмиттеры второго инвертора тока подключены к общей шине через источник напряжения смещения, то есть образована обратная связь с пороговым включением второго инвертора тока.

Выполнение генераторного преобразователя с использованием всех признаков заявленного устройства позволяет за счет введения обратной связи с пороговым включением второго инвертора скорректировать нелинейность выходного напряжения и получить линейную зависимость выходного напряжения от зазора в большем диапазоне зазоров, соответственно повысить точность измерения.

Изобретение поясняется чертежом.

Генераторный преобразователь содержит параллельный резонансный контур, состоящий из индуктивности L1 и конденсатора С1, первый вывод которого подключен к общей шине. Второй вывод параллельного контура соединен со входом усилителя на полевом транзисторе (с затвором) VT3, исток которого через цепь смещения, выполненную на резисторе R2, соединенном параллельно с конденсатором С2, соединен с общей шиной. Сток транзистора VT3 последовательно по цепи питания через резистор R1 соединен с входом первого инвертора тока на транзисторах VT1, VT2, а эмиттеры транзисторов VT1, VT2 соединены с выводом +Е источника питания.

Выходом первого инвертора тока является коллектор транзистора VT1, который соединен со вторым выводом параллельного резонансного контура и через резистор R3 с базами транзисторов VT4, VT5, являющимися входом второго инвертора тока на транзисторах VT4, VT5. Эмиттеры транзисторов VT4, VT5 подключены к общей шине через резистор R4 источника напряжения смещения, выполненного в данном примере на резисторах R4, R5. Резистор R5 подключен к выводу +Е источника питания, резистор R4 соединен параллельно с конденсатором С3 и с общей шиной. Коллектор транзистора VT5, являющийся выходом второго инвертора тока, соединен с базами транзисторов VT1, VT2, являющимися входом первого инвертора тока. Таким образом, образована цепь обратной связи с пороговым включением, корректирующая нелинейность генераторного преобразователя.

Возможны другие варианты выполнения инверторов тока и источника напряжения смещения, известные, например, из источников /3/, /4/.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем режиме при включении источника питания Е напряжение U_вых на параллельном резонансном контуре пропорционально добротности катушки индуктивности в соответствии с формулой
U_вых=k•I₀•Q•X_L,
где Q - добротность катушки индуктивности резонансного контура;
I₀ - уровень выходного тока первого инвертора тока;
k - константа;
Х_L - индуктивное сопротивление катушки индуктивности.

Сигнал на выходе первого инвертора тока прямо пропорционален добротности параллельного резонансного контура Q, которая в свою очередь линейно связана с величиной зазора между катушкой индуктивности и контролируемым объектом (для зазоров меньше 0,25 диаметра катушки).

При увеличении зазора между катушкой индуктивности и контролируемым объектом U_вых на выходе первого инвертора тока возрастает. Пока соблюдается соотношение U_вых≤(U_см+U_бэ) второй инвертор тока закрыт и не влияет на работу первого инвертора тока.

Когда величина U_вых превышает (U_см+U_бэ) на выходе второго инвертора тока формируются импульсы тока I₂ амплитудой

Выходной ток второго инвертора тока I₂ суммируется с входным током первого инвертора тока I₁, соответственно увеличивается ток возбуждения I₀ параллельного резонансного контура, что приводит к увеличению U_вых. Подбором величины тока I₂, регулируемым сопротивлением резистора R₃, и величиной U_см добиваются линейной характеристики преобразования.

Нелинейность характеристики преобразования зазора в напряжение в генераторном преобразователе, выполненном согласно заявленному устройству, составила ±20 мкм по сравнению со ±100 мкм прототипа в рабочем диапазоне зазоров от 0,35 до 2,35 мм.

ЛИТЕРАТУРА
1. Генератор. Заявка Японии 62-17885, МПК 4 Н 03 В 5/12, опубл. 20.04.87.

2. Генераторный преобразователь. Патент RU 2103801, МПК 6 Н 03 В 5/12, опубл. 27.01.98, бюл. 3.

3. B.C.Гутников "Интегральная электроника в измерительных устройствах", Ленинград, Энергоиздат, 1988 г., стр. 66, рисунок 2.5.

4. В.Л.Шило "Линейные интегральные схемы", Москва, Советское радио, 1979 г., стр. 71, рисунок 2.15.

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может использоваться для измерения вибрации и смещения различных деталей механизмов и машин. Достигаемый технический результат - повышение чувствительности и точности аппаратуры. Генераторный преобразователь содержит параллельный резонансный контур, усилитель, два инвертора тока, источник напряжения смещения. 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 через резистор последовательно по цепи питания с усилителем, выход инвертора тока соединен с входом усилителя, выполненного на полевом транзисторе, исток которого через цепь смещения соединен с первым выводом резонансного контура, а затвор подключен ко второму выводу параллельного резонансного контура, отличающийся тем, что дополнительно содержит источник напряжения смещения и второй инвертор тока, вход которого через резистор соединен с выходом первого инвертора тока, а выход соединен со входом первого инвертора тока, эмиттеры второго инвертора тока подключены к общей шине через источник напряжения смещения.