Усилитель заряда Советский патент 1985 года по МПК H03F3/34 

Изобретение относится к измерительн.ой технике и может быть исполь зовано для регистрации квазистатиче ких процессов, протекающих в пьезоэлектрических датчиках силы, ускорения и давления. Цель изобретения - расширение частотного диапазона при измерении Квазистатических процессов. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного усилителя заряда; на фиг. 2 принципиальная электрическая схема интегрирующего усилителя, на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие работу усилителя . Усилитель заряда содержит пьезоэлектрический датчик 1, первьй операцио«ный усилитель 2, первый конденсатор 3, первый ключ 4, интегрирующий усилитель 5, дифференцирующую цепь 6, первый коммутатор 7, второй ключ 8, запоминающий элемент 9 и блок 10 .управления. Интегрирующий усилитель 5 содержит -второй и третий операционные усилители 11 и 12, второй коммутатор 13, резистор 14 и второй конденсатор 15. Усилитель заряда работает в соот ветствии с временными диаграммами, приведенными на фиг. 3. Перед цикло измерения параметров квазистатического процесса производится ступенчатое формирование опорного напряжения, создающего ток для компенсации паразитного тока пьезоэлектрического датчика.1. В исходном состо нии (до момента времени t) положени первого и второго ключей 4 и 8, а также первого и второго коммутаторов 7 и 13 изображено на фиг. 1 и 2 В результате на второй вывод пьезоэлектрического датчика 1 поступает произвольное опорное напряжение (и) с выхода запоминающего элемента 9, т.е. с выхода интегрирующего усилителя 5 (напряжение 1(3). Поскольку сопротивление изоляции пьезоэлектрического датчика 1 не бесконечно и он сам генерирует паразитный ток, то на инвертирующей вход первого операционного усилител 2 поступает результируквдий ток (Г) котор заряжает первый конденсатор 3, так что напряжение на выход усилителя заряда (Uff) изменяется во в ремени примерно по линейному зак В момент времени блок 10 управления вырабатывает управляющий импульс (Uj), которьй поступает на управляющие входы второго ключа 8, первого и второго коммутаторов 7 и 13. Указанные элементы переключаются в рабочее положение, т.е. второй ключ 8 размыкается, первый коммутатор 7 соединяет выход дифференцирующей цепи 6 с входом интегрирующего усилителя 5, а второй коммутатор 13 соединяет выход второго операционного усилителя 11 с резистором 14. В результате напряжение (U(,) с выхода дифференцирующей цепи 6, пропорциональное скорости нарастания напряжения.на выходе усилителя заряда, поступает на вход интегрирующего усилителя 5. В течение длительности первого импульса напряжения Uj происходит линейное нарастание напряжения (Uj) на выходе интегрирующего усилителя 5. При этом крутизна нарастания этого напряже ния оказывается пропорциональной скорости изменения напряжения на выходе усилителя заряда. В момент времени t блок 10 управления прерывает управляющий импульс (Uj). Второй ключ 8, первый и второй коммутаторы 7 и 13 переключаются в исходное состояние. В результате запоминающий элемент 9 фиксирует максимальное напряжение на выходе интегрирующего усилителя 5 Полученное на вькоде запоминающего элемента 9 опорное напряжение (U) создает ток, который начинает компенсировать паразитный ток, генерируемый в пьезоэлектрическом датчике 1. Поэтому результирующий ток (1), заряжающий первый конденсатор 3, уменьшается. В результате уменьшается скорость нарастания напряжения на выходе усилителя заряда. I В момент времени t поступает второй управляющий импульс напряжения Uj, повторяется описанный цикл работы, который приводит к дальнейшему уменьшению скорости изменения напряжения на выходе усилителя заряда. После п импульсов напряжения и напряжение на выходе усилителя заряда становится практически пос тоянным. После этого блок 10 управления въщает импульс другого управляющего напряжения (U ), который ковременно замыкает первый ключ 4. В результате напряжение на выходе усилителя заряда становится равным нулю.

- . 1

После этого начинаются измерения параметров полезного квазистатического процесса, протекающего в пьезоэлектрическом датчике 1.

Полная компенсация паразитных токов пьезоэлектрического датчика 1 напряжения ошибки первого операцион1719794

ного усрлителя 2 перед началом измерений позволяет регистрировать полезные сигналы с пьезоэлектрического датчика, лежащие в диапазоне ин5 франизких частот, т.е. позволяет расширить частотный диапазон при измерении квазистатических процессов.

1. УСШШТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий пьезоэлектрический датчик, первый операционный усилитель, первый конденсатор, первый ключ и интегрирующий усилитель, причем неинвертирую1ций вход первого операционного усилителя подключен к общей шине, первый вывод пьезоэлектрического датчика соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и через параллельно включенные первый конденсатор и первый ключ с его выходом, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона при измерении квазистатических процессов, в него дополнительно введены дифференцирукнцая цепь, первый коммутатор, второй ключ, запоминающий элемент и блок управления, при этом первый и второй ключи, первый коммутатор и интегрирующий усилитель вьтолнены управляемыми, вход интегрирующего усилителя подключен, к размыкающему контакту первого коммутатора, а выход через последовательно соединенные второй ключ и запоминакиций элемент - к второму выводу пьезоэлектрического датчика, выход первого операционного усилителя через дифференцирующую цепь соединен с подвижным контактом первого коммут,атора,. замыкающий контакт которого подключен к общей шине а управляющие входы первого и второго ключей, первого коммутатора и интегрирующего усилителя соединены с соответствующими выходами блока управления. 2. Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что интегрирующий усилитель выполнен на втором и третьем операционных усилителях, втором коммутаторе, резисторе и сл втором конденсаторе, при этом втос рой коммутатор выполнен управляемым, неинвертирзтощие входы второго и третьего операционных усилителей и замыкающий контакт второго коммутатора подключены к общей шине, инвертирующий вход второго операцион ного усилителя является входом ин тегрирукнцего усилителя, выход третьего операционного усилителя является ч выходом интегрирующего усилителя, со а управляющий вход второго коммутатора - управляюпр1М входом интегрирующего усилителя, А выход второго операционного усилителя соединен с подвижным контактом второго Kowiyraтора, размыкакнций контакт которого через резистор подключен к инвертирукядему входу третьего операционного усилителя, выход которого через второй конденсатор соединен с его инвертирукщим входом.

Фиг,1

О

О

t, titjt ts

и

О О

I1

г/с

JI

UK

о