Резонансный измеритель малых приращений емкости или индуктивности датчиков Советский патент 1986 года по МПК G01R27/26 

11 Изобретение относится к области измерения электрических величин, в в частности к измерениям приращений реактивных параметров датчиков. Цель изобретения - повьппение точности измерения, На чертеже представлена блок-схема резонансного измерителя малых приращений емкости или индуктивности датчиков. Измеритель содержит высокочастотный кварцевый генератор I, к выходу которого подключены балансный модулятор 2 и через высокочастотный квадратурный фазовращатель 3 балансный модулятор 4, Модулирующие входы балансных модуляторов через контакты двухполюсного коммутатора 5 соединены с коммутационным генератором 6 и выходом низкочастотного квадратурного фазовращателя 7, подключенного к выходу коммутационного генератора, Управляющий вход коммутатора 5 соединен с выходом делителя 8 частоты, который выходом также соединен с коммутационным генератором 6. Выходы балансных модуляторов 2 и 4 соединены с входом измерительной ячейки 9, выполненной в виде колебательного контура, к которо му подключен емкостный или индуктйв ный датчик 10. К выходу измерительной ячейки подключены два встречно включенных вентиля 1 и 12, выходы которых соединены с неподвижными контактами коммутатора 13, управляющим входом подключенного к выходу делителя 8 частоты. Подвижный контакт коммутатора 13 подключен к входу интегратора 14, соединенного выходом через усилитель 15 постоянного тока.с выходным индикатором 16. Измеритель работает следующим образом. Выходной сигнал высокочастотного генератора (стабильной частоты) подается на сигнальный вход балансного модулятора 2 непосредственно и через высокочастотный квадратурный фазовращатель 3 на сигнальный вход балансного модулятора 4. На модулирующие входы, балансных модуляторов 2 и 4 через контакты двухполюсного коммутатора 5 подаются назкочастотные сигналы с частйтой 5 от коммутационного генератора 6 непосредственно И через низкочастотный квадратурный фазовращатель 7 со сдвигом на 90 . На выходе каждого балансного модулятора в результате перемножения сигнального и модулирую16щего сигналов образуется модулированное напряжение с гармоническими составляющими суммарной (х) -и и pasi ocTнойи)-51 частот входных сигналов. Вследствие сдвига фаз сигнальных и модулирующих сигналов на 90 гармонические сигналы суммарной частоты «3 +Я находятся в фазе, а гармонические составляющие разностной частоты л)-Я в противофазе, .Выходные сигналы балансных модуляторов, суммируясь на входе измерительной ЯЧЕЙКИ 9, образуют одночастотный зондирующий сигнал суммарной ИЛИ разностной cJ-Я частоты в зависимости от направления чередования фаз входных сигналов. Измерительная ячейка 9 выполнена в виде колебательного контура, настроенного в резонанс на частотуоО сигнала генератора 1 при начальном значении емкости или индуктивности датчика 0. Частоту Я модулирующего сигнала выбирают равной половине полосы пропускания колебательного контура с подключенным датчиком, что обеспечивает прохождение зондирующих сигналов как суммарной, так и разностной частот через точки максимальной кривизны резонансной кривой контура. -При изменении резонансной частоты контура вследствие приращения реактивного параметра датчика возникает расстройка контура относительно частоты генератора 1. С помощью двухполюсного коммутатора 5 производят периодические изменения направления чередования фаз модулирующих сигналов, что приводит к изменениям частоты результирующего сигнала на входе колебательного контура на удвоенное значение низкой частоты (2й) без изменения его амплитуды. В.результате на колебательный контур поочередно с частотой ft/2п, задаваемой коэффициентом деления 2п делителя 8 частоты, где п - целое число, поступает зондирующий импульс то суммарной , то разностной oJ-И частоты с одинаковой амплитудой. Если частота высокочастотного сигнала и) совпадает с резонансной частотой -колебательного Контура и)р fu)uJp) , то сигналы суммарной uJ .ft и разностной oJ-S частот ослабляются контуром в одинаковое число раз (в 2 раз при изменении .частоты на половину полосы пропускания контура), При несовпадении высокой частоты с резонансной частотой контура ) за счет приращения peaKifHBHoro параметра датчи ка IО коэффициенты передачи контура на суммарной и разностной частотах становятся разными. В результате эт го амплитуда сигнала суммарнойcJ -я. частоты становится больше или меньш амплитуды сигнала разностной cJ-si час тоты в зависимости от знака приращения реактивного импеданса датчика, При этом разность амплитуд сигналов суммарной и разностной частоты пропорциональна расстройке Ди) колебательного контура (йа)и)-аЗ), которая в свою очередь, определяется приращением емкости или индуктивности дат чика относительно начального значени ( 1 / /Ь€ S где L и С - индуктивность и емкость контура). Каждый из встреч но включенных вентилей 11 и 12 из зондирующих сигналов вьщеляет полуволны колебаний суммарнойоЗ+Я и разностной tJ -И частот одной полярности, например вентиль 11 выделяет только полуволны положительной полярности, а вентиль. 12 - отрицательной. В результате поочередного подключения коммутатором I3 выходов вентилей I1 и 12 к интегратору 14 на входе последнего формируется периодическая последовательность пакетов положительных и отрицательных полуволн колебаний суммарной oJ+Sl и разностной iuJ-Я частот. - Поскольку коммутаторы 5 и 13 пере ключаются синхронно выходным напряже нием делителя 8, то среднее значение пакетов напряжения за полупериод ком мутадии определяется амплитудами сиг налов суммарной и)+Я и разностной ct)-SJ частот. Периодическое изменение знаков пакетов напряжений на входе ин,тегратора приводит к периодическому перезаряду накопительного элемента интегратора. При выборе постоянной интегрированияL многим больше перио да коммутации ( n/Sl) интегратор за несколько.периодов коммутациизарядится до напряжения, пропорциональ ного разности амплитуд пакетов сигна лов суммарной и) + Я и разностной « частот. Поскольку разность амплитуд пропорциональна расстройке колебательного контура относительно частоты кварцевого генератора Г, то выход ное напряжение интегратора будет про порционально приращению емкости или индуктивности датчика. Напряжение с выхода интегратора 14 через усилитель 15 постоянного то ка поступает на выходной индикатор 16, шкала которого градуируется в относительных единицах приращения реактивного параметра датчика или в единицах контролируемой величины, функционально связанной с приращением этого параметра. Таким образом, периодическим изменением частоты зондирующего сигнала симметрично относительно начального значения резонансной частоты колебательного контура, которое соответствует начальному значению реактивного параметра, можно выявить и измерить малые приращения этого парамет- . ра без непосредственной коммутации электрической цепи датчика на высокой частоте. Периодическая коммутация низкочастотных, модулирующих напряжений технически несложна и не вызывает неконтролируемых изменений частоты настройки колебательного контура или параметров датчика, что повышает точность измерения малых приращений емкости или индуктивности датчика. Форм у л а изобретения Резонансный измеритель малых при-; ращений емкости или индуктивности датчиков, содержащий высокочастотный кварцевый генератор, коммутационный генератор, соединенный с низкочастотным квадратурным фазовращателем, делитель частоты, балансный модулятор, сигнальным входом соединенный с выходом высокочастотного кварцевого генератора, а выходом соединенный с измерительной ячейкой, представляющей собой колебательный контур с емкостным или индуктивным датчиком, к выходу которой подключены два встречно включенных вентиля, выходы которых соединены с неподвижными контактами коммутатора, управляющим входом подключенного к выходу делителя ча1стоты, подвижный контакт коммутатора подключен к входу интегратора, соединенного выходом через усилитель постоянного тока с индикатором, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены второй балансный модулятор, высокочастотный квадратурный фазовращатель и.двухполюсный коммутатор, подвижные контакты которого соединены с выходом коммутационного генератора и выходом низкочастотного фазовращателя, неподI - 12624164

вижные контакты - с модулирующимиего выход соединен с входом измеривходами первого и второго балансныхтельной ячейки, вход делителя частомодуляторов, причем сигнальный входты соединен с выходом коммутационносо

второго балансного модулятора соеди-генератора , а к выходу дели нен через высокочастотный квадратур-5 теля частоты подключен управляюный фазовращатель с выходом высоко-щим вход двухполюсного коммута частотного кварцевого генератора, атора.