ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2018 года по МПК H03K5/00 

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

Известен измерительный преобразователь (см. патент №2432671, опубликованный в БИ №30 27.10.2011 г.), содержащий два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты. Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому взято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является невозможность диагностики отказа частотозадающих элементов из состава дифференциального измерительного преобразователя на всем этапе его использования.

Решаемой технической задачей является расширение функциональных возможностей заявляемого измерительного преобразователя в части диагностики работоспособности частотозадающих элементов.

Достигаемым техническим результатом заявляемого измерительного преобразователя является использование дополнительного блока для диагностики частотозадающих элементов, по анализу уровня сигнала с его выхода проводится оценка правильности работы частотозадающих элементов, образующих дифференциальную пару.

Для достижения технического результата в дифференциальном измерительном преобразователе, содержащем два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты, новым является то. что дополнительно введен формирователь сигналов суммарной частоты, входы которого соединены с выходами генераторов частотных сигналов, при этом выходы формирователей сигналов разностной и суммарной частот являются выходами устройства.

Применение в составе измерительного преобразователя формирователя сигналов суммарной частоты позволяет по значению суммарной частоты проводить проверку состояния частотозадающих элементов на основе пьезорезонансных силочувствительных датчиков и задать критерий работоспособности или отказа всего измерительного преобразователя.

На фигуре изображена функциональная схема заявляемого дифференциального измерительного преобразователя.

Устройство содержит два генератора частотных сигналов 1 и 2 с частотозадающими элементами 3 и 4, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты 5, формирователь сигналов суммарной частоты 6, входы которого соединены с выходами генераторов частотных сигналов 1 и 2, при этом выходы формирователей сигналов разностной 5 и суммарной 6 частот являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом. С выходов генераторов частотных сигналов 1, 2 (см. фигуру) на входы формирователей 5, 6 сигналов разностной и суммарной частоты подаются периодические сигналы прямоугольной формы.

Выходной величиной дифференциального измерительного преобразователя по выходу F_ВЫХ1 с формирователя 5 сигналов разностной частоты, аналогично прототипу, является разность частот, которая определяется по формуле

где х - измеряемый параметр на входе частотозадающих элементов 3, 4, на основе пьезорезонансных первичных преобразователей;

ƒ₀ - начальная разность частот ƒ₁ - ƒ₂ при х = 0.

Значения частот на выходах генераторов 1, 2 определяются выражениями

где ƒ₀₁,ƒ₀₂ - начальные частоты частотозадающих элементов 3, 4;

k₁ k₂ - коэффициенты преобразования частотозадающих элементов 3, 4 на основе пьезорезонансных первичных преобразователей.

Выражения (2), (3) приведены без учета нелинейностей характеристик преобразования частотозадающих элементов 3,4.

Выходной величиной дифференциального измерительного преобразователя по выходу F_ВЫХ2 с формирователя 6 сигналов суммарной частоты 6, является сумма частот, которая определяется по формуле

С учетом равенства коэффициентов преобразования к_л=к_г частотозадающих элементов 3, 4

Таким образом, при действии измеряемого параметра х и равенстве коэффициентов преобразования суммарная частота на выходе F_ВЫХ2 постоянна и не зависит от величины измеряемого параметра.

На практике иногда возникает трудность в обеспечении равенства коэффициентов преобразования k₁ = k₂ первичных преобразователей 3, 4. вследствие их технологического разброса при изготовлении. С учетом этого, выражение (5) можно записать в виде

где Δk(х) - коэффициент, определяющий неравенство коэффициентов преобразования к_и к₂, зависящий от измеряемого параметра х.

Критерием работоспособности частотозадающих элементов 3, 4 и всего измерительного преобразователя в целом можно считать нахождение суммарной частоты на выходе F_ВЫХ2 формирователя 6 сигналов суммарной частоты в диапазоне, определяемом по формуле (6) при действии измеряемого параметра.

Преимуществом данного измерительного преобразователя является возможность проверки частотозадающих элементов 3, 4 на основе пьезорезонансных силочувствительных датчиков в процессе эксплуатации, т.е. в момент действия измеряемого параметра.

При выходе из строя одного или обоих частотозадающих элементов 3, 4, образующих дифференциальную пару, значение суммарной частоты на выходе формирователя 6 сигналов суммарной частоты изменится и выйдет за пределы, установленные по формуле (6), а при этом на выходе F_ВЫХ2 будет формироваться ложный сигнал, не соответствующий (не пропорциональный) величине измеряемого параметра по формуле (1). Например, при отказе одного из частотозадающих элементов 3 или 4 произошло изменение коэффициента преобразования k₁ или k₂ и на выходе F_ВЫХ1 формирователя 5 сигналов разностной частоты будет присутствовать сигнал, частота которого не будет соответствовать значению величины измеряемого параметра х.

Таким образом, по первому (измерительному) выходу F_ВЫХ1 измерительный преобразователь выдает значение частоты, которая меняется в зависимости от значения измеряемого параметра, в соответствии с формулой (1), а по второму (контрольному) выходу F_ВЫХ2 значение частоты, которое свидетельствует о правильной работе частотозадающих элементов 3,4.

Такой метод проверки (оценки) работоспособности можно применять для построения отказоустойчивых измерительных систем с резервированием, в составе которых имеется несколько идентичных заявляемых измерительных преобразователей. Устройство-потребитель, контролируя частоту с выходов F_ВЫХ2 измерительных преобразователей, выбирает из них работоспособный и считывает частоту с соответствующего выхода F_ВЫХ1. При отказе одного из измерительных преобразователей в процессе эксплуатации устройство-потребитель производит переключение на выход F_ВЫХ1 другого работоспособного измерительного преобразователя.

Работоспособность предлагаемого технического решения экспериментально проверена и подтверждена испытаниями действующих макетов дифференциального измерительного преобразователя.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям с частотной формой выходных сигналов. Дифференциальный измерительный преобразователь содержит два генератора частотных сигналов с частотозадаюшими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты, формирователь сигналов суммарной частоты, входы которого соединены с выходами генераторов частотных сигналов, при этом выходы формирователей сигналов разностной и суммарной частот являются выходами устройства. Достигаемым техническим результатом заявляемого измерительного преобразователя является использование дополнительного блока для диагностики частотозадающих элементов, по анализу уровня сигнала с его выхода проводится оценка правильности работы частотозадающих элементов, образующих дифференциальную пару. 1 ил.

Дифференциальный измерительный преобразователь, содержащий два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты, отличающийся тем, что дополнительно введен формирователь сигналов, выполненный с возможностью формирования сигнала суммарной частоты в заданном диапазоне, входы которого соединены с выходами генераторов частотных сигналов, при этом выходы формирователей сигналов разностной и суммарной частот являются выходами устройства.