Частотный тензопреобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике ,и может быть использовано в устройствах для измерения механического усилия или давления . Изобретение обеспечивает повьшение чувствительности устройства путем увеличения крутизны характеристики преобразования. Устройство содержит опорный генератор 1, тензорезистивный мост 2, фильтр 3 верхних частот, сумматор 4, однополоеные смесители 5-8, перестраиваемый (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (51) 4 G 01 D 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

® ®ю йа

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4010672/24-21 (22) 13. 01. 86 (46) 15. 08. 87. Бюл, У 30 (72) В,Н,Борщев, Ф.И,Веников, Е.С.Колесник и Ю.М.Спалек (53) 621.317 ° 7 (088.8) (56) Дмитриев В.А., Лукичев А.В.

ГИС частотного преобразователя для тензодатчиков. — Приборы и системы управления, 1983, Ф 9, с. 24-25, Заявка ФРГ 11 3000291, кл. G 01 R 27/02, 1981. (54) ЧАСТОТНЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения механического усилия или давления. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности устройства путем увеличения крутизны характеристики преобразования. Устройство содержит опорный генератор 1, тензорезистивный мост 2, фильтр 3 верхних частот, сумматор 4, однополосные смесители 5-8, перестраиваемый генератор 9, частотно-зависимый фазовращатель 10, резонансный усилитель 11, фазовый детектор 12 и блок

13 управления. Однополосные смесители выполнены по фильтровой или фазокомпенсационной схеме. Частотно-зависимый фазовращатель выполнен таким образом, что создаваемый им фазовый сдвиг прямо пропорционален

1330469 частоте входных колебаний, В качестве частотно-зависимого фаэовращателя может быть использована линия задержки. Изменение частоты генератора 9 зависит от изменения величи- ны коэффициента передачи тензорного моста, а следовательно, от измеряемого воздействия, .например, силы или давления. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к частотным тензопреобраэователям, и может быть использовано в измерительных устройствах для измерения силы или давления ((ель изобретения — повышение чувствител ности частотного тензопре— образователя путем увеличения крутизны характеристики преобразования.

На чертеже изображена функциональная схема частотного тензопреобразователя.

Частотный тензопреобраэователь содержит последовательно включенные опорный генератор 1 и тензорезис— .торный мост 2, а также фильтр 3 верхних частот, подключенный входом к входу тензорезисторного моста 2, а выходом — к второму входу сумматора

4, первый вход которого подключен к выходу тензорезисторного моста 2, последовательно включенные четыре

25 однополосных смесителя 5-8, последовательно соединенные перестраиваемый генератор 9 и частй.но-зависимый фа-. зовращатель 10, выход которого подключен к второму входу третьего од30 нополосного смесителя 7, резонансный усилитель 11, выход которого соединен с вторым входом первого однополосного смесителя 5, а вход — с выходом четвертого однополосного смесителя 8, и последовательно включенные фазовый детектор 12 и блок 13 управления частотой перестраиваемого генератора 9, причем выход опорного генератора 1 соединен с первым входом первого однополосного смесителя 5, 40 выход резонансного усилителя 11 подключен к второму 1эходу фазового де тектора 12, выход сумматора 4 соединен с вторым входом второго однополосного смесителя 6, а выход перестраиваемого генератора 9 подключен к второму входу четвертого однополосного смесителя 8 °

Тензорезисторный мост 2 состоит из резисторов, включенных по мостовой схеме (так назЫваемый четырехполюсник с перекрестными связями), причем один или несколько резисторов являются датчиками измеряемой физической величины, например, давления.

Однополосные смесители 5-8 выполнены по фильтровой или по фазокомпенсационной схемамх. В первом случае для выделения колебания либо с суммарной либо с разностной частотой использован фильтр, установленный на выходе перемножителя (смесителя) сигналов. Во втором случае выделение одной боковой полосы осуществляется благодаря соответствующему включению двух или трех перемножителей и двух или трех фаэовращателей в однополосном смесителе.

Кроме того, частотно-зависимый фаэовращатель 10 выполнен таким образом, что фазовый сдвиг в нем прямо пропорционален частоте входных колебаний. В качестве частотозависимого фазовращателя может быть установлена, например, линия задержки, 1

Частотный тензопреобраэователь работает следующим образом.

С выхода опорного генератора 1 колебание с частотой (, поступает на вход тензорезисторного моста 2 и одновременно на вход фильтра 3 верхних частот. С выходов тенэоре3

330469

4 зисторного моста 2 и фильтра 3 верхних частот колебания поступают на входы сумматора 4. Тенэореэисторный мост 2 и фильтр 3 верхних частот, входы которых соединены, а также сум- матор 4, подключенный входами соответственно к выхоцам тензорезисторного моста 2 и фильтра 3 верхних частот, образуют частотозависимый фазовращатель, величина фазового сдвига в котором определяется значением коэффициента передачи тензореэисторного моста. В стационарном состоянии при отсутствии измеряемого воздействия тенэорезисторный мост 2 сбалансирован и его коэффициент передачи равен нулю. Фазовый сдвиг колебания на выходе сумматора 4 по отношению к колебанию на выходе опорного генера30

35 на его входы. В результате возвратного гетеродинирования на выходе однополосного смесителя 8 выделяется . колебание, сдвинутое по фазе отно40 сительно колебания на первом входе однополосного смесителя 7 на величину 9 = 8+ „ 1 р (или а - »

-ц„ с ), где о — групповое время запаздывания сигнала в частотно-sa45 висимом фазовращателе 10, q, — фазовый сдвиг колебания в цепях фильг. рации смесителей 8 и 7. Учитывая выше представленные фаэовые соотношения, условие баланса фаз для авто50 колебательной системы, образованной включенными в кольцевое соединение смесителями 5-8 и резонансным усилителем 11, можно представить в виде

1 асму are tg +9с„з +an„(, +9р 1 с® см8

1 .тора 1 равен (= are tg — где с (P . о Ф постоянная времени фильтра 3 верхних частот (при условии, что использован фильтр верхних частот первого порядка), С выхода опорного генератора 1 колебание поступает также на первый вход первого однополосного смесителя 5, выход которого соединен с входом второго однополосного смесителя

6, на второй вход которого поступает колебание с выхода сумматора 4. С выхода второго однополосного смесителя

6 колебание поступает на вход третьего однополосного смесителя 7, выход которого соединен с входом четвертого однополосного смесителя 8, на второй вход которого поступает колеба-. ние с выхода перестраиваемого генератора 9. Одновременно колебание с выхода перестраиваемого генератора 9 через частотно-зависимый фазовращатель 10 поступает на второй вход третьего однополосного смесителя У.

С выхода четвертого однополосного смесителя 8 колебание поступает на вход резонансного усилителя 11, выход которого соединен со вторым входом первого однополосного смесителя 5.

Включенные в кольцевое соединение однополосные смесители 5-8 и резонансный усилитель 11 образует автоколебательную систему, в которой в стационарном состоянии при выполнении условий баланса фаз и амплитуд су- . ществуют устойчивые колебания с частотой, равной частоте со, опорного генератора. На входы фазового детекто5

25 ра 12 поступают колебания одинаковой частоты, поэтому управляющее напряжение íà его выходе равно нулю, и блок !3 управления удерживает значение частоты перестраиваемого генератора 9 равным номинальному „, В последовательно соединенных однополосных смесителях 5 и 6 происходит возвратное гетеродинирование колебаний, при этом на выходе смесителя 5 выделяется колебание с частотой 2а, равной сумме частот колебаний, поступающих на,его входы. На выходе смесителя 6 выделяется колебание с частатой а, равной разности частот колебаний, поступающих на его входы, В результате возвратного гетеродинирования на выходе однополосного смесителя 6 выделяется колебание,сдвинутое по фазе относительно колебания на выходе резонансного усилителя 11 у rpe (f ñì6 фазовый сдвиг колебания в цепях™филь« трации смесителя 6. В последовательно соединенных смесителя 7 и 8 .также происходит возвратное гетеродинирование колебаний, причем на выходе смесителя 7 выделяется колебание с частотой, равной сумме и + Q „, (или разности (а,-а„, ) частот колебаний, поступающих на его входы. На выходе смесителя 8 выделяется колебание с частотой а, равной разности (или сумме) частот колебаний, поступающих илй ц» -are tg — +P з И„„ +f

/ г l33Î4á9

6 ловие баланса фаз в этом случае принимает вид

,"Д

» г

+ arctg где К=О, 1, 2, „ — фазовый набег колебания в резонансном усилителе, В стационарном режиме на выходе перестраиваемого генератора 9 существует колебание с номинальной частотой (а„„, соответствующей нуле-! вому коэффициенту передачи тензорезисторного моста 2 B отсутствие измеряе- 1О вому коэффициенту передачи тензорезисторного моста 2 в отсутствие измеряемого воздействия,.

В динамическом режиме при наличии измеряемого воздействия тензорезисторный мост 2 разбалансирован и его коэффициент передачи отличен от нуля, при этом на первый вход сумматора 4 подается колебание UI, прошедшее с выхода опорного генератора 1 через тензорезисторный мост 2.

II

Колебание U на втором входе сумматора 4 формируется также, как и при сбалансированном тензорезисторном мосте. В сумматоре 4 эти два ко- 25 лебания суммируются, при этом колеФ бание на выходе сумматора 4 приобретает фазовый сдвиг по отношению к колебанию на выходе опорного генератора 1, равный 30

1 зхп arctg

»- о»

p= arctg

К» 1 Э вЂ” +сов агсс8 ——

К,,Я."

35 где К вЂ” коэффициент передачи тензорезисторного моста 2;

К вЂ” модуль .коэффициента передачи фильтра 3 верхних частот.

Изменение измеряемой физической величины приводит к изменению величины коэффициента передачи тензорезисторного моста 2, что вызывает изменение фазового сдвига с колебания на выходе сумматора 4. Частота автоколе- 15

Т баний в автоколебательной системе„ образованной включенными в кольцевое соединение блоками 5-8 и 11, отклоняется относительно номинального значения, так как условие баланса фаз выполняется на другой частоте. На выходе фазового детектора 12 при этом появляется управляющий сигнал, который поступает на блок 13 управления. Блок

13 управления перестраивает генератор 5

9 на величину ли,„ так, что условие баланса фаз в автоколебательной системе, образованной блоками 5-8 и 11, выполняется снова на частоте, . Ус1 1

sin arctg I, Ю„;агс а К-, + ».— ° + cos агс д а"

+ » gee+ (©II» o ПГ) ) 7 Ðg или

sin arctg а, (IÄ -arcing

+ со"

+Ч смЯ (ьп.о + о» ».Ь . + lpga =К II . (2)

При этом величина фазовых сдвигов

tP,„I,с р и ср, остается практически неизменной. Из выражений (1) и (2) следует, что приращение частоты перестраиваемого генератора 9, вызванное измеряешь»м воздействием, равно

sin arctg — о"

Ф

-arctg = - +

К(1 — + cos arctg

» о» (3) Из этого выражения следует, что изменение частоты перестраиваемого генератора зависит от изменения величины коэффициента К передачи тенI зорезисторного моста, а следовательно, от измеряемого воздействия, например, силы или давления.

Ф о р мул а и з обретения,Частотный тензопреобразователь, содержащий посл едовательно включенные тензорезистивный мост и сумматор, а также фильтр верхних частот, подключенныи входом к входу тензорезисторного моста, а выходом — к второму входу сумматора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности путем увеличения крутизны характеристики преобразования, в него дополнительно введены последовательно включенные четыре однополоснь»х смесителя и резонансный усилитель, выход которого соединен с вторым ВХОцОм перВОГО ОднопОлоснОгО смесителя, а также последовательно включенные опорный генератор, фазовый детектор, блок управления частотой перестраиваемого генератора, перестраиваемый генератор и частотноСоставитель Н.Михалев.

Редактор А.Ревин Техред И.Попович Корректор А.Ильин

Заказ .3570/42 Тиралс 693 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий,113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Умгород, ул. Проектная, 4

13304 зависимый фазовращатель, выход которого соединен с вторым входом третьего однополосного смесителя, причем выход опорного генератора соединен ,5 с входом тензорезисторного моста и с первым входом первого однополосного смесителя, а выход сумматора подклю69 чен к второму входу второго однополосного смесителя, кроме того, выход резонансного усилителя соединен с вторым входом фазового детектора, а выход перестраиваемого генератора соединен с вторым входом четвертого однополосного смесителя.