Устройство для контроля двигательной активности объекта Советский патент 1982 года по МПК G08B21/02 G08B23/00 

(Sl) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ОБЪЕКТА

1

Изобретение относится к средствам контроля и управления и может быть использовано в биологии, медицине, в качестве технических средств ох ранной сигнализации и т.д.

Известно устройство для контроля двигательной активности объекта, содержащее генератор, индикатор, излучающий электрод и (фазометр, измерительный вход которого подключен к приемному электроду, а опорный соединен с выходом генератора, выход фазометра через фильтр подключен к индикатору, а также управляющий фазовращатель , сигнальный вход которого подключен к генератору, а выход - к излучающему электроду, управляющий вход фазовращателя соединен с выходом фильтра l.

Недостатком устройства является зависимость его работы от условий окружающей среды,

Наиболее близким к предложенному по техническому решению является

устройство для контроля двигательной активности объекта, содержащее генератор, индикатор, приемный и излучающий электроды, фазометр, выход которого через информационный фильтр подключен к индикатору, управляемый фазовращатель, сигнальный вход которого подключен к генератору, а выход - к излучающему электроду, причем управляющий вход фазовращателя соединен с выходом информационного фильтра, компенсирующий элемент включен между излучающим электродом и сигнальным входом электрически управляемого аттенюатора, управляющий вход которого соединен с выходом режимного фильтра, а выход - с компенсационным входом усилителя тока, который в свою очередь включен между приемным электродом и сигнальным входом фазометра, а опорный вход фазометра соединен с выходом генератора через фазовращатель С 2.

Недостатком этого устройства является чувствительность к изменению внешних дестабилизирующих воздействий.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля двигательной активности объекта, содержащее генератор, соединенный с первым входом управляемого фазовращателя, излучающим электродором, опорным входом фазометра и входом компенсационного элемента, выход которого через управляющий аттенюатор соединен с первым входом усилителя тока, второй вход которого подключен к приемному электроду, фазометр через информационный фильтр соединен с индикатором, а через режимный фильтр- с вторым входом аттенюатора введены фильтр, ограничитель, узел вычитания, выход которого соединен с сигнальным входом фазометра выход уси-лителя тока через последовательно включенные третий фильтр и ограничитель соединен с первым входом узла вычитания, а второй вход -с выходом управляемого фазовращателя, выход режимного фильтра соединен с вторым входом управляемого фазовращателя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фйг.2векторные диаграммы, поясняющие работу узла вычитания для двух случаев: а) напряжение генератора и сигнала близки по амплитуде; б) напряжение генератора в два раза больше напряжения сигнала; на фиг.З рачетные графики зависимости угла f отЧ .

Устройство содержит излучающий электрод 1, генератор 2, узел вычитания 3, фазометр Ц; компенсирующий элемент 5, объект 6, аттенюатор 7 управляемый фазовращатель 8, первый фильтр 9, второй фильтр 10, приемный электрод 11, усилитель 12 тока, третий фильтр 13 ограничитель It и индикатор 15.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение с выхода генератора 2 поступает на излучающий электрод 1 и на опорный вход фазометра k. Переменное электрическое поле индуцирует сигнал на приемном электроде 11, который через усилитель тока 12, фильтр 13 и ограничитель 14 поступает на первый вход узла вычитания 3, на второй вход которого через управляемый фазовращатель О поступает опорное напряжение и с генератора 2. Изменение фазы напряжения сигнала IJ, обусловленное двигательной активностью объекта 6, с помощью узла вычитания 3 выделяется относительно опорного напряжения U и поступают на сигнальный вход фазометра t. Одноврменно с помощью схемы вычитания 3 удается осуществить умножение информационного изменения фазы.

Рассмотрим приведенные векторные диаграммы фазовой взаимосвязи опорного напряжения U и напряжения сигнала UcУгол Ч начальная фаза сигнального напряжения 11, а Ч - начальная фаза разностного напряжения Ui относительно опорного напряжения Up.

Из векторных диаграмм видно, что наибольшая чувствительность достигается, когда амплитуда 11 близка к амплитуде U... Предельный случай, когда и Ui., является нереальным, так как при этом р- О и амплитуда разностного напряжения . Измерения становятся невозможными.

Анализ зависимости фазы Ч от f

Мгновенные значения напряжений

и sfnu;t.

и;. Ue sin{a; ), Uj- Uj-sinCuSt 4-) Из функций схемы вычитания и sin(u)t4:4)Ur. sinuJt-Uc-sln(cbt+ + vf )

После элементарных тригонометрически

преобразований

и ---/(Ur-UcCosM f- UceiMN

-Т-т:ж--

о можно.принять tgxpc;if ,-/co5 fi: 1, sinfcrO. Тогда из (1)

Uj.U -Ue--UcCaH)j

M vf-Kf Л

где а УГ /Uc , К 1/1-а -коэффициенты усиления фазы. Таким образом, при К 1. Следовательно, вблизи нуля фаза V изменяется в К раз быстрее фазы f .

На фиг. 3 приведены графики зависимости угла S отЦ , рассчитанные

из уравнения ( 1)для разных значений параметра а. На графике указана предпочтительная область работы узла вычитания 3. С целью удержания режима работы устройства в этой области используется второй фильтр 10 и управляемый фазовращатель 8 таким образом что изменение фазы сигнала, обусловленное изменением параметров контролируемого пространства, например температуры, влажности, давления и т.п., будет автоматически уменьшено до величины, не превышающей рабочей области (фиг. 3)1 Этот эффект достигается за счет отрицательной обратной связи с выхода фазометра через второй фильтр 10 и управяемый фазовращатель 8 на второй вход узла вычитания 3, т.е. путем соответствующей подстройки фазы опорного напряжения Uj. . Характерная полоса частот для данного сигнала лежит в пределах 0-0,01 Гц и служит для поддержания наибольшего коэффициента усиления фазы сигнального напряжения, а значит, и предельно высокой чувствительности устройства в целом в широком диапазоне изменений условий работы Полоса частот для информационного сигнала лежит значительно выше режимного и поэтому первый фильтр 9 и индикатор 15 практически не испытывают влияния узлов, обеспечивающих подстройку режима работы устройства.

Третий фильтр 13 настроен на частоту генератора 2 и предназначен для отсеивания помех, проникающих из окржающего пространства через приемный электрод 11 и усилитель 12 тока. Ограничитель I позволяет поддерживать оптимальное соотношение амплитуды опорного и и сигнального U, напряжений близкими по значению, например Uf/Uj.1,01. Как видно из фиг.З такое соотношение обеспечивает достаточно высокое усиление фазы си1- нального напряжения.

Функционирование схемы компенсации начальных распределенных емкосг ти и сопротивления между электродами осуществляется аналогично прототипу с помощью компенсирующего элемента 5 и аттенюатора 7, электрически управляемого, только в предложенном

устройстве данная схема производит предварительную балансировку входного моста и, соответственно, грубую отработку величины изменяющейся (режимной межэЛектродной емкости. Дополнительная и более точная компенсация этой емкости производится с помощью второго фильтра 10 и управляет мого фазовращателя 8. И только оказавшись в рабочей области преобразования узла вычитания 3 (фиг.З), устройство способно регистрировать информативное изменение емкости в контролируемом пространстве между электродами с предельно максимальной чувствительностью посредством использования эффекта умножения фазы сигнала.

Формула изобретения

Устройство для контроля двигательной активности объекта, содержащее генератор, соединенный с первым входом управляемого фазовращателя, излучающим электродом, опорным входом фазометра и входом компенсационного элемента, выход которого через управляющий аттенюатор соединен с первым входом усилителя тока, второй вход которого подключен к приемному электроду, фазометр через первый фильтр соединен с индикатором, а через второй фильтр - с вторым входом аттенюатора, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены третий фильтр, ограничитель и узел вычитания, выход которого соединен с сигнальным входом фазометра, выход усилителя тока через последовательно включенные третий фильтр и ограничитель соединен с первым входом узла вычитания, а второй вход - с выходом управляемого фазовращателя, выход второго фильтра соединен с вторым входом управляемого фазовращателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

8

Не

/

Ю

/3

/«

/

./

Фиг.2

flaSovo/i область cxe/vit/ ffb/wmatrtat, coomffffnc/rtSytot off ffat o/r&vefra усилению cuewt ft