Электрометрический преобразователь заряда Советский патент 1988 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электро™ измерительной технике и может быть Использовано для преобразования выходных сигналов с пьезоэлектрических датчиков ускорений, вибраций и давлений, а также для контроля параметров высокоомных цепей.

Цель изобретения - повышение точности хранения преобразованного сиг- нал а,

: На фиг,1 приведена функциональная схема устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит усилитель за- .ряда 1, включающий в себя электрометрический усилитель 2 с интегрирую щим конденсатором 3 в цепи обратной ;связи, подключенный между входом и выходом устройства, а также усилитель постоянного тока 4,, блок 5 слежения-хранения, первый резистор 6, : таймер 7, первый и второй диоды 8 и 9, первую и вторую оптоэлектронные пары 10 и 11, второй резистор 12 и аналоговый ключ 13, выполненньй,например, на полевом транзисторе или Оптроне. Оптоэлектронная пара 10 включает в себя излучающий элемент

14,например светодиод, и фотодиод

15,в качестве которого использован эмиттерный переход транзистора в фо- тогальваническом режиме. Оптоэлект- ронна я пара 11 включает в себя излучающий элемент 16 и фотодиод 17 и вьиолнена аналогично первой.. К входу усилителя заряда 1 подключены

анод фотодиода 15 и катод фотодиода 17, а к выходу - вход усилителя 4. Выход усилителя 4 через последовательно соединенные блок 5 слежения- хранения и резистор 6 соединен с анодом диода 8 и катодом диода 9, Вход управления ключа 13 и вход за- пуска таймера 7 присоединен к шине Сброс. К выходу таймера 7 подключены шина Готовность и вход управления блока 5 слежения-хранения,котрый может быть выполнен в виде посл довательно соединенных аналог.о-циф- рового и цифроаналогового преобразователей. Катод первого и анод второго фотодиодов 15 и 17, первый вывод резистора 12 присоединен к первому выводу ключа 13,, Вторые выводы резистора 12 и ключа 13 присоединены соответственно к общей шине и к выходу усилителя 4. Анод элемента 14

подключен к катоду диода 8, а катод к общей шине. Катод элемента 16 подключен к аноду диода 9, а анод - к общей шине.

Устройство работает следую01;им образом.

До начала измерений (после подачи питания на схему) ключ 13 разомкнут. Выходное напрйжение усилителя 1 и (фиг.2 а) имеет отличное от нулевого, значение и определяется величиной приведенного напряжения смещения нуля электрометрического усилителя 2. Выходной сигнал усилителя заряда 1 усиливается усилителем постоянного тока 4 в К раз, причем , и поступает на вход блока 5 слежения-хранения. Блок 5 находится в состоянии хранения аналогового сигнала, его начальное выходное напряжение после лодачи напряжения питания и отсутствии управляющего сигнала близко нулю. В цепи резистора б ток практически отсутствует. После подачи команды управления на вход Сброс (фиг.2 б), запускается таймер 7, выходной сигнал Ил, (фиг.2в) которого переводит блок .5 в режим слежения. Начинает протекать ток в. цепи резистора 6. В зависимости от полярности выходного тока блока 5 он протекает либо через излучающий элемент 14 либо через излучающий элемент 16, В течение длительности импульса сброса ключ 13 замкнут,при этом в течение интервала времени t-i-tii усилитель заряда 1 охватывается нелинейной отрицательной обратной связью, элементами которой являются фотодиоды 15 и 17, конденсатор 3 быстро разряжается вследствие небольшого дифференциального сопротив- ле1тая прямосмещенного сопротивления фотодиода до уровня напряжения, при котором запираются р-п-переходы фотодиодов 15 и 17 оптопар 10 и П. Начиная с момент и. времени t , фотодиод - приемник излучения, например фотодиод 17, .генерирует компенсационный ток- с полярностью, обратной полярности тока, интегрирование которого вызвало появление текущего выходного напряжения усилителя заряда 1. Начиная с момента времени t, выходное напряжение U усилителя заряда 1 уменьшается за счет интегрирования компенсационного тока и к моменту времени, т.е. к концу интерпала времени t,-t,,, формируемого таймером 7 выходное напряжение U усилителя заряда 1 .определяется ошибкой статизма контура компенсации тока смещения и составляет доли милливольта. После окончания интервала времени, формируемого таймером 7, блок 5 переходит в режим хранения, при этом на его выходе присутствует напряжение, ко- торое преобразуется резистором 6 в ток, протекающий через-один из излучающих элементов 14 или 16, при этом соответствующий фотодиод 15 или 17 генерирует компенсационный ток, по- лярность которого противоположна полярности тока смещения усилителя заряда, во время преобразования входных сигналов, т.е. в течение рабочей стадии функционирования устройства. В момент времени t/( на вход электрометрического преобразователя заряда поступает входной сигнал 1 (фиг.2г) который интегрируется конденсатором 3, Выходное напряжение Uj усилителя заряда 1 имеет знак, противополож- ньм знаку входного сигнала TX.

.При хранении преобразованного сигнала Сэтот режим характерен для ква- зистатической градуировки пьезоквар- цевого датчика давления) разряд конденсатора 3 происходит за счет сопротивления утечки входной цепи преобразователя .из-за конечного коэффициента усиления Ко с разомкнутой пет- лей обратной связи электрометрического усилителя 2, а также из-за конечного сопротивления изоляции интегрирующего конденсатора 3, но не зависит от сопротивления утечки аналогового ключа 13, что повышает точность хранения преобразованного

сигнала.

Формула изобретени

Электрометрический преобразователь заряда, содержащий усилитель заряда, на электрометрическом усили - теле с интегрирующим конденсатором в цепи обратной связи, вход и выход которого подключены соответственно к входу и выходу устройства, выход устройства через последовательно включенные усилитель, постоянного тока, блок слежения-хранения и первый резистор соединен с анодом первого и катодоь{ второго диода, таймер, вход управления которого соединен с входом управления аналогового ключа и щиной Сброс, а выход - с входом управления блока слежения- хранения, анод излучающего элемента первой оптоэлектронной пары соединен с катодом первого диода, а катод подключен к общей щине, катод излучающего элемента второй опто- электронйой пары соединен с анодом второго диода, а анод подключен к общей шине, анод фотодиода первой оп тоэлектронной пары и катод фотодиода второй оптоэлектронной пары подключены к входу усилителя заряда., катод фотодиода первой оптоэлектройной пары соединен с анодом фотодиода второй оптоэлектронной пары отличающийся тем,. что,: целью повышения точности хранений преобра- зованаого сигнала в него введен второй резистор, причем.катод фотодиода первой оптоэлектронной пары подклю- чен к выходу усилителя -постоянного тока через аналоговый ключ, а к общей шине - через второй резистор.

I//

Фие.2