Фазогенераторный измерительный преобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01D5/243 

00 О) 00

Од со

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для преобразования измеряемого физического параметра в электрический сигнал.

Целью изобретения является повышение точности преобразования и расширение динамического диапазона преобразуемой величины за счет взаимной синхронизации управляемого и синхронизируемого генераторов на комбинационных частотах.

На фиг.1.изображена структурная схема фазогенераторного измеритель- ного преобразователя; на фиг.2 - фа- зочастотные характеристики генераторов преобразователя при двух значениях параметра датчика; на фиг.З - фазочастотные характеристики генера- торов преобразователя при двух значениях температуры окружающей среды.

Преобразователь содержит датчик 1, управляемьш генератор 2, блок 3.измерения фазы, опорный генератор 4, ре- ги-стратор 5, первый смеситель 6,синхронизируемый генератор 7, второй смеситель 8 и блок 9 выделения сигнала разностной частоты, причем выход датчика 1 -соединен с управляющим входом управляемого генератора 2, синхронизирующий вход которого соединен с выходом второго смесителя В, а выход - с первым входом первого смесителя 6, выход которого соединен с входом синхронизируемого генератора 7, выход которого соедин ен с первыми входами второго смесителя 8 и блока 9 вьщеления сигнала разностной частоты второй вход которого соединен с выхо дом управляемого генератора 2, а выход - с первым входом блока 3 измерения фазы, выход которого соединен с входом регистратора 5, выход опорного генератора 4 соединен с вторыми входами первого 6 и второго 8 смесителей и блока 3 измерения фазы.

На фиг;2 показаны: зависимость CfjCto) фазового сдвига между выходным сигналом синхронизируемого генерато- ра 7 и -синхронизирующим сигналом от частоты синхронизирующего сигнала - кривая 10, зависимость Cf, (со) фазового сдвига между выходным сигналом управляемого генератора 2 и синхронизи- рующим сигналом от частоты синхронизирующего сигнала - кривая 11, зависимость Cf , fo) фазового сдвига между .выходным сигналом управляемого генератора 2 и синхронизирующим сигналом от частоты синхронизирующего сигнала при измененном значении параметра датчика 1 - кривая 12.

На фиг.З показаны зависимости ср(со) иср(со) - (кривые 13 и 14),снятые при двух значениях температуры окружающей среды, и зависимости Cf, (Q и Cf (uD ) (кривые 15 и 16), снятые при двух аналогичных значениях температуры окружающей среды.

Фазогенераторный измерительный преобразователь работает следующим образом.

Изменение измеряемой физической величины вызывает изменение значения выходного параметра датчика 1, кото- рьш, в свою очередь, изменяет парциальную частоту 03,0 управляемого генератора 2, Управляемый генератор 2 синхронизируется сигналом, которьй получается в результате смешения в смесителе 8 сигнала опорного генератора 4 с частотой СД и выходного сигнала синхронизируемого генератора 7 с частотой tOj. Частота синхронизирующего сигнала равна сумме сэ Синхронизируемый генератор 7 синхронизируется сигналом, которьй получается в результате смещения в смесителе 6 сигнала опорного генератора 4 с частотой о, и выходного сигнала управляемого генератора 2 с частотой СО,. Частота данного синхронизирующего сигнала равна разности Q, -со,. Фазовые сдвиги, которые приобретают сигналы с частотами со, и со, по сравнению с соответствующими синхронизирующими сигналами с теми же частотами, определяются фазочастотными характеристиками Cf, (со) управляемого генератора 2 и ср2 () синхронизируемого генератора 7, которые приведены на фиг.2 (кривые 11 и 10 соответственно) Установившийся режим автоколебательной системы, состоящей из опорного генератора 4, смесителей 6 и 8, управляемого генератора 2 и синхронизируемого генератора 7, определяется следующей системой уравнений:

СОз q),(CO,) -Cf,(co).

(1)

Для парциальных частот генераторов 2 и 7 первое равенство может быть приближенным:

U,C5,o-COjp.

(2)

Например, для парциальных частот CO,Q и CX)j(, при частоте сигнала опорного генератора сэ и фазочастотных характеристиках Cf, (со) и Cf (со) , которые приведены на фиг.2, установившийся режим определяется частотами СО, и COj и фазовым сдвигом 0. Изменение парциальной частоты о до величины из-за изменения выходного параметра датчика 1 вызывает соответствующее смещение фазочастотной характеристики с, (со) до Ср , (со) (кривая 12) При этом установившийся режим будет определяться частотами U) и со и фазовым сдвигом Ср .

Выходные сигналы генераторов 2 и 7 поступают на входы блока 9 выделения сигнала разностной частоты, выходной сигнал которого имеет частоту

QP СО,. -Ог COj ,

а фаза его равна сумме С, + tf (РЗ - начальная фаза сигнала опорного генератора 4, а ср - величина, фазового сдвига в генераторах 2 и 7, В блоке 3 измерения фазы происходит сравнение двух сигналов с одинаковыми частотами и разными начальными фазами, причем их начальные фазы отличаются на величину ср.

Таким образом, в предлагаемом фа- зогенераториом измерительном преобразователе происходит преобразование измеряемого параметра в величину фазового сдвига j , соответствующего установившемуся режиму автоколебательной системы преобразователя .

При воздействии на преобразова- . тель дестабилизирующего фактора, например температуры, фазочастотные характеристики генераторов 2 и 7 ср, (и) и Cf2 (со) (фиг.З, кривые 15 и 13) смещаются в одну сторону и занимают новое положение ср (со) и ср (а) (фиг.З, кривые 16 и 14). При этом в соответствии с (1) частоты СО, и со сигналов на выходах генераторов 2 и 7 изменятся до значений СО и со , а .

значение измеряемого фазового сдвига Cf останется неизменным.

Таким образом происходит стабили- с зация характеристики фазогенераторно- го измерительного преобразователя и, соответственно, увеличение точности преобразования измеряемого физического параметра в электрический сигнал.

0 Предлагаемый преобразователь по сравнению с известным дает повышение точности более чем на порядок при низкодобротных контурах генераторов, что позволяет также расширить диапа5 зон изменения измеряемых величин.

Фор. мула изобретения

Фазогенераторный измерительный

0 преобразователь, содержащий управляемый и опорный генераторы и блок измерения фазы, причем вход устройства для подключения датчика соединен с управляющим входом управляемого гене5 ратора, а выход опорного генератора соединен с первым входом блока измерения фазы, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности и расширения диапазона изменения из0 меряемой величины, в него введены два смесителя, синхронизируемый генератор, блок вьщеления сигнала разностной частоты и регистратор, причем выход опорного генератора соеди нен с первыми входами первого и второго смесителей, выход второго смесителя соединен с синхро} изирую1цим входом управляемого генератора, выход которого соединен с вторым входом

0 первого смесителя, выход которого соединен с входом синхронизирующего генератора, выход которого соединен с вторым входом второго смесителя и первым входом блока выделения сигнала

5 разностной частоты, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора, а выход - с вторым входом блока измерения фазы, выход которого соединен с входом регистратора.

(uV Щ

/// /л

/

.У/

л;

Изобретение может быть использовано для преобразования измеряемого физического параметра в электрический сигнал. Цель изобретения - повышение точности преобразования и расширение динамического диапазона преобразуемых величин. Преобразователь содержит датчик 1, управляемый генератор 2, блок 3 измерения фазы и опорный генератор 4. Введение смесителей 6 и 8, синхронизируемого генератора 7, регистратора 5 и блока 9 выделения сигнала разностной частоты обеспечивает взаимную синхронизацию управляемого и синхронизируемого генераторов 2 и 7 на комбинационных частотах. 3 ил. е сл

. 2

/j

/

16 15

л;

9и,5