Резонансный измеритель малых приращений емкости или индуктивности датчиков

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

lgg 4 С 01 К 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3833978/24-21 (22) 02.01,85 (46) 07.10.86, Бюл. У 37 (71) Институт электродинамики АН УССР и Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой

Октябрьской социалистической революции (72) И.10.Скрипник, В.И,Скрипник и Ю.А.Скрипник (53) 621.317.738(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 991331, кл. С 01 R 27/26, 1983, Авторское свидетельство СССР .

9 1051456, кл. G 01 R 27/26, 1983, (54) РЕЗОНАНСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАПЫХ ПРИРАЩЕНИЙ ЕМКОСТИ ИЛИ ИНДУКТИВНОСТИ

ДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к области электроизмерений, в частности к изме„„SU„,,! 262416 А 1 рителям приращений реактивных параметров датчиков. Целью изобретения является повьппенне точности измерений. Для достижения поставленной цели в устройство введены высокочастотный квадратурный фазовращатель 3, второй балансный модулятор 4 и двухполюсный коммутатор 5. Устройство также содержит кварцевый генератор 1 высокой частоты, балансный модулятор 2, коммутационный генератор 6, квадратурный фазовращатель 7 низкой частоты, делитель 8 частоты, выполненный в виде колебательного контура, датчик 10, вентили 11 и 12, коммутатор 13, интегратор 14, усилитель 15 постоянного тока и индикатор 16. Изобретение может быть использовано для измерения малых приращений реактивных параметров датчиков индуктивного или емкостного типа. 1 ил.

1262

Изобретение относится к области измерения электрических величин, в в частности к измерениям приращений реактивных параметров датчиков

Цель изобретения — повьппение точ 5 ности измерения.

На чертеже представлена блок-схема резонансного измерителя малых приращений емкости или индуктивности датчиков, 1О

Измеритель содержит высокочастотный кварцевый генератор 1, к выходу которого подключены балансный модулятор 2 и через высокочастотный квадратурный фазовращатель 3 балансный модулятор 4. Модулирующие входы балансных модуляторов через контакты двух-. полюсного коммутатора 5 соединены с коммутационным генератором 6 и выходом низкочастотного квадратурного фа20 зовращателя 7, подключенного к выходу коммутационного генератора, Управляющий вход коммутатора 5 соединен с выходом делителя 8 частоты, который выходом также соединен с коммутацион- 2 ным генератором 6. Выходы балансных модуляторов 2 и 4 соеДинены с входом, измерительной ячейки 9, выполненной в виде колебательного контура, к которому подключен емкостный или индуктйв30 ный датчик 10, К выходу измерительной ячейки подключены два встречно включенных вентиля !1 и 12, выходы которых соединены с неподвижными контактами коммутатора 13, управляющим входом подключенного к выходу делителя

8 частоты. Подвижный контакт коммутатора 13 подключен к входу интегратора 14, соединенного выходом через усилитель 15 постоянного тока.с выходным индикатором 16. 40

Измеритель работает следующим образом.

Выходной сигнал высокочастотного генератора l (стабильной частоты) подается на сигнальный вход балансного модулятора 2 непосредственно и через высокочастотный квадратурный фазовращатель 3 на сигнальный вход балансного модулятора 4. На модулирующие входы. балансных модуляторов 2 и 4 через 50 контакты двухполюсного коммутатора 5 подаются назкочастотные сигналы с частотой Я от коммутационного генератора: 6 непосредственно и через низкочастотный квадратурный фаэовращатель

7 со сдвигом на 90 . На выходе каждого балансного модулятора в результате перемножения сигнального и модулирую416 2 щего сигналов образуется модулированное напряжение с гармоническими составляющими суммарнойи)+Я и разцостной о)-Я частот входных сигналов.

Вследствие сдвига фаз сигнальных и модулирующих сигналов на 90 гармонические сигналы суммарной частоты,д+я находятся в фазе, а. гармонические составляющие разностной частоты о)- Я— в противофазе.,Выходные сигналы балансных модуляторов, суммируясь на входе измерительной ячейки 9, обра-. зуют одночастотный зондирующий сигнал суммарной u3+g или раэностнойи3-й частоты в зависимости от направления чередования фаз входных сигналов °

Измерительная ячейка 9 выполнена в виде колебательного контура, настроенного в резонанс на частоту A

4 сигнала генератора при начальном значении емкости или индуктивности датчика 10. Частоту Я модулирующего сигнала выбирают равной половине полосы пропускания колебательного контура с подключенным датчиком, что обеспечивает прохождение зондирующих сигналов как суммарной, так и разостной частот через точки максимальой кривизны резонансной кривой конура..При изменении резонансной частоты контура вследствие приращения реактивного параметра датчика возникает расстройка контура относительно частоты генератора !. С помощью двухполюсногo коммутатора 5 производят периодические изменения направления чередования фаз модулирующих сигналов, что приводит к изменениям частоты результирующего сигнала на входе колебательного контура на удвоенное значение низкой частоты (2Я) беэ из— менения его амплитуды. В результате на колебательный контур поочередно с частотой 9./2п, задаваемой коэффициентом деления 2п делителя 8 частоты, где n — целое число, поступает зондирующий импульс то суммарной с)+Я, то разностной -Я частоты с одинаковой амплитудой.

Если частота высокочастотного сигнала и) совпадает с резонансной часто— той колебательного контура )р 1= ), то сигналы суммарной Я и разностной

<л)-Я частот ослабляются контуром в одинаковое число раз (в 2 раэ при изменении частоты на половину полосы пропускания контура), При несовпадении BbIcoKGA c o bt c pp.ýoíàíñíîé частотой контура .. " ),) эа счет при3 126 ращения реактивного параметра датчика 10 коэффициенты передачи контура на суммарной и разностной частотах становятся разными. В резуль1 ате этого амплитуда сигнала суммарнойсд -я. частоты становится больше или меньше амплитуды сигнала разностной u)-g частоты в зависимости от знака приращения реактивного импеданса датчика °

При этом разность амплитуд сигналов

t суммарной и разностной частоты пропорциональна расстройке ли) колебательного контура (ad=a-ul), которая, в свою очередь, определяется приращением емкости или индуктивности дат15 чика относительно начального значения (u1р =1/ ELC, где L и С вЂ” индуктивность и емкость контура). Каждый из встречно включенных вентилей 11 и 12 из зондирующих сигналов выделяет полуволны колебаний суммарнойо1+Я и раз20 ностной Л -g частот одной полярности, например вентиль 1) выделяет только полуволны положительной полярности, а вентиль. 12 — отрицательной. В результате поочередного подключения коммутатором 13 выходов вентилей !1 и 12 к интегратору 14 на входе последнего формируется периодическая последовательность пакетов положительных и отрицательных полуволн колебаний суммарнойv3+ Q и разностной

iud-Я частот.

Поскольку коммутаторы 5 и 13 переключаются синхронно выходным напряжением делителя 8, то среднее значение 35 пакетов напряжения за полупериод коммутации определяется амплитудами сигналов суммарной )+Я и разностнойс)-Ячастот ° Периодическое изменение знаков пакетов напряжений на входе ин- 40 .тегратора приводит к периодическому перезаряду накопительного элемента интегратора. При выборе постоянной интегрирования многим больше периода коммутации (i »4 n/2) интегратор 45 эа несколько. периодов коммутации зарядится до напряжения, пропорционального разности амплитуд пакетов сигналов суммарнойо +Я и разностной 1- частот. Поскольку разность амплитуд 50 пропорциональна расстройке колебательного контура относительно частоты кварцевого генератора 1, то выходное напряжение интегратора будет пропорционально приращению емкости или 55 индуктивности датчика.

Напряжение с выхода интегратора

14 через усилитель 15 постоянного то2416 ri ка поступает на выходной индикатор

16, шкала которого градуируется в относительных единицах приращения реактивного параметра датчика или в единицах контролируемой величины, функс ционально связанной с приращением этого параметра °

Таким образом, периодическим изменением частоты зондирующего сигнала симметрично относительно начального значения резонансной частоты колеба- тельного контура, которое соответствует начальному значению реактивного параметра, можно выявить и измерить малые приращения этого парамет- . ра без непосредственной коммутации электрической цепи датчика на высокой частоте. Периодическая коммутация низкочастотных.модулирующих напряжений технически несложна и .не вызывает неконтролируемых изменений частоты настройки колебательного контура или параметров датчика, что повышает точность измерения малых приращений емкости или индуктивности датчика.

Формула изобретения

Резонансный измеритель малых приращений емкости или индуктивности датчиков, содержащий высокочастотный кварцевый генератор, коммутационный генератор, соединенный с низкочастотным квадратурным фаэовращателем, делитель частоты, балансный модулятор, сигнальным входом соединенный с выходом высокочастотного кварцевого генератора, а выходом соединенный с измерительной ячейкой, представляющей собой колебательный контур с емкостным или индуктивным датчиком, к выходу

:которой подключены два встречно включенных вентиля, выходы которых соединены с неподвижными контактами коммутатора, управляющим входом подключенного к выходу делителя частоты, подвижный контакт коммутатора подключен к входу интегратора, соединенного выходом через усилитель постоянного тока с индикатором, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй балансный модулятор, высокочастотный квадратурный фазовращатель и.двухполюсный коммутатор, подвижные контакты которого соединены с выходом коммутационного генератора и выходом низкочастотного фазовращателя, непод262416

Составитель В, Стукан

Техред А.Кравчук Корректор Л.. Пилипенко

Редактор А. Козориз

Заказ 54?3/43

Тирах 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Нроизводственно-нолиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4

В . 1 вижные контакты — с модулирующими входами первого и второго балансных модуляторов, причем сигнальный вход второго балансного модулятора соединен через высокочастотный квадратурный фазовращатель с выходом высокочастотного кварцевого генератора, а

его выход соединен с входом измерительной ячейки, вход. делителя частоты соединен с выходом коммутационного генератора, а к выходу делителя частоты подключен управляю.— щим вход двухполюсного коммута— тора.