Преобразователь малых приращений емкостиили иНдуКТиВНОСТи B КОд Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАЛЫХ ПРИРАЩЕНИЙ ЕМКОСТИ ШШ ИНДУКТИВНОСТИ В КОД частотнозависимую цепь измерительно«го генератора 2. Недостатком известного устройства является недостаточно высокая чувствительность и точность измерений малых приращений емкости или индуктивности. Недостаток точности обусловлен тем, что не все элементы схемы охвачены цепью АПЧ, и их уходы не компенсируются, невозможностью значительного увеличения коэффициента АПЧ, так как fero увеличение ведет к увеличению времени подстройки частоть и уменьшению полосы схватывания, самим методом частотной подстройки, который позволяет только уменьшить начальную расстройку до величины остаточной расстройки, а не исключить ее. Недостаток чувствительности обусловлен амплитудно-частотным методом измерения контролируемого приращения Кроме того, & 1стродействие преобразователя невелико, так как длительность такта подстройки частоты генератора с целью компенсации т.емпературно-временного дрейфа не может быть сделана малой без внесения дополнительных пог решностег в точность,измерения. Целью изобретения является повьппе - ние чувствительности, точности и быст родействия преобразователя малых приращений емкости или индуктивности. Указанная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий образцовый элемент выход которого соединен с соответствующим входом ключа другой вход которого подсоединен к контролируемому элементу, измерительный генератор с реактивным элементом в частотозадающей цепи, смеситель, гетеродин, усилитель низкой частоты и дополнительный ключ, введены усилитель-огра:а1читель, фазовый детекто фазосдвигающая цепь, частотозависимая резонансная цепь, преобразовател аналог код, компаратор, одновибратор и интегратор, причем выход смесителя подключен к входу усилителя-ограничителя, выход которого соединен с пе вым входом фазового детектора непосредственно, а со вторым входом - через последовательно соединенные фазо сдвигающую цепь и частотозависимую резонансную цепь, выход фазового детактора подключен к входу усилителянизкой часто1Ъ(, выход которого соеди нен с одним из входов преобразователя аналог-код, со входом дополнитель ного ключа и с одним из входоп. комаратора, другой вход которого соединен с общей шиной, а выход - со вхоом одновибратора, выход которого оединен с управляющим входом ключа, с управляющим входом преобразователя аналог-код и с управляющим входом дополнительного ключа, выход которого через дополнительный ключ и интегратор соединен с реактивным элементом. На чертеже представлена структурная электрическая схема преобразователя малых приращений емкости или индуктивности в код. Преобразователь содержит образцовый элемент 1 и контролируемый элемент 2, подключенные через ключ 3 ко входу генератора 4, к другому входу которого подключен реактивный элемент . 5. Выход генератора 4 подключен к первому входу смесителя 6, ко второму входу которого подключен гетеродин 7. Выход смесителя 6 подключен ко входу усилителя-ограничителя 8, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 9 и через фазосдвигаю- щую цепочку 10 - с частотозависимой резонансной цепью (ЧРЦ) 11. Выход последней соединен со вторым входом фазового детектора 9. Выход фазового детектора 9 подсоединен ко входу усилителя 12 .низкой частоты, выход которого соединен с преобразователем 13 аналог-код, первым входом компаратора 14, второй вход которого соединен с общей шиной, и входом дополнительного ключа 15. Выход компаратора 14 соединен со входом одновибратора 16. Выход компаратора 14 соединен со входом одновибратора 16. Выход последнего соединен с управляющими входами ключа 3, дополнительного ключа 15 и преобразователя 13 аналог-код. Выход дополнительного ключа 15 подключен ко входу интегратора 17, выход которого соединен со входом реактивного элемента 5. Процесс измерения малых приращений емкости или индуктивности складывается из двух тактов. В первом такте через ключ 3 к частотозадающей цепи генера-гора 4 подключается образцовый элемент 1 и производится компенсация уходов всех элементов схемы преобразователя, т.е. с помощью обратной связи, состоящей из дополнительного ключа 15, интег- ратора 17 и реактивного элемента 5, восстанавливается такая частота генератора 4, при которой на выходе усилителя 12 низкой частоты устанавл вается напряжение, равное нулю. R rxoflHoe напряжение фазового детектора усиливается в усилителе 12 низкой .частоты и суммируется в интег раторе 17. Выходное напряжение последнего, воздействуя на реактивный элемент 5, восстанавливает необходимую частоту генератора 4. Частотозависимая резонансная цепь 11 рассчиты вается совместно с образцовым элементом 1 так, чтобы в первоначальгаай момент времени вывести реактивный элемент 5 на середину его характерис тики. . Как только компенсируется температурно-временной дрейф параметров элементов устройства, т.е. частотно-резонансная цепь II будет настроена в резонанс, на выходе усилителя низкой .частоты 12 установится напряжение, равное нулю, срабатывает компаратор 14. На этом заканчивается первый такт Длительность первого такта зависит о величины уходов параметров элементов схеьы и скорости отработки этих уход цепью обратной связи. Это время можн сделать сколь угодно малым, увеличивая суммарный коэффициент усиления тракта подстройки. Автоколебательный режим цепи обратной связи устраняется присутствием компаратора 14, который, сработав, запускает одновибратор 16. Импульс одновибратора 16 с помощью дополнительного ключа 15 отключает цепь обратной связи, и интегратор 17 запоминает величину компенси рующего воздействия на время действия второго такта измерения. Время второго такта (такта непосредственного измерения контролируемого приращения) равно длительности импульса одновибратора 16. Длительность этого импульса определяется в основном быстродействием преобразователя аналог-код. Импульс одновибратора 16 также подается на управляющие входы ключа 3 и преобразователя 13 аналог-код. Кпюч 3 подключает на время действия этого импульса к частотозадакнцей цепи генератора 4 контролируе(Ф1Й элемент 2, при этом изменяется частота генератора 4 в соответствии с величиной измеряемого приращения емкости илк индуктивности отйосительно образцового элемента 1. Сигнал от генератора 4 по дается на первый вход смесителя 6, на второй его вход подается сигнал гетеродина 7. Частота, равная разности этих частот, усиливается и ограничивается по амплитуде в усилителе-ограничителе 8. С выхода усилителя-ограничителя 8 сигнал подается на первый вход фазового детектора 9 и через ц азосдвигающую цепь 10 - на вход частотно-резонансной цепи 11. Комплексный коэффициент передачи частотно-резонансной цепи 11 меняется в соответствии с изменением частоты, поступающей на ее вход-относительно частоты ее резонанса. С выхода этой цепи сигнал пост гпает на второй вход фазового детекто-ра 9. На его выходе присутствует сигнал, равный произведению сигналов, поступивших на его входы с учетом сдвига фаз между ними. Напряжение на выходе фазового детектора У определяется по формуле к и. и. ц и COS(j , где и - амплитуда сигнала на первом входе ФД и 2 - амплитуда сигнала на втором входе ФД, т.е. на вьГходе ЧРЦ И; сдвиг фаз на его входах, т.е. суммарньй сдвиг фазы на ФЦ 10 и ЧРЦ 11; коэффициент пропорциональности, учитывающий особенности ФД 9. Сигнал с выхода фазового детекора 9 усиливается в усилителе I2 изкой частоты и преобразуется в пребразователе 13 аналог-код в код, оответствующий измеряемому приращеию. Таким образом, в устройстве реаизовано извлечение информации об изенении частоты, а следовательно, б изменении емкости или индуктивости. В качестве частотно-резонансной цеи 1I можно применять как пассивные еш: (например одиночный или систеу связанных контуров 2Т-мост), так активные цепи, например резонасный силитель. Применение последовательо соединенных пассивных и активных езонансных элементов в качестве часотно-резонансной цепи 11 позволяет олучить сколь угодно высокую чувстительность к изменению частоты генеатора 4, Т.е.к измеряемому прираению индуктивности или емкости. 7 Формула изобретения Преобразователь малых приращений емкости или индуктивности в код, содержащий образцовый элемент выход которого соединен с одним из входов ключа, другой вхоД которого соединен с зажимами для подключения контролируемого элемента, а выход - к первом входу генератора, второй вход послед него соединен с реактивным элементом а выход - с одним из входов смесителя, другой вход которого соединен с а ходом гетеродина, усилитель низкой частоты и дополнительный ключ, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, в него введены усилитель-о раничитель, -фазовый детектор, фазосдвигаюиаягцепЬ, частотозависима,я резонансная ЦЕПЬ, преобразователь аналог-код, компаратор, одновибратор причем выход смесителя подключен к входу усипитбля-ограинчителя, выход которого соединен с первым входом 08 фазового детектора непосредственно, а со вторым входом - через последовательно соединенные фазосдвигающую цепь и частотозависимую резонансную цепь, выход фазового детектора подключен ко входу усилителя низкой частоты, выход которого соединен с одним из входов преобразователя аналогкод, со входом дополнительного ключа и с одним из входов компаратора, другой вход последнего соединен с общей шиной, а выход - со входом одновибратора, выход которого соединен с управляющими входами ключа, дополнительного ключа и преобразователя аналог-код, выход преобразователя аналог-код через дополнительный ключ и интегратор соединен с реактивным элементом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 355395, кл. G 01 R 27/26, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 579589, кл. G 01 R 27/26, Ol.03.76i

2

j