Частотный тензопреобразователь Советский патент 1987 года по МПК G01D5/12 

генератор 9, частотно-зависимый фазовращатель 10, резонансный усилитель 11, фазовый детектор 12 и блок 13 управления. Однополосные смесители выполнены по фильтровой или фазокомпенсационной схеме. Частотно-зависимый фазовращатель выполнен таким образом, что-создаваемый им фазовый сдвиг прямо пропорционален

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к частот- лык тензопреобразователям, и может быть использовано в измерительных устройствах для измерения силы или давления

Цель изобретения - повышение чув- ствителфности частотного тензопре- образователя путем увеличения крутизны характеристики преобразования.

На чертеже изображена функциональная схема частотного тензопреоб- разователя.

Частотный тензопреобразователь содержит последовательно включенные опорный генератор 1 и тензорезис- .торный мост 2, а также фильтр 3 верхних частот, подключенный входом к входу тензорезисторного моста 2, а выходом - к второму входу сумматора 4, первый вход которого подключен к выходу тензорезисторного моста 2, последовательно включенные четыре однополосных смесителя 5-8, последовательно соединенные перестраиваемый генератор 9 и частАно-зависимый фазовращатель 10, выхо;: , которого подключен к второму входу третьего однополосного смесителя 7, резонансный усилитель 11, выход которого соедине с вторым входом первого однополосного смесителя 5, а вход - с выходом четвертого однополосного смесителя 8, и последовательно включенные фазовый детектор 12 и блок 13 управления частотой перестраиваемого генератора 9, причем выход опорного генератора 1 соединен с первым входом первого однополосного смесителя 5, .выход резонансного усилителя 11 подключен к второму р ходу фазового де330469

частоте входных колебаний. В качестве частотно-зависимого фазовращателя может быть использована линия задержки. Изменение частоты генератора 9 зависит от изменения величины коэффициента передачи тензорного моста, а спедовательно, от измеряемого воздействия, например, силы или давления. 1 ил.

5

0

5

0

5

0

тектора 12, выход сумматора 4 соединен с вторым входом второго однополосного смесителя 6, а выход перестраиваемого генератора 9 подключен к второму входу четвертого однополосного смесителя 8.

Тензорезисторный мост 2 состоит из резисторов, включенных по мостовой схеме (так называемый четырехполюсник с перекрестными связями), причем один или несколько резисторов являются датчикам измеряемой физической величины, например, давления.

Однополосные смесители 5-8 выполнены по фильтровой или по фазокомпенсационной схемамх. В первом случае для выделения колебания либо с суммарной либо с разностной частотой ис- пользован фильтр, установленный на выходе перемножителя (смесителя) сигналов. Во втором случае выделение одной боковой полосы осуществляется благодаря соответствующему включению двух или трех перемножителей и двух или трех фаз.овращателей в однополосном смесителе.Кроме того, частотно-зависимь:й фазовращатель 10 выполнен таким образом что фазовый сдвиг в нем прямо пропорционален частоте входных колебаний. В качестве частото зависимого фазовращателя может быть установлена , например, линия задержки,

Г

Частотный тензопреобразователь работает следующим образом.

С выхода опорного генератора 1 колебание с частотой Q цоступает на вход тензорезисторного моста 2 и одновременно на вход фильтра 3 верхних частот. С выходов тензорезисторного моста 2 и фильтра 3 верхних частот колебания, поступают на входы сумматора 4. Тенэорезисторный мост 2 и филь-тр 3 верхних частот, входы которых соединены, а также сумматор 4, подключенный входами соответственно к выходам тензорезистор- ного моста 2 и фильтра 3 верхних частот, образуют частотозависимый фазовращатель, величина фазового сдвига в котором определяется значением коэффициента передачи тензорезисторно- го моста. В стационарном состоянии при отсутствии измеряемого воздействия тензорезисторный мост 2 сбалансирован и его коэффициент передачи равен нулю. Фазовый сдвиг колебания на выходе сумматора 4 по отношению к колебанию на выходе опорного генератора 1 равен СР arctg-;;:г, где с Т СО L

постоянная времени фильтра 3 верхних частот (при условии, что использован фильтр верхних частот первого порядка) . С выхода опорного генератора 1 колебание поступает также на первый вход первого однополосного смесителя 5, выход которого соединен с входом второго однополосного смесителя 6, на второй вход которого поступает колебание с выхода сумматора 4. С выхода второго однополосного смесителя 6 колебание поступает на вход третьего однополосного смесителя 7, выход которого соединен с входом четвертого однополосного смесителя 8, на второй вход которого поступает колеба ние с выхода перестраиваемого генератора 9. Одновременно колебание с выхода перестраиваемого генератора 9 через частотно-зависимый фазовращатель 10 поступает на второй вход третьего однополосного смесителя . С выхода четвертого однополосного смесителя 8 колебание поступает на вход резонансного усилителя 11, выхрд

которого соединен со вторым входом первого однополосного смесителя 5. Включенные в кольцевое соединение однополосные смесители 5-8 и резонансный усилитель 11 образует авто- , колебательную систему, в которой в стационарном состоянии при вьшолнении условий баланса фаз и амплитуд су- . ществуют устойчивые колебания с частотой, равной частоте со,, опорного генератора. На входы фазового детекто

ра 12 поступают колебания одинаковой частоты, позтому управляющее напряжение на его выходе равно нулю, и блок 13 управления удерживает значение частоты перестраиваемого генератора 9 равным номинальному В последовательно соединенных однополосных смесителях 5 и 6 происходит

возвратное гетеродинирование колебаний, при этом на выходе смесителя 5 . выделяется колебание с частотой 2u, равной сумме частот колебаний, поступающих на.его входы. На выходе смесителя 6 вьщеляется колебание с частотой Qg, равной разности частот колебаний, поступающих на его входы, В результате возвратного гетеродини- рования на выходе однополосного смесителя 6 выделяется колебание,сдвинутое по фазе относительно колебания на выходе резонансного усилителя 11 на величину -tp, гдес - фазовый сдвиг колебания в цепях фильтрацни смесителя 6. В последовательно соединенных смесителя 7 и 8 .также происходит возвратное гетеродинирование колебаний, причем на выходе смесителя 7 выделяется колебание с

частотой, равной сумме со « сЗпго разности (сЭд-о„г о) частот колебаний, поступающих на его входы. На выходе смесителя 8 выделяется колебание с частотой м , равной разности .(или

сумме) частот колебаний, поступающих на его входы. В результате возвратного гетеродинирования на выходе однополосного смесителя 8 выделяется колебание, сдвинутое по фазе относительно колебания на первом входе однополосного смесителя 7 на величину йС Ч емв + «го (ИЛ« 64 к Ч смв -QorgCj), где о - групповое время

запаздывания сигнала в частотно-за- висимом фазовращателе 10,cpj,g - фазовый сдвиг колебания в цепях фильт- ации смесителей 8 и 7. Учитывая ше представленные фазовые соотношения, условие баланса фаз для авто- колебательной системы, образованной вкл.юченными в кольцевое соединение смесителями 5-8 и резонансным усиителем 11, можно представить в виде

fcM.f-«ctgj 4-4 c«e+COn,.Tj+Cfp,,.Kfr

или

Ч смв- ,,,-CO,Cj

(1)

где К О, 1, 2, ... ,

Cfpy- фазовый набег колебания в резонансном усилителе.

В стационарном режиме на выходе

перестраиваемого генератора 9 су- ществует колебание с номинальной частотой СОрго t соответствующей нулевому коэффициенту передачи тензорез торного моста 2 в отсутствие измеря вому коэффициенту передачи тензоре- зисторно го моста 2 в отсутствие измеряемого воздействия,

В динамическом режиме при наличи измеряемого воздействия тензорезис- торный мост 2 разбалансирован и его коэффициент передачи, отличен от нул при этом на первый вход сумматора 4 подается колебание UJ, прошедшее с выхода опорного генератора 1 через тензорезисторный мост 2,

Колебание U, на втором входе суматора 4 формируется также, как и при сбалансированном тензорезистор- ном мосте, В сумматоре 4 эти два колебания суммируются, при этом колебание на выходе сумматора 4 приобретает фазовый сдвиг по отношению к колебанию на выходе опорного генератора 15 равный

arctg

sin arctg

1

«„Т

L

К„

+COS arctg

N

К„ где К; - коэффициент передачи тензо- резисторного моста 2; модуль .коэффициента передачи фильтра 3 верхних частот. Изменение измеряемой физической величины приводит к изменению величины коэффициента передачи тензорезис- торного моста 2, что вызывает изменение фазового сдвига „ колебания на

Из этого выражения следует, что изменение частоты перестраиваемого генератора зависит от изменения величины коэффиц1 1ента К передачи тен- зорезисторного моста, а следователь- 35 но, от измеряемого воздействия, например, силы или давления.

Формула изобретения

40 .Частотный тензопреобразователь, содержащий последовательно включенные тензорезистивный мост и сумматор, а также фильтр верхних частот, подключенный входом к входу тензорезисвыходе сумматора 4. Частота.автоколе- 45 торного моста, а выходом - к второму баний в автоколебательной системе, образованной включенными в кольцевое соединение блоками 5-8 и 11,, отклон я- ется относительно номинального значения, так как условие баланса фаз выполняется на другой частоте. На выходе фазового детектора 12 цри этом появляется управляющий сигнал который поступает на блок 13 управления Блок 13 управления перестраивает генератор 55 смесителя, а также последовательно 9 на величину лсЬг,р так что условие включенные опорный генератор, фазо- баланса фаз в автоколебательной сие- вый детектор, блок управления частовходу сумматора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения чувствительности путем увеличения крутизны характеристики преобразова- 50 ния, в него дополнительно введены последовательно включенные четыре однополосных смесителя и резонансный усилитель , выход которсТо соединен с вторым входом первого однополосного

теме, образованной блоками 5-8 и 11

выполняется снова на частоте а.

Ус1.330469.

ловие баланса фаз в этом случае принимает вид

sin arctg

L u.).

-1

at J

I arctg - i

Г coslarctg Л

н-йса.

к тг

Cf,,,-arctg г

Lp, rarctg или

+ arct

sin arctg

Ooi:

farctg -J,,

+ cos arctg

) tv+q p

«0

K ir.

(2)

сл1Б 9 Ч ру Ч смв остается практическ еизменной. Из выражений (1) и (2)

-Ч см8- пго +йи„,;..При этом величина фазовых сдвигов

Рс неизменной.

следует, что прира111;ение частоты перестраиваемого генератора 9, вызванное измеряемым воздействием, равно

+ arct

25 Ui3 - arctg

1

„ С

+ arct

Из этого выражения следует, что изменение частоты перестраиваемого генератора зависит от изменения величины коэффиц1 1ента К передачи тен- зорезисторного моста, а следователь- но, от измеряемого воздействия, например, силы или давления.

Формула изобретения

.Частотный тензопреобразователь, содержащий последовательно включенные тензорезистивный мост и сумматор, а также фильтр верхних частот, подключенный входом к входу тензорезисторного моста, а выходом - к второму смесителя, а также последовательно включенные опорный генератор, фазо- вый детектор, блок управления частовходу сумматора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения чувствительности путем увеличения крутизны характеристики преобразова- ния, в него дополнительно введены последовательно включенные четыре однополосных смесителя и резонансный усилитель , выход которсТо соединен с вторым входом первого однополосного

тои перестраиваемого генератора, пере страиваег ый генератор и частотно 1330.469 . ®

зависимый фазовращатель, вькод кото-чен к второму входу второго однопорого соединен с вторым входом треть-лосного смесителя, кроме того, выход

его однополосного смесителя, причемрезонансного усилителя соединен с

выход опорного генератора соединенвторым входом фазового детектора, а

с входом тензорезисторного моста и свыход перестраиваемого генератора

первым входом первого однополосногосоединен с вторым входом четвертого

смесителя, а выход сумматора подклю-однополосного смесителя.

Изобретение относится к измерительной технике ,и может быть использовано в устройствах для измерения механического усилия или давления. Изобретение обеспечивает по- вьшение чувствительности устройства путем увеличения крутизны характеристики преобразования. Устройство содержит опорный генератор 1, тензо- резистивный мост 2, фильтр 3 верхних частот, сумматор 4, однополое- ные смесители 5-8, перестраиваемый (Л с