Управляемый измерительный генератор Советский патент 1984 года по МПК H03B5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для преобразования малых ме ханических перемещений в частоту. Известен управляемьш изме1 итель ный генератор для преобразования механических перемещений чувствительного элемента Датчика в частот с помощью переменной индуктивности с линеаризацией выходной характери тики путем профилирования формы витков переменной индуктивности tl Однако управляемый измерительный генератор с такой линеаризацией при величине перемещения чувствительного элемента датчика в предела О,1-1 мм не обладает требуемой чув ствительностью и линейностью характ ристики . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является управляемый измерительньш генератор содержащий усилитель, между выходом и управляющим входом которого включена цепь АРУ, разделительный конденсатор, один вывод которого подключен к выходу усилителя, а к друг му выводу подключены первый вывод первого эталонного резистора, паpaллeльньrii LC -контур и встречнопоследовательно соединенные первая вторая обмотки связи, а также управляющий резистор, причем колеба тельный контур вьтолнен на замкнутом магнитопроводе Г23. Однако известный управляемьй изм рительный генератор в случае исполь зования его для преобразования в частоту переменного сопротивления не активного, а индуктивного характера, например, перемещения катущ- ки индуктивности, являющейся датчиком преобразователя механических перемещений, обаладет пониженной чувствительностью преобразования и нелинейной характеристикой вследств того, что по сравнению с активным сопротивлением фаза тока в индуктив ном сопротивлении сдвинута на 90 в результате чего нарушается баланс фаз в управляемом измерительном генераторе и ухудшаются его характеристики . Цель изобретения - повышение точности измерений и линейности характеристики преобразования механических перемещений катушки индуктивности параллельного LC -контурй в частоту. Для достижения поставленной цели в управляемый измерительный генератор, содержащий усилитель, между выходом и управляющим входом которого включена цепь АРУ, разделительный конденсатор, один вывод которого подключен к выходу усилителя, а к другому вьгооду которого подключены первый вьгаод первого эталонного резистора, параллельный LC -контур и встречно-последовательно соединенные первая я вторая,обмотки связи, выведены интегрирующая fгc-цeпь, выход которой подключен к сигнальному входу усилителя, и эталонный конденсатор, который включен между вторым выводом первого эталонного резистора и первым выводом дополнительно введенного второго эталонного резистора, второй вывод которого подключен к общей пшне, причем первая и вторая- индуктивные обмотки связи включены мелзду точкой соедине кия второго вывода разделительного конденсатора с первым эталонным резистором и общей шиной, а параллельный LC -контур включен между точкой соединения эталонного конденсатора с вторым эталонным резистором и входом интегрирующей RC -цепи, причем катушка индуктивности параллельного LC -контура выполнена в виде регулируемой катущки индуктивности. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема управляемого измерительного генератора. Управляемый измерительный генератор содержит усилитель 1, параллельный LC -контур 2, состоящий из контурного конденсатора 3 и катушки 4 индуктивности, являющейся подвижным якорем индуктивного преобразователя, первую 5 и вторую 6 обмотки связи, которые являются статором индуктивного преобразователя, интегрирующую RC -цепь 7, состоящую из резистора 8 и конденсатора 9, разделительный конденсатор 10, первый эталонный резистор 11, второй эталонньй резистор 12, эталонньй конденсатор 13 и цепь АРУ 14, состоящую из разделительного 15 и ильтрующего 16 конденсаторов, вьтрямительного диода 17j первого 18 и второго 19 резисторов.

Управляемый измерительный генератор работает следующим образом.

Усилитель 1, в качестве которого может быть использован операционный усилитель, охваченный петлей положительной обратной связи, замкнутой через параллельный LC -котур 2, самовозбуждается на частоте, определяемой условием баланса фаз и амплитуд. Согласно этому условию частота самовозбуждения принимает такое значение, при котором фазовый сдвиг сигнала по замкнутому контуру, образованному усилителем и цепью обратной связи, равен О (или ЗбО). Полный сигнал обратной связи состоит из трех векторных слагаемых. Первое слагаемое представляет собой опорный сигнал на первом эталонном резисторе 11, сдвинутый по фазе в сторону опережения на угол около 45 благодаря емкостному сопротивлению эталонного конденсатора 13. Второе слагаемое представляет собой полезный управляющий сигнал на катушке 4 индуктивности индуктивного преобразователя, который имеет нулевой фазовый сдвиг и амплитуду, пропорциональную механическому смещению якоря от средней нулевой точки. Третье слагаемое составляет падение напряжения на конденсаторе 9 интегрирующей RC -цепи 7 на сигнальном входе усилителя 1. Фаза этого напряжения сдвинута в сторону отста вания. При сложении трех векторов фаза результирующего вектора долна иметь нулевой сдвиг, а затухние по амплитуде должно компенсироваться соответствующим коэфициентом усиления усилителя 1. Процесс установления нулевой фазы в управляемом измерительном генераторе происходит автоматически за счет перестройки по частоте до тако ее величины, при которой фазы первого и третьего векторов изменяются так, чтобы установилось требуемое равновесие. При этом точка равновесия по частоте определяется амплитудой вьпсодн ого сигнала на катушке 4 индуктивности, которая зависит от механического смещения якоря индуктивного преобразователя.

Устойчивая работа управляемого измерительного генератора наблюда ется только при синусоидальной

форме выходного сигнала, т.е. при отсутствии ограничения амплитуды. Такой режим работы поддерживается цепью АРУ 14 на уровне, при котором

вьтолняется условие баланса амплитуд. Цепь АРУ 14 осуществляет выпрямление выходного сигнала вьшрямительным диодом 17 и фильтрацию переменной составляющей цепочкой из

первого резистора 18 и фильтрующего конденсатора 16. Выпрямленный ток подается в качестве сигнала отрицательной обратной связи на регулирующий вход усилителя 1. Отрицательная обратная связь по постоянному току осуществляет стабилизацию амплитуды выходного сигнала на заданном уровне и отсутствие ограничения амплитуды вькодного сигнала.

Повышение чувствительности предлагаемого управляемого измерительного генератора достигается благодаря тому, что индуктивный преобразователь механических перемещений выполнен в виде дифференциального

трансформатора, который имеет значительно большее относительное (в процентах,к диапазону) прираще- . нив выходного сигнала при одинаковом перемещении катушки 4 индуктивности. Это объясняется тем, что в исходном положении катушки 4 индуктивности ее выходное напряжение в рассматриваемом случае равно нулю

благодаря встречно-последовательному включению первой 5 и второй 6 индуктивных обмоток связи и взаимной компенсации их магнитных полей в средней точке. Но уже при малом смещении от точки равновесия выходной сигнал резко возрастает.

Отсутствие в индуктивном преобразователе механических перемещеНИИ магнитопровода исключает возможную температурную нестабильность частоты управляемого измерительного генератора. Некоторое снижение чувствительности при этом компенсируется работой управляемого измерительного генератора на более высокой частоте.

Таким образом, в предлагаемом устройстве значительно повьппается

точность измерений и линейность характеристики преобразования механических перемещений. От аналогичных известных yпpaвляe ыx измерительных генераторов предлагаемое устройство отличается более низкой стоимостью (в 2-3 раза), вьюокой

надежностью и технологичностью в производстве благодаря отсутствию элементов настройки.

УПРАВЛЯЕМЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий усилитель, между выходом и управляющим входом которого включена цепь автоматической регулировки усиления (АРУ), разделительный конденсатор, один вывод которого подключен к выходу усилителя, а к другому выводу которого подключены первый вывод первого эталонного резистора, параллельный LC -контур, и встречно- . последовательно соединенные первая и вторая обмотки связи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и линейности хАрактеристики преобразования механических перемещений катушки индуктивности параллельного LC -контура в частоту, в него введены интегрирующая fJC -цепь, выход которой подключен к сигнальному входу усилителя, и эталонньй конденсатор, который включен между вторым вьшодом первого эталонного резистора и первым выводом дополнительно введенного второго эталонного резистора, второй g вывод которого подключен к общей пине, причем первая и вторая обмотки (Л связи включены между точкой.соедис: нения второго вьшода разделительного Конденсатора с первым эталонийм резистором и общейшиной, а параллельный UC -контур между точкой соединения эталонного конденсатора с вторьм эталонным резистором и вхо дом интегрирующей, RC -цепи,причем катушка индуктивности параллельного со Lt-контура выполнена в виде регулиОО руемой катушки индуктивности. сл