Фазогенераторное измерительное устройство Советский патент 1987 года по МПК G01B7/02 G01R17/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности к преобразованию электрических и не лектричес- ких величин, и может быть использовано при построении измерительных приборов для измерения емкости, индуктивности, перемещения, силы, и других неэлектрических величин, которые можно преобразовать при помощи индуктивных или емкостных ;и1тчиков.

Целью изобретения является повышение чувствительности и быстродействия устройства.

На фиг. 1 представлена структурнная схема устройства; на фиг. 2временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 -- пример реализации блока синхронизации и управления; на фиг. 4 - пример реализации блока связи.

Устройство (фиг. 1) состоит из датчика 1, первого генератора 2, блока 3 связи, второго генератора 4, блока 5 компенсации, фазового нуль-органа 6, блока 7 синхронизации и управления и блока 8 управления компенсацией.

Датчик 1 связан с первым генератором

Выход блока 5 компенсации подключен ко второму генератору 4. Выходы обоих генераторов подключены к фазовому нуль-органу 6, выход которого соединен со входом блока 8 управления компенсацией. Выходы блока 7 синхронизации и управления соединены с фазовым нуль-органом б, блоком 3 связи и блоком 8 управления компенсацией, вход блока 7 синхронизации и управления соединен с выходом второго генератора 4.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый параметр посредством датчика 1 воздействует на первый генератор 2, т. е. изменяет его собственную частоту. В момент времени ti (фиг, 2) под воздействием управляющего сигнала Uynp, который поступает с блока 7 синхронизации и управления на блок 3 связи, сопротивление связи между генераторами становится максимально большим. При этом срывается взаимная синхронизация генераторов и они начинают работать на собственных частотах ш: и Ш . С этого момента взаимный фазовый сдвиг между сиг- на.:1ами генераторов начинает уве;1ичиваться пропорционально времени. В конце интервала Т, когда фазовый сдвиг между сигналами генераторов стал больше зоны нечувствительности фазового нуль-органа 6, блок 7 управления и синхронизации вырабатывает сигнал , который поступает на фазовый нуль-орган 6 и инициирует измерение фазового сдвига. В момент времени { под воздействием управляющего сигнала LNnp сопротивление связи между генераторами становится минимально возможным. Одновременно блок 7 синхрониза

5

ции и управления формирует импульс UKOMII, который, поступая в блок 8 управления компенсацией, инициирует компенсацию (например, изменяет емкость блока

компенсации 5). т. е. изменяет собственную частоту второго генератора 4 таким образом, чтобы разность собственных частот генераторов стала меньше.

Следует отметить, что, так как время переходного пр зцесса прямо пропорционально сопротивлению связи, которое в интервале времени т имеет минима.чьное значение, то время восстановления исходного состояния схемы будет минимальным.

Процессы, происходящие в преобразователе в течение интервалов времени TI и т.), будут повторяться циклически, согласно алгоритму преобразования (поразрядного уравновешивания, либо последовательного счета), который определяется блоком 8 управления комиенсацией, до полной компен0 сации. По ве.чичине комг епси)ующего воздействия в момент окончания процесса компенсации судят о значении измеряемого параметра.

Блок 7 синхронизации и управления (фиг. 3) состоит из двоичного счетчика 9, дешифратора 10 и триггера II. Блок синхронизации и управления формирует сигнал L ynfi, поступающий в блок , связи, управляющий сопротивлением связи между генераторами; сигнал UB,, поступающий в фаQ зовый нуль-орган 6 и инициируюнгий измерение фазового сдвига между сигналами генерат(.)ров; сигнал UK,.УН, поступающий в блок 8 управления компенсацией и синхронизирующий его работу, т. е. определяющий момент введения компенсации.

5 Импульсы от генератора 4 поступают на счетный вход счетчика 9, выходы которого подключены к входам дешифратора 10. По мере заполнения счетчика на выходах дешифратора поочередно появ.пяются импульсы, при ПОМО1ЦИ которых формируют0 ся все выходные сигна,1ы блока 7.

В момент времени ti (фиг. 2) имиульс с первого выхода дешифратора 10 поступает на вход три1тера 11, устанавливает его в единицу, при этом сопротивлешн связи между генераторами принимает значение Ri42Kc. В этот же момент премени нроис- ходит срыв взаимной синхронизации генераторов 2 и 4 и фазовый сдвиг начинает увеличиваться. Через интервал времени, Q равный т., , на п-ном выходе дещифрато ра появится импульс который, поступая в фазовый нуль-орган, инициирует измерение фазового сдвига между сигналами генераторов. Длительность интервала

Т| пТ,

5 где Т - период колебаний сигналов генераторов (определяется требуемой раз- решаюн1ей способностью (чувствительностью) фазогенераторного пре5

oi)(), i iOBariMH и .liiiofi нсчу1К тв1 Т(,ль- ноети ф;.,и)Н()Го нуль-органа).

После и:(мерен11я фа:к)н()го сднш а нсоп- ходнми (И 1 геиератсф 4 компенсирующее чтит c.uini во.ьчейстиие. то производится :i()MoiiiH блоков 5 и (например, Bf мрч нигм или уменыпением емкости KO i;:i H .;a : i(),;i, включенно1 о в контур гене)аг(1(1а П.

В момент времени t-.; на п-1 выходе де1ниф)атора 10 появляется нмпульс , который ностунает в блок 8 управления ком- iieHcaiuieii, на К-н(Д грнггера 11, сбрасы- eaei ег о и н().ь, что прижлтиг к умень- нк мик) сон1), 1ения связи в блоке 3 свя- эи до величины R.,., С этогг) момента начинается iie)exfLiHoi процесс, лак; .нчиваю- ии1Йся Docciановленнем синхронизации и ус- тановлени- м HOBOIO значения частотм ен -paropuii. В пер лен НС свя ;н м м R мин), и liepi- Xii мальнук) д.игге/ быстродействие

).i, nj CMl hH Tl; Cliii ;Ч) ГИИ. П1н:1:- ,-. 1ьнос :ii:a4i иле

iihiii .. л сс имеет м ини.Mociii, 4T(J обеспечивает

ео6|)азовате, 1Я ii)H высокп.теоачнп ioMciдеппкЬра (-;.

рый HOCTViia

кой чувстви гелыюстн. Зксмернмента,тьно ус- тановлен(л ч/ о ij )авниетс: 2 3 н( -р||| там

, ;Ч),-ГГ 1П;; 1.

ii Tvi: liii ; ,, и;) П1- iiOM ie li niii. i 1(м ся и.мнульс., ко о- м на сч(тчика 9, уста- навливае его в ноль, и онисаниые н|)о- цессы повторяются периодически до ио.чной комненсации измеряемого на|)аме1 ра.

Г) ток 3 связи (( ЧГ- 4) образован

lH). ieBI)IM)i р1:НЗИСТОра 1И 12 и 13 и

суммирующим ош раниоииым усилите, 1ем 14. Блок ,3 () следующим образом. (л1нусоида.1ьныс . 1ы генераторов ностунак)- ;к стоки транзисторов 12 и i5. HciOKH и ;a TKi:T i); .транзисторно.- сос- динс-ны h г,фф1|ц,|гнт ; е|тмачи огк рицнон- HOi o уси/п i .. iii ; НС. неинвертир;. т входу равсИ 1 (.,чедона Т .. IMIO, Hcui. затворов транзисторов

К| ( N

kjll.M,

транчи гт ;- с i OKOR тпанз1 ст()ро ;

a. i -.aTiiopijii , 1:

1

)в,1яюн1ее напряжение, иос- TvriaKMi C( с б, |(ж;| синхронизации i у|1 -|;И ;. 1ения:

I ностоянное напряжение смещения, (. ннмас х ос с че.чителя нряжения;

К|,к ко :1(}){|п111нг НTi.i. О11|кме,1яемые от- HoHieiuieM соответствующих ре- : исторов

Подбором ив,1ения резисто|и1 15 и изменением I . ciinvaeMoi O с движка ре- зист лра U , ;;i 1бн ,. чтобы в.течен; с и|1Т , рва. 1а BfiCMOiii TI (фиг. 2i TpaH3iiL 13 П1,|.:1и .;акрытъ1, а в течемне инт1 рва,1,-1 врсмг-пи i

откр1 1Т1 1

В качестве фазово1Ч) нуль-oprai применять, например, триггер с

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

а можно динамическим (по фрпнту) управ,теиием. Причем примоуго,1ьные сигна,1Ы 1 енерато)ов до,)-;- ны нодава1ося на D-и триггеров, а В1)1ход триггера булет ощкмелять знак фагового сдвига между ;lIнa, Iaмн г енера- торов.

Формула 1:1опретсни.ч

1. Фазогенераторное измерите.тьное уст- ройств(5, содержаLJU e Т1ервый и второй генераторы, выходы которых соединен1 1 соответственно с нервым и вторым вхо.тамн б,чо- ка связи, датчик. вк,1ючеиный в контур первого генератора, б,1ок комиенсании, включенный в контур второю генерато К, фазовый

Н V. 1Ь-(рГаН, Iii |iBb)i и .торой входы )ОГО

соединены с В1)1хода.1и первого и второго |з г1ср, COOTRCTC; 1 ен|Н1, и б, 1ок унрав- лсм ин К(гмпе)и .., нервьн вход которого соединен с (|)a3(jHoi () нуль-о 1гана, а вьгходI б. ижил компенсации, отличанпцепч тем, ч и i- це, ;ыо нототения чувствитс,11 ностн и быстродействия, в него ввеч н б. (к cH. Xpoi H3;iUHH и унрав,иения, вхол кок.р Чо ciR iM.-4 Н с и 1ходом второго ген(ратС |1:1. : .;,, II-HMIU I и Tpeniii iibixou.i |ie t.;:,: txoi.r-i ф,ч итого ну,1Ь- о тана, с третьим входов б,1ока и с вто|)ым (ХОДОМ б,ока унрав,тення компеи- сацией соогветс 1 веньо, а блок связи вьикхп- нен в виде управляемого резистора.

2. cт 10l:cгвo п. , отли-тнпцесс.ч тем, что б,ток I )оннзаиин и управ,к ння о- держит двпичii.Mi i счетчик, де ннфратор и триггер, HI1;: ICM вход двоичного соединен с входом блока, В1.ход двоичного счетчика соединен с входами де- ()ратора, Bt,xo, .1,)атора соединены с 1хода 1и устан( н сГ)роса т)нггера, с iiepBi)iM и ВТПГ1ЫМ вь1ходамн б.юка и с , обнулення двоичного счетчика, выход трИ1 гера соедннен с третьим в1)1Х()дом б,тока.

3.Устройство fb ) нп. 1 и 2, oT.ut- ча1О1-цеес.ч нем. б,ок CMUI.UI содержит два 11олев1 :х тран.зис юр а и о ерационн 1Й хсили- те,Ь, нриче. 11ол(. ;|.1е . р.- 1 .- 1К тг ры соеди- нен1Л i. iu jriij :;;|о;% .:н и /;;)твора 1, CTOKi; 110,. 1х т|1ач ч; -..-р: ч дигс;;) i вым и вторым входа - и б.юка, нсгокн через первый резистор соединены с пенн- вepтиpyюи и вхг)дом операционного усили- те,1я, инвертн)ую|цнй вхот операционного уси,1ите,-1Я через вто|1ой ре.зисгор соедннен с третьим вхсдом б.-ижа, а операционного ycn. ii ге.чя соединен с затворами полевых Т)ап нсгорои, 11еинвертнр Ю 1.ий вход оне(1аиион11О -о силнтеля epei t :eTi;;i резистор соед1 1 с-11 с o6Hieii ПШ ШЙ, а сн вертирующий вхот через четвергьп резистор с выходом iMirpaiiHOHHoro , 1ИТ(чя, через пятый ре )с:-;рс унрав, 1ЯК)1Ц(м вхо.чом ничлого рс.1исто|1а, Н()вый и второй выводы которого соединены е к,1еммами д.чя цодк,|К) источника напряжения.

I f,

Изобретение относится к преобразованию электрических и неэлектрических величин и может быть использовано при построении измерительных приборов. Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия устройства. Измерительное устройство содержит датчик 1, генераторы 2 и 4, блок 3 связи, блок 5 компенсации, фазовый нуль-орган 6 и блок 8 управления компенсацией. Для достижения поставленной цели в устройство введен блок 7 управления и синхронизации и образованы новые функциональные связи. В описании изобретения дан вариант блока 7 управления и приведен пример реализации блока 3 связи, 2 з. п. ф-лы, 4 ил. со со со со со Фиг.1