Частотный преобразователь для тензодатчиков

 

Изобретение относится к измериI тельной технике и может быть использовано в устройствах для измерения силы или давления. Цель изобретенияповышение чувствительности устройства - достигается за счет увеличения крутизны характеристики преобразования .. Для этого в частотный преобразователь введены последовательно соединенные смеситель 4, фильтр 5 нижних частот, широкополосный усилитель 6 и умножитель 8 частоты. Кроме того, устройство содержит тензорезисторный мост 1, сумматор 2, фазовое звено 3 первого порядка, фильтр 7 верхних частот. В устройстве исключено влияние изменения сопротивлений тензорезисторного моста, приводящее к изменению его коэффициента передачи и фазочастотной характеристики, что повышает чувствительность устройст (Л ва. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВ ЛИК

А1

„. SU„„127054

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Гю делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3913287/24-21 (22) 10. 06. 85 (46) 15.11.86. Бюл. Р 42 (72).В.Н.Борщев, Ф.И.Веников, Е.С.Колесник. и Ю.И.Спалек (53) 621.317.39:531.787.913(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 966893, кл. Н 03 К 13/20, 1981.

Приборы и системы управления, 1983, N 9, с.24,25.

Заявка ФРГ У 3000291, кл. G 01 R 27/02, 1981.

,(54) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ

ТЕНЗОДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения силы или давления. Цель изобретения—

yg g С 01 В 7/16 // G 01 R 17/10 повышение чувствительности устройства — достигается за счет увеличения крутизны характеристики преобразования. Для этого в частотный преобразователь введены последовательно соединенные смеситель 4, фильтр 5 нижних частот, |пирокополосный усилитель 6 и умножитель 8 частоты. Кроме того, устройство содержит тензорезисторный мост 1, сумматор 2, фазовое звено 3 первого порядка, фильтр 7 верхних частот. В устройстве исключено влияние изменения сопротивлений тензорезисторного моста, приводящее к изменению его коэффициента передачи и фазочастотной характеристики, что повышает чувствительность устройства. 2 ил.

1270547

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к частотным преобразователям для тензодатчикон, и может быть использовано в измерительных устройствах для измерения силы или давления.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства путем увеличения крутизны характеристики преобразования.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя", на фиг.2 — временная диаграмма измерительной цепи.

Частотный преобразователь для тензодатчиков содержит последовательно включенные тензореэисторный мост 1, сумматор 2, фазовое звено 3 первого порядка, смеситель 4, фильтр 5 нижних частот, широкополосный усилитель 6, выход которого подключен к входам тензорезисторного моста 1 и фильтра 7 верхних частот и к входам умножителя

8 частоты, соединенного выходом с вторым входом первого смесителя 4.

Выход фильтра 7 верхних частот подключен к второму входу сумматора.

Постоянная времени фильтра нижних

1 1 частот выбирается равной (-, — -) по2 3 стоянной времени фильтра верхних частот и фазового звена, т.е. (l =(- — -)" причем значительно

2 3 превышает (по крайней мере на порядок) постоянную времени " р широко-полосного усилителя.

Тензорезисторный мост состоит из резисторов, включенных по мостовой схеме (четырехполюсник с перекрестными связями), причем один или несколько резисторов являются датчиками измеряемой физической величины, например давлечия, Частотный преобразователь для тенэодатчика работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого воздействия тензореэисторный мост 1 сбалансирован и его коэффициент передачи равен нулю, Колебание с выхода сумматора ? поступает на вход фазового звена 3, где оно приобретает (при, условии, что применяется фазовое звено первого порядка) фазовый сдвиг

2 .Х

=arctic — --, †— --, (сУ ) — 1 и через смеситель 4 поступает на вход фильтра 5 нижних астот. С выхода последнего сигнал с дополнительным фазовым сдвигом

=-агсср-ь37 2 (при условии, что применяется фильтр нижних частот первого порядка с ьт=1/2г) поступает на вход широкополосного усилителя 6, с выхода которого усиленньй сигнал с дополнительным фазовым сдвигом, приобретенным в усилителе:

15 Ч,, =-arсtð i„ (c — постоянная времени широкополосного усилителя 6, причем V.„ (c ), через фильтр 7 верхних частот, где он приобретает(при условии, что используется фильтр верхних частот первого порядка) дополнительный фазовый сдвиг

1! 1

%, =arctp< поступает на вход сумматора 2. Уровень сигнала на втором входе сумматора как тенэорезисторный мост 1 сбалансирован. При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 6 выполня30 ется условие баланса амлитуд в замкнутом кольцевом соединении, состоящем из блоков 2-7, и на выходе усилителя

6 существует автоколебание с некоторой частотой Ы,, которая определяется из условия баланса фаз;

+,,+1, =И, (1) где 1%=0, 1,2,3...

Последовательно соединенные умножитель 8, смеситель 4 и фильтр 5 нижних частот образуют инвертор Фазового

40 сдвига сигнала, приобретенного в фильтре 7 верхних астот и фазовом звене 3. На вход умножителя 8 поступает сигнал U, с частотой ь7:

U =U, сов<2„r, с выхода которого сигнал удвоенной частоты 2© и, =П, соз2Иг поступает на первьй вход смесителя 4, на второй вход которого подается саг.50 нал U с частотой <-4 с выхода фазового звена 3:

Б -П соя(с1 г. Ф + ) .

На выходе фильтра 5 нижних частот выделяется сигнал разностной частоты, поступающий со смесителя 4:

=Бт сов(2сде — (Q„t+y + )j =

1270." 7 (2) =U cos(t ) t-!Р, -W, ), а сиянал суммарной частоты фильтром нижних частот подавляется.

Как видно из выражения (2), фаза сигнала, поступающего на вход усилителя 6, равна, но противоположна по знаку фазе сигнала, поступающего с выхода фазового звена 3.

На основании вышесказанного уравнение баланса фаз (1) можно записать в виде:

1 2 Й 1

-arctg< -arctg )2 arctg-!Ж(3) -arctgu)i„ =kÚ, мируются, процесс суммирования при условии существования в рассматривае-З5 мой колебательной системе гармонических колебаний показан на векторной диаграмме (фиг.2). При этом колебание на выходе сумматора 2 приобретает фазовый сдвиг по отношению к колебанию на выходе усилителя 6:

sin(arctg<)

=arctg г

k u!

--+cos(aretg--.) где k, — коэффициент передачи тензореэисторного моста 1; модуль коэффициента передачи фильтра 7 верхних частот.

При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 6 (при выполнении условия баланса амплитуд) на его выходе существует колебание с частотой, определяемой из условия баланса фаз:

" г+" г % + = или с учетом действия фазоинвертируюгде k=0,1,2,3... Четные значения Е соответствуют. условию отсутствия инвертирования колебаний в усилителе 6 рассматриваемой автоколебательной цепи из блоков 2-7, а нечетные зна— чения k — наличию инвертирования сигнала в указанной цепи.

При наличии измеряемого воздействия тензорезисторный мост 1 разбалансирован и его коэффициент передачи отличен от нуля, при этом на вход сумматора 2 подается колебание U, прошедшее с выхода усилителя 6 через тензорезисторныч мост 1. !! 30

Колебание U, на втором входе сумматора 2 формируется как и при сбалансированном тензорезисторном мосте.

В сумматоре 2 эти два колебания сумсостоящей иэ блоков 8, щей цепи, 4и5:

sin(-arctg

-k

- -+с

1 ) агсг.р-,„-.) 2!.) iarctg (! Di) — 1! оs (àrct c ) 1 г.

-агс 8„- . И -are tg! .! !„=k!!.

2 (4) в соответствии с изменением величины коэффициента передачи тензорезисторного моста 1. По величине и знаку отклонения частоты автоколебаний на выходе усилителя 6 судят о величине и знаке отклонения коэффициента передачи тензорезисторного моста 1, а следовательно, и о величине и знаке отклонения измеряемой физической величины.

Учитывая, что в устройстве-прототипе модуль коэффициента передачи фильтра верхних частот 1 ранен 2, а в данном устройстве коэффициент передачи фильтра верхних частот равен 1, а также основываясь на расчетах, можно сделать вывод, что в данном устройстве крутизна характе- ристики преобразования по крайней мере в 2,8 раза выше, чем в базовом варианте.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает более высокой крутизной характеристики преобразования изменения коэффициента передачи тензорезисторного моста в изменение частоты, а следовательно, оно имеет большую чувствительность к изменениям коэффициента передачи тензореэисторного моста и обладает большей чувствительностью к изменениям измеряемого физического параметра, например, силы или давления. Это обусловлено тем, что введение последовательно соедиИэ этого выражения следует, что частота автоколебаний в системе зависит от величины коэффициента передачи k, тензорезисторного моста, а следователыго, от измеряемого воздействия, например, силы или давления, Лри измерении измеряемой физической величины происходит изменение величины коэффициента передачи тензорезисторного моста 1. Это приводит к изменению фазового сдвига Ч! колет бания на выходе сумматора 2. При этом условие баланса фаз выполняется на другой частоте и частота автоколебаний на выходе усилителя 6 изменяется

Формула изобретения

Составитель В.Семенчук

Редактор А.Лежнина Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Заказ 6229/40 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5, Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

5 1270 ненных смесителя, фильтра нижних частот, широкополосного усилителя и умножителя частоты позволяет увеличить чувствительность фазочастотной харак, теристики цепи, образованной фильтром верхних частот, тензорезисторным мостом, сумматором, фазовым звеном, фильтром нижних частот и широкополосным усилителем, к изменениям измеряемой физической величины. 10

Частотный преобразователь для тензодатчиков, содержащий последователь- 15 но включенные тенэореэисторный мост, сумматор и фазовое звено первого по547 4 рядка, а также фильтр высоких частот, подключенный входом к входу тенэореэисторного моста, а выходом к второму входу сумматора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности путем увеличения крутизны характеристики преобразования, в него введены последовательно соединенные смеситель, фильтр нижних частот, широкополосный усилитель и умножитель частоты, выход которого подключен к первому входу смесителя, при этом выход широкополосного усилителя соединен с входом тензорезисторного моста, а выход фазового звена первого порядка подключен к второму входу смесителя.