ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК H03K5/00 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям с частотной формой выходных сигналов.

Известен измерительный преобразователь (см., стр.120, В.В.Малов «Пьезорезонансные датчики», Москва, Энергия, 1978 г.), который является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и взят в качестве прототипа. Дифференциальный преобразователь выполнен на двух генераторах периодических электрических сигналов, частоты которых задаются резонаторам с собственными (резонансными частотами, зависящими от значения преобразуемой величины) и формирователя сигнала разностной частоты. В большинстве случаев выходные сигналы генераторов преобразователей представляют собой периодически следующие импульсы прямоугольной формы. При этом формирователь сигналов разностной частоты выполняется на логических элементах, например на D-триггере (см. /1/, /2/).

Недостатком прототипа является появление ложных сигналов на выходе формирователя разностной частоты при действии помех, совпадающих с фронтами выходных сигналов генераторов преобразователей.

Техническим результатом заявляемого дифференциального преобразователя является повышение уровня его помехоустойчивости. Технический результат достигается тем, что дифференциальный измерительный преобразователь, содержащий два генератора частотных сигналов, с частотозадающими элементами, частота, по крайней мере, одного из которых зависит от измеряемого параметра, и формирователь сигналов разностной частоты. Новым является то, что формирователь сигналов разностной частоты выполнен в виде двух идентичных устройств блокировки D-триггера, С- и Д-входы которого соединены с выходами генераторов частотных сигналов соответственно, a S-R-входы соединены с выходами устройств блокировки, входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами D-триггера. При этом время действия блокировки меньше половины периода выходного сигнала дифференциального измерительного преобразователя.

Устройство блокировки выполнено в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, первый ввод которого подключен к прямому (инверсному) выходу D-триггера, S(R)-вход которого соединен со вторыми выводами конденсатора и резистора, первый вывод которого соединен с общей точкой.

На фиг.1 изображена функциональная схема дифференциального измерительного преобразователя.

На фиг.2 изображен вариант принципиальной электрической схемы формирователя сигналов разностной частоты с использованием RC цепочек для блокировки D-триггера. Устройство содержит два генератора 1 и 2 (см. фиг.1) с частотозадающими резонаторами 3 и 4, частота, по крайней мере, одного из них зависит от измеряемого параметра, формирователя сигналов разностной частоты, выполненного в виде устройств блокировки 5, 6 и D-триггера 7.

Выходы триггера 7 прямой и инверсный соединены с входами устройств блокировки - первые выводы конденсаторов 8, 9 (см. фиг.2). Выходы устройств блокировки - вторые выводы конденсаторов - соединены с входами S и R (входы блокировки) D-триггера 7 формирователя сигналов разностной частоты. Формирование необходимого значения времени действия блокировки осуществляется за счет подключения между входом S(R) и общей точной (минусовой шиной питания) резистора 10 (11), обеспечивающего необходимое значение постоянной времени τ=R·C.

Устройство работает следующим образом: с выходов генераторов 1, 2 (см. фиг.1) на входы "С" и "D" D-триггера 7 подаются периодические сигналы прямоугольной формы. Смена состояний триггера 7 происходит каждый раз, когда фронт импульсного сигнала на входе "С" (смена потенциала с "0" на "+1") совпадает с уровнем действующего в этот момент на входе "D" сигнала инверсного потенциалу на прямом выходе триггера 7, т.е триггер 7 изменит свое состояние с "нулевого" (на прямом выходе "0") на "единичное" (на прямой вход устанавливается потенциал "1"), если сигнал на входе "С" импульсно меняется с "0" на "1" в момент времени, когда на входе "D" присутствует сигнал с уровнем "1"; и наоборот, "единичное" состояние триггера 7 меняется на нулевое в момент импульсного изменения сигнала с "0" на "1" на его входе "С" при наличии на входе "D" сигнала с уровнем "0". При каждой смене состояния триггера 7 устройства формирования сигнала разностной частоты на прямом и инверсном выходах D-триггера 7 происходят противофазные изменения выходных сигналов, что приводит к появлению как положительных, так и отрицательных перепадов потенциалов. Положительные перепады потенциалов на прямом или инверсном выходах через конденсаторы передаются на соответствующие входы "S" или " R" триггера 7. При этом состояние триггера 7 не может быть изменено сигналами, подаваемыми на вход "С" до тех пор, пока напряжение на входе "S" и "R" за счет перезаряда конденсатора 8 или 9 через резисторы 10 или 11 не снизится до уровня меньшего порога срабатывания по входам "S", "R", защищая таким образом от ложных переключений триггера 7 при наличии "складок" на фронтах сигналов по входу "С", обусловленных действием помех. После снятия сигнала блокировки с выхода "S" или "R" триггера 7 ему разрешается менять свое состояние по фронту сигнала, поступающего на вход «С» в зависимости от фазы сигнала на входе «D» и состояния триггера. Выходной сигнал дифференциального измерительного преобразователя может быть снят с прямого или инверсного выходов D-триггера устройства формирования сигналов разностной частоты.

Эффективность предлагаемого технического решения проверена экспериментально.

Источники информации

1. В.С.Гутников "Интегральная электроника в измерительных устройствах" Ленинград, Энергоиздат, 1988 г., стр.176.

2. П.В.Новицкий, В.Г.Кнорринг, В.С.Гутников "Цифровые приборы с частотными датчиками" Энергия, 1970 г., стр.240-241.

Использование: в дифференциальных резонаторных датчиках. Технический результат заключается в обеспечении устойчивой работы в условиях действия помех. Дифференциальный измерительный преобразователь содержит два генератора с частотозадающими элементами, устройство формирования сигналов разностной частоты, выполненное на D-триггере, два идентичных устройства блокировки в виде последовательно соединенных сопротивления и конденсатора, конденсаторы включены соответственно между «S» входом D-триггера и прямым его выходом и «R» входом и инверсным выходом соответственно, сопротивления включены между общей точкой и входами «S» и «R» триггера соответственно. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Дифференциальный измерительный преобразователь, содержащий два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, частота, по крайней мере, одного из которых зависит от измеряемого параметра и формирователь сигналов разностной частоты, отличающийся тем, что формирователь сигналов разностной частоты выполнен в виде двух идентичных устройств блокировки и D-триггера, С и D входы которого соединены с выходами генераторов частотных сигналов соответственно, а S-R входы соединены с выходами устройств блокировки, входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами D-триггера, при этом время блокировки меньше половины периода выходных сигналов дифференциального измерительного преобразователя.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство блокировки выполнено в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, первый вывод которого подключен к прямому (инверсному) выходу D-триггера, S(R) вход которого соединен со вторыми выводами конденсатора и резистора, первый вывод которого соединен с общей точкой.