Дифференциальный автогенераторный датчик Советский патент 1993 года по МПК H03B5/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоизмерительной технике, в датчиках температуры, давления, ускорения и т.д.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже представлена структурная электрическая схема дифференциального автогенераторного датчика.

Дифференциальный автогенераторный датчик содержит первый автогенератор 1, выполненный в виде активной части 2 с цепью положительной обратной связи 3, которая содержит чувствительный к измеряемому воздействию элемент 4, второй автогенератор 5, выполненный в виде активной части б с цепью положительной обратной связи 7, вычислитель сигналов.8, выполненный в виде блока вычитания периодов сигналов, при этом активная часть 2 (активная часть 6) выполнены в виде соответствующих последовательно соединенных фотоприемника 9i (92), модулятора Ют (102) и источника светового излучения 11i (112), в цепь положительной обратной связи 3 введены первый волоконно-оптический световод 12, второй волоконно-оптический световод 13, чувствительный к измеряемому воздействию элемент 4 содержит сенсорный отрезок волоконно-оптического световода 14, включенный между первым волоконно-оптическим световодом 12 и вторым волоконно-оптическим световодом 13, в цепь положительной обратной связи 7 введен третий волоконно-оптический световод 15, первый 12 второй 13 и третий 15 волоконно-оптические световоды выполнены о виде двухжильного волоконно-оптического кабеля 16.

00

со

00 00. XJ

со

со

Дифференциальный автогенераторный датчик работает следующим образом.

Первый автогенератор 1 генерирует колебание с частотой u)i,. зависящей от величины измеряемого воздействия е и внешнего дестабилизирующего фактора, например температуры t, на которой справедливо уравнение баланса фаз

pa42(t ,ЙЛ ) (У1 ,е) 2ят. О)

Второй автогенератор 5 генерирует колебание с частотой cuz, зависящей только от внешнего дестабилизирующего фактора,, например температуры t, на которой справедливо уравнение баланса фаз

(г,У2)+рпс7 .. .( ,е )

2 тип.(2)

В уравнениях (1), (2) раг и раг5 - фазовые характеристики первого 1-й второго 5 автогенераторов, равные двигу фазы при прохождении гармонического сигнала с частотой wi и 0)2 по кольцу со входа соответствующей активной части на ее выход и далее по соответствующей цепи положительной обратной связи снова на ее вход, 0ач2(1, (о) и 9%чб(1, ftfc) - набег фазы в активной части первого 2 и второго б автогенераторов, nc3(t,fwi, е)(, е)- набеги фазы в цепях положительной обратной связи первого 3 и второго 7 автогенераторов, п 0, ± 2, ±3..., гп 0, ±1, ±2, ±3... - номер моды колебаний автогенераторов.

Эти колебания с выходов автогенарато- pa 1 и автогенератора 5 поступают на соответствующие входы вычитателя сигналов 8, выполненного в виде блока вычитания периодов сигналов, на выходе которого изменение сигнала датчика, вызванные влиянием внешнего мешающего фактора, например уходом температуры, полностью компенсируются. В случае линейных фазовых характеристик автогенераторов, что справедливо при реализации цепей положительной об- ратной связи в виде линий задержки на основе волокнисто-оптических сведоводов, можно записать

(2 П П - 0ач2)(1 +

+ aiAt+ЈAe)(3) и

(Di - (2 П № - #Ы5)(1 + ОЙ A t), (4)

где ТпсЗ и Тпс - крутизны фазочастотных характеристик соответствующих цепей положительной обратной связи при номинальной температуре to и номинальном внешнем воздействии ео, #1 и a2 - температурные, коэффициенты задержек цепей положительной обратной связи 3 и 7, коэффициент влияния внешнего воздействия на задержку ТпсЗ цепи положительной обратной связи 3, At t - to, Д е t - ео.

На выходе вычитателя сигналов 8, выполненного в виде блока вычитания периодов сигналов, при модах колебаний автогенераторов m п и р&а рачв, получим

евых (2 л/ал - 2 л/оъ) Кп(ТпсЗ - ТПС7) + + ТпсЗ( а огТпсЗ/Тпс) A t + ТпсЗ /9 А е, (5)

где Кп - коэффициент пропорциональности, ТпсЗ Т12 + Т13 + Ti4, Тпс TIS; Ti2, Tl3,

TIS - задержки сигнала в первом 12, втором 13 и третьем 15 волоконно-оптическом световодах, Ti4 - задержка сигнала в сенсорном участке волоконно-оптического световода 14.

Из выражения (5) следует, что влияние помехи, например температуры, на выходной сигнал дифференциального автогенераторного датчика полностью отсутствует, что означает повышение точности измерений, если

«1 - Си ТПсЗ/Тпс7 0.

(6)

Последнее легко обеспечить, если сделать ТпсЗ Тпс, волоконно-оптические световоды выполнить из одного материала и добиться их работы в одинаковых условиях для внешней помехи, например температуры, что как раз и достигается при выполнении первого 12. второго 13 и третьего 16 волоконно-оптических световодов в виде двухжильного волоконно-оптического кабеля 16.

Достижение цели изобретения - повышение точности измерений по отношению к прототипу достигается за счет выполнения вычислителя 8 в виде блока вычитания периодов сигналов, что позволяет повысить уровень компенсации помехи.

Последнее следует из сравнения оценок уровней компенсации помехи в заявляемом устройстве (выражение (5)) и для случая дифференциального датчика с вычитателем сигналов 8, выполненного в виде блока формирования сигнала, пропорционального разности их частот, которая для последнего имеет вид

ввых (W1 - ftia) Кч +

4. ilnc3 -Tnc7) + Tnc3 (at -03 Tne7/Tnr.4 )At Ч-т-., Д( Л - )

Tnc3Tnc5 i+aiAt-f/(Ae(,)

(6)

4TJp при тех же параметрах датчикаДпсз -Тпс7,«1- a 2 дает

баых ™ Кч

ЈДе

+ aiAt+jSAe(1 +02 At)

(7)

т.0. не нулевую величину, при не равном нулю измеряемом внешнем воздействии. Формула изобретения Дифференциальный автогенераторный датчик, содержащий первый и второй автогенераторы, каждый из которых выполнен в виде активной части и цепи положительной обратной связи, вычислитель сигналов, при этЬм цепь положительной обратной связи первого автогенератора содержит чувстви- твльный к измеряемому воздействию элемент, а выход первого и второго автогенераторов подключены к соответствующим

0

,

5 0

входам вычитателя сигналов, выход которого является выходом дифференциального автогенераторного датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, активная часть каждого из автогенераторов выполнена в виде последовательно соединенных фотоприемника, модулятора и источника светового излучения, в цепь положительной обратной связи первого автогенератора введены первый и второй волоконно-оптические световоды, цепь положительной обратной связи второго автогенератора содержит третий волоконно-оптический световод, чувствительный к измеряемому воздействию элемент содержит сенсорный отрезок волоконно-оптического световода, который включен между первым и вторым волоконно-оптическими световодами, при этом первый, второй и третий волоконно-оптические световоды выполнены каждый в виде двужильного волоконно-оптического кабеля, а вычитатель сигналов выполнен в виде блока вычитания периодов сигналов.

Использование: радиоизмерительная техника, датчики температуры, давления, ускорения. Сущность изобретения: дифференциальный автогенераторный датчик содержит первый автогенератор, выполненный в виде активной части и цепи обратной связи, которая содержит чувствительный к измеряемому воздействию элемент, второй автогенератор,-выполненный в виде активной части и цепи положительной обратной связи, вычислитель сигналов, каждая из активных частей содержит фотоприемник, модулятор и источник светового излучения, в цепь положительной обратной связи введены первый, второй волоконно-оптические световоды, чувствительный к измеряемому воздействию элемент содержит сенсорный волоконно-оптический световод, в цепь положительной обратной связи введен третий волоконно-оптический световод, каждый из волоконно-оптических СЕетоводов выполнен в видедвухжильного волоконно-оптического кабеля, а вычитатель сигналов выполнен в виде блока вычитания периодов сигналов, что позволяет повысить уровень компенсации помехи и приводит к повышению точности измерения. 1 ил. ел G