Усилитель заряда

 

1. УСШШТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий пьезоэлектрический датчик, первый операционный усилитель, первый конденсатор, первый ключ и интегрирующий усилитель, причем неинвертирую1ций вход первого операционного усилителя подключен к общей шине, первый вывод пьезоэлектрического датчика соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и через параллельно включенные первый конденсатор и первый ключ с его выходом, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона при измерении квазистатических процессов, в него дополнительно введены дифференцирукнцая цепь, первый коммутатор, второй ключ, запоминающий элемент и блок управления, при этом первый и второй ключи, первый коммутатор и интегрирующий усилитель вьтолнены управляемыми , вход интегрирующего усилителя подключен, к размыкающему контакту первого коммутатора, а выход через последовательно соединенные второй ключ и запоминакиций элемент - к второму выводу пьезоэлектрического датчика , выход первого операционного усилителя через дифференцирующую цепь соединен с подвижным контактом первого коммут,атора,. замыкающий контакт которого подключен к общей шине а управляющие входы первого и второго ключей, первого коммутатора и интегрирующего усилителя соединены с соответствующими выходами блока управления . 2. Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что интегрирующий усилитель выполнен на втором и третьем операционных усилителях, втором коммутаторе, резисторе и сл втором конденсаторе, при этом втос рой коммутатор выполнен управляемым, неинвертирзтощие входы второго и третьего операционных усилителей и замыкающий контакт второго коммутатора подключены к общей шине, инвертирующий вход второго операцион ного усилителя является входом ин тегрирукнцего усилителя, выход третьего операционного усилителя является ч выходом интегрирующего усилителя, со а управляющий вход второго коммутатора - управляюпр1М входом интегрирующего усилителя, А выход второго операционного усилителя соединен с подвижным контактом второго Kowiyraтора , размыкакнций контакт которого через резистор подключен к инвертирукядему входу третьего операционного усилителя, выход которого через второй конденсатор соединен с его инвертирукщим входом.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (1)) (5!)4 Н 03 F 3/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3657290/24-09 (22) 01. 11. 83 (46) 07.08.85. Бвп..N - 29 (72) А.Ф. Терещенко (53) 621.375.024(088.8) (56) Агейкин Д.И. Костина Е.H. Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования. М., 1965, с. 517.

Патент ФРГ 9 2811668, кл. Н 03 F 1/34, 1982. (54)(57) 1. УСИЛИТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий пьезоэлектрический датчик, первый операционный усилитель, первый конденсатор, первый ключ и интегрирующий усилитель, причем неинвертируюший вход первого операционно. го усилителя подключен к общей шине, первый вывод пьезоэлектрического датчика соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и через параллельно включенные первый конденсатор и первый ключ с его выходом, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона при измерении квазистатических процессов, в него дополнительно введены дифференцирукицая цепь, первый коммутатор, второй ключ, запоминающий элемент и блок управления, при этом первый и второй ключи, первый коммутатор и интегрирующий усилитель выполнены управляемыми, вход интегрирующего усилителя подключен, к размыкающему контакту первого коммутатора, а выход через последовательно соединенные второй ключ и запоминающий элемент — к второму выводу пьезоэлектрического датчика, выход первого операционного усилителя через дифференцирующую цепь соединен с подвижным контактом первого коммутатора, замыкающий контакт которого подключен к общей шине а управляющие входы первого и второго ключей, первого коммутатора и интегрирующего усилителя соединены с соответствующими выходами блока управления.

2. Усилитель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что интегрирующий усилитель выполнен на втором и третьем операционных усилителях, втором коммутаторе, резисторе и втором конденсаторе, при этом второй коммутатор выполнен управляемым, неинвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей и замыкающий контакт второго коммутатора подключены к общей шине, инвертируккций вход второго операционного усилителя является входом интегрирукнцего усилителя, выход третьего операционного усилителя является выходом интегрирующего усилителя, а управляющий вход второго коммутатора — управляющим входом интегрирующего усилителя, а выход второго операционного усилителя соединен с подвижным контактом второго кокпкутатора, размыкающий контакт которого через резистор подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, выход которого через второй конденсатор соединен с его инвертирующим входом.

1171979 2 импульс (U>), который поступает на управляющие входы второго ключа 8, первого и второго коммутаторов 7 и

13. Указанные элементы переключают5 ся в рабочее положение, т.е. второй ключ 8 размыкается, первый комму.татор 7 соединяет выход дифферен— цирующей цепи 6 с входом интегрирующего усилителя 5, а второй коммутатор 13 соединяет выход второго операционного усилителя 11 с резистором 14. В результате напряжение (UI,) .с выхода дифференцирующей цепи

6, пропорциональное скорости на IS растания напряжения.на выходе усилителя заряда, поступает на вход интегрирующего усилителя 5. В течение длительности первого импульса напряжения U происходит линейное нараста20 ние напряжения (U>) на выходе интегрирующего.усилителя 5. При этом крутизна нарастания этого напряжения оказывается пропорциональной скорости изменения напряжения на вы25 ходе усилителя заряда.

В момент времени t блок 10 упZ равления прерывает управляющий импульс (U ) . Второй ключ 8, первый и второй коммутаторы 7 и 13 переключаются в исходное состояние. В м, результате запоминающий элемент

1 .9 фиксирует максимальное напряжение на выходе интегрирующего усилителя 5

Полученное на выходе запоминающего элемента 9 опорное напряжение (V+) создает ток, который начинает компеня- сировать паразитный ток, генерируее . мый в пьезоэлектрическом датчике 1.

Поэтому результирующий ток (I„), заря40 жающий первый конденсатор 3, уменьшается. В результате уменьшается скорость нарастания напряжения на выходе усилителя заряда.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации квазистатичес ких процессов, протекающих в пьезоэлектрических датчиках силы, уско рения и давления.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона при измерении

° квазистатических процессов.

На фиг. представлена структурная электрическая схема предложенного усилителя заряда; на фиг. 2— принципиальная электрическая схема интегрирующего усилителя; на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие работу усилителя заряда.

Усилитель заряда содержит пьезоэлектрический датчик 1, первый операционный усилитель 2, первый конденсатор 3, первый ключ 4, интегрирующий усилитель 5, дифференцирующую цепь 6, первый коммутатор 7, второи ключ 8, запоминающий элемент

9 и блок 10 .управления. Интегрирующий усилитель 5 содержит .второй и третий операционные усилители 11 и 12, второй коммутатор 13, резистор 14 и второй конденсатор 15.

Усилитель заряда работает в соот ветствии с временными диаграммами, приведенными на фиг. 3. Перед цикло измерения параметров квазистатического процесса производится ступенчатое формирование опорного напряжения, создающего ток для компенсации паразитного тока пьезоэлектрического датчика. 1. В исходном сосТо нии(до момента времени t ) положени первого и второго ключей 4 и 8, а также первого и второго коммутаторов 7 и 13 изображено на фиг. t и 2

В результате на второй вывод пьезоэлектрического датчика 1 поступает произвольное опорное напряжение (П ) с выхода запоминающего элемента 9, т.е. с выхода интегрирующего усилителя 5 (напряжение Ug).

Поскольку сопротивление изоля" ции пьезоэлектрического датчика 1 не бесконечно и он сам генерирует паразитный ток, то на инвертирующий вход первого операционного усилителя

2 поступает результирующий ток (Т„) . который заряжает первый конденсатор 3, так что напряжение на выходе

55 усилителя заряда (U g) изменяется во веемени примерно по линейному закону.

В момент времени блок 1О управления вырабатывает управляющий

В момент времени t3 поступает второй управляющий импульс напряжения

U повторяется описанный цикл работы, который приводит к дальнейшему уменьшению скорости изменения напряжения на выходе усилителя заряда. После и импульсов напряжения

U напряжение на выходе усилителя заряда становится практически постоянным. После этого блок 10 управления выдает импульс другого управляющего напряжения (U ), который крат ковременно замыкает первый ключ 4.

В результате напряжение на выходе усилителя заряда становится равным нулю.

11

После этого начинаются измерения параметров полезного квазистатического процесса, протекающего в пьезоэлектрическом датчике 1.

Полная компенсация параэитных токов пьезоэлектрического датчика 1 напряжения ошибки первого операцион71979 4 ного усилителя 2 перед началом измерений позволяет регистрировать полезные сигналы с пьезоэлектрического датчика, лежащие в диапазоне инфраниэких частот, т.е. позволяет расширить частотный диапазон при измерении кваэистатических процессов.

1171979

Составитель В. Серов

Редактор О. Юрковецкая Техред M.Кузьма Корректор Л. Бескид

Заказ 4915/50 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 в