Сенсорное устройство Советский патент 1992 года по МПК H03K17/945 

Фиг.1

00

со ч

00

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах контроля качества материалов и ввода вывода информации.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства за счет введения в ,него последовательно соединенных разделительного блока и компаратора, а также выполнения блока выработки сигнала в виде несимметричного мультивибратора.

На фиг. 1 приведена структурная схема сенсорного устройства; на фиг. 2 - сигналы в различных точках устройства; на фиг, 3 - блок-схема блока выработки сигнала; на фиг. 4 - сигналы в различных точках устройства при использовании в нем блока выработки сигнала по п. 2 формулы изобретения.

Сенсорное устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные блок 1 выработки сигнала, преобразовательный блок 2, разделительный блок 3, компаратор 4 и измерительный блок 5, состоящий из последовательно соединенных фильтра 6 низких частот и индикатора 7. Блок 1 выработки сигнала содержит генератор 8 высокочастотных колебаний, подключенный через выпрямитель 9 с закрытым входом и первому входу ключа 10, второй вход которого подключен к выходу генератора 11 низкочастотных колебаний, а выход ключа 10 - к фильтру 12 высокой частоты.

Блок 1 выработки сигнала вырабатывает несимметричный периодический сигнал (фиг. 2), содержащий неодинаковые разно- полярные относительно среднего за период значения напряжения импульсы. Преобразовательный блок 2 в зависимости от изменения свойств контролируемой среды изменяет свою передаточную функцию, т.е. амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики.

Разделительный блок 3 не пропускает постоянную составляющую сигнала от преобразовательного блока 2 и формирует сигнал Уф (фиг. 2).

Компаратор 4 формирует из произвольных по форме импульсов выбранной полярности строго прямоугольные импульсы с постоянной амплитудой. Например, сигнал с компаратора 4 UK Uo, где U0 - некоторое постоянное значение, при Уф 0, и UK О при Уф :Ј 0.

Измерительный блок 5 служит для определения длительности импульса г выбранной полярности и в простейшем случае содержит низкочастотный фильтр и стрелочный индикатор. Низкочастотный фильтр формирует среднее значение импульсного

.т ..

сигнала от компаратора 4, равное у U0, где

заполнения -

Т - период сигнала, и пропорциональное длительности г.

Сенсорное устройство работает следующим образом.

Допустим, что несимметричный сигнал

Ur с блока 1 имеет вид, представленный на фиг. 2. Этот сигнал имеет длительность положительного импульса т и коэффициент

Ј1 1 3

Если преобразовательный блок 2 имеет динамические свойства инерционного звена, то он будет сглаживать сигнал от блока 1. В результате на выходе разделительного

блока 3 появится знакопеременный сигнал 1)ф (фиг. 2), у которого длительность положительного полупериода увеличится в станет равной Т2 . Чем больше будет постоянная времени у передаточной функции преобразевательного блока 2, тем больше будет интервал времени TI . В данном случае при изменении сглаживающих свойств преобразовательного блока 2 интервал времени

Г2 может изменяться от - Т до - Т. В общем

О случае, например, если преобразовательный блок 2 имеет дифференцирующие свойства, то время TI может стать больше - Т.

Компаратор 4 преобразует сигнал 1)ф в сигнал UK прямоугольной формы (фиг, 2) с постоянной амплитудой UQ. Измерительный блоко 5 сглаживает импульсы сигнала UK и дает показания, пропорциональные 2

Стабильность данного сенсорного устройства обусловлена тем, что ни амплитуда сигнала Ui-..ни коэффициент передачи усилителя, входящего в состав преобразовательного блока 2, не влияют на длительность импульса тг . Действительно, например, если амплитуда сигнала Ur увеличится в два раза, то амплитуды положительных и отрицательных импульсов сигнала Уф также увеличатся в два раза, но

точки пересечения кривой иф оси времени t сохраняется неизменными.

Генератор 8 высокочастотных колебаний (фиг. 3) вырабатывает синусоидальный сигнал с амплитудой Ua (фиг. 4). Выпрямитель 9 с закрытым входом содержит конденсатор и диод. Этот выпрямитель 9 при подаче на его вход синусоидального сигнала формирует на выходе такой же синусоидальный сигнал, но смещенный с область положительных значений на величину Uo. Таким образом, на выходе выпрямителя 9 образуется однополярный сигнал. Ключ 10 замыкается в периоды, когда генератор 11 низкочастотных колебаний, вырабатывающий знакопеременный прямоугольный сигнал, формирует положительный полупериод. Фильтр 12 высокой частоты не пропускает через себя постоянную составляющую сигнала и устанавливается в тех случаях, когда преобразовательный блок 2 является нелинейным элементом или тогда, когда на преобразовательный блок 2 нежелательно подавать постоянное напряжение.

При работе блока 1 выработки сигнала в те полупериоды низкочастотных колебаний, когда ключ 10 закрыт, на его выходе .сигнал равен нулю, а в те полупериоды, когда ключ 10 открыт, сигнал представляет собой положительные импульсы, амплитуда которых равна размаху синусоидальных колебаний. Поскольку фильтр 12 высокой частоты устраняет постоянную составляющую из сигнала на выходе ключа 10, то на выходе фильтра 12 образуется знакопеременный сигнал Ur (фиг, 4). Суммарная длительность отрицательных импульсов сигнала Ur за период колебаний Т равна Т/2 + 2а, где а - ширина отрицательного импульса, образованного вершиной синусоиды.

При прохождении данного несимметричного сигнала через преобразовательный блок 2. имеющий неравномерную частотную характеристику, сигнал изменится. Если блок 2 хорошо пропускает низкоча- стотный сигнал и плохо - высокочастотный, то на выходе преобразовательного блока 2 получится сигнал Uni (фиг. 4)с уменьшенной амплитудой высокочастотного синусоидального сигнала. У этого сигнала в отрица- тельную область выходят только узкие части синусоида шириной в (в а). Поэтому общая продолжительность отрицательных импульсов будет равна fa + 2b), что

меньше общей продолжительности отрицательных импульсов с генератора несимметричного сигнала блока 1. При очень плохом прохождении высокой частоты через цепь преобразовательного блока 2 у сигнала с его выхода Un2 (фиг. 4) отрицательные импульсы, обусловленные синусоидальным сигналом, станут очень узкими.

Повышение чувствительности устройства с использованием описанного генерато-

ра несимметричного сигнала блока 1 связано с тем, что если устройство работает при амплитуде синусоидального сигнала с преобразовательного блока 2 немного больше UA/2 (т.е. больше амплитуды прямоугольного сигнала), то небольшие приращения амплитуды синусоидального сигнала очень резко изменяют длительность отрицательных импульсов, образуемых отрезками синусоид. Это связано с тем, что вблизи экстремумов синусоида имеет очень пологие участки. Кроме того, повышение чувствительности связано с тем, что описанный генератор блока 1 вырабатывает сигнал, у которого две гармонические составляющие, имеющие максимальные амплитуды, могут значительно отличаться друг от друга, и они проходят через преобразовательный блок 2 с разными коэффициентами передачи.

Формула изобретения

1.Сенсорное устройство, содержащее измерительный блок, состоящий из последовательно соединенных фильтра низких частот и индикатора, и последовательно соединенные блок выработки сигнала и преобразовательный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены последовательно соединенные разделительный блок и компаратор, причем вход разделительного блока подключен к выходу преобразовательного блока, выход компаратора подключен к входу измерительного блока, а блок выработки сигнала выполнен в виде несимметричного мультивибратора.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что блок выработки сигнала содержит генератор низкочастотных колебаний, выпрямитель с закрытым входом, ключ, высокочастотный синусоидальный генератор и фильтр высокой частоты, причем выход высокочастотного синусоидального генератора подключен через выпрямитель с закрытым входом к первому входу ключа, к второму входу ключа подключен выход генератора низкочастотных колебаний, а выход ключа подключен к входу фильтра высокой частоты.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах ввода и вывода информации, а также в устройствах контроля качества материалов. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства, достигаемое за счет введения в него последовательно соединенных разделительного блока 3 и компаратора 4, выход которого подключен к измерительному блоку 5, состоящему из последовательно соеди- ненных фильтра 6 низких частот и индикатора 7. Вход разделительного блока 3 подключен к выходу преобразовательного блока 2, вход которого подключен к блоку 1 выработки сигнала, выполненному в виде несимметричного мультивибратора. Блок 1 выработки сигнала содержит генератор высокочастотных колебаний, выпрямитель с закрытым входом, ключ, фильтр высокой частоты. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. сл

Фиг. 2

9«г. J

Ипэ

/72