Электрометрический преобразователь заряда

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 G 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4166496/24-21 (22) 24.12.86 (46) 30.12.88. Бюл. Ф 48 (72) А.В.Есаулов (53) 621 317.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1208513, кл., 0 01 R 19/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1260862, кл. 0 01 R 19/00, 1984. (54) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗАРЯДА (57) Изобретение может быть использовано для преобразования выходных сигналов с пьезоэлектрических датчи ков ускорений, вибраций и давлений, йоР

„„SU, 1448293 А I а также для контроля параметров высокоомных цепей. Цель изобретения — по:, вьппение точности хранения преобразованного сигнала. Устройство содержит усилитель 1 заряда, выполненный на электрометрическом усилителе 2 с интегрирующим конденсатором 3 в цепи обратной связи, усилитель 4 постоянного тока, блок 5 слежения — хранения, таймер 7, оптоэлектронные пары

10 и 11 и аналоговый ключ 13. Для достижения поставленной цели в устройство введен резистор 12 и образованы новые функциональные связи.

2 ил.

1448293

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть

Использовано для преобразования выходных сигналов с пьезоэлектрических датчиков ускорений, вибраций и давлений, а также для контроля параметров высокоомных цепей.

Uenb изобретения — повышение точности хранения преобразованного сигналаа, На фиг. l приведена функциональная схема устройства; на фиг,2 временные диаграммы, поясняющие его работу. 15

Устройство содержит усилитель за..ряда 1, включающий в себя электрометрический усилитель 2 с интегрирую щим конденсатором 3 в цепи обратной связи, подключенный между входом и 2Q выходом устройства, а также усилитель постоянного тока 4,, блок 5 слежения-хранения, первый резистор 6, таймер 7, первый и второй диоды 8 и

9, первую и вторую оптоэлектронные 25 пары 10 и )1, второй резистор 12 и аналоговый ключ 13, выполненный,например, на полевом транзисторе или оптроне. Оптоэлектронная пара 10 включает в себя излучающий элемент 3О

14, например светодиод, и фотодиод

15 в качестве которого использован эмиттерный переход транзистора в фотогальваническом режиме. Оптоэлектронная пара ll включает в себя излу35 чающий элемент 16 и фотодиод 17 и выполнена аналогично первой., К входу усилителя заряда 1 подключены анод фотодиода 15 и катод фотодиода

17, а к выходу — вход усилителя 4.

Выход усилителя 4 через последовательно соединенные блок 5 слеженияхранения и резистор 6 соединен с анодом диода 8 и катодом диода 9, Вход управления ключа 13 и вход запуска таймера 7 присоединен к шине

"Сброс". К выходу таймера 7 подключены шина "Готовность" и вход управления блока 5 слежения-хранения, который может быть выполнен в виде последовательно соединенных аналог.о-ци<Ърового и цифроаналогового преобразователей. Катод первого и анод второ.го фотодиодов 15 и 17, первый вывод резистора 1 2 присоединен к первому выводу ключа 13.< Вторые выводы резистора 12 и ключа 13 присоединены соответственно к общей шине и к выходу усилителя 4. Анод элемента 14 подключен к катоду диода 8, а катод— к общей шине, Катод элемента 16 подключен к аноду диода 9, а анод — к общей шине.

Устройство работает следующим о6разом.

До начала измерений (после подачи питания на схему) ключ 13 разомкнут. Выходное напряжение усилителя 1

Н,1 (фиг.? а) имеет отличное от нулевого, значение и определяется величиной приведенного напряжения cMemeния нуля электрометрического усилителя 2. Выходной сигнал усилителя заряда 1 усиливается усилителем постоянного тока 4 в К раз „ причем

К .1, и поступает на вхбд блока 5 слежения-хранения. Блок 5 находится " в состоянии хранения аналогового сигнала, его начальное выходное напряжение после .подачи напряжения питания и отсутствии управляющего сигнала близко нулю. В цепи резистора 6 ток практически отсутствует. После подачи команды управления на вход

"Сброс" (фиг,2 б), запускается таймер 7, выходной сигнал 0 (фиг.2в) которого переводит блок 5 в режим слежения. Начинает протекать ток в цепи резистора 6. В зависимости . от полярности выходного тока блока 5 он протекает либо через излучающий элемент 14, либо через излучающий элемент 16. В течение длительности импульса сброса ключ 13 замкнут,при этом в течение интервала времени

t -1g усилитель заряда 1 охватывается нелинейной отрицательной обратной связью, элементами которой являю гся фотодиоды 15 и 17, конденсатор

3 быстро разряжается вследствие небольшого дифференциального сопротивления прямосмещенного сопротивления фотодиода до уровня напряжения, при котором запираются р-и-переходы фотодиодов 15 и 17 оптопар 10 и 11, Начиная с момента времени t,<, фотодиод приемник излучения, например фотодиод 17, генерирует компенсационный

ТоК с полярностью, обратнои полярности тока„ интегрирование которого вызвало появление текущего выходного напряжения усилителя заряда !. Начиная с момента времени tg выходное напряжение "U усилителя заряда 1 уменьшается за счет интегрирования компенсационного тока и к моменту времени, т.е. к концу интервала врез 144 мени t -t >, формируемого таймером 7, выходное напряжение U усилителя заряда ) .определяется ошибкой статизма контура компенсации тока смещения и составляет доли милливольта, После окончания интервала времени, формируемого таймером 7, блок 5 переходит . в режим хранения, при этом на его выходе присутствует напряжение, которое преобразуется резистором 6 в ток, протекающий через. один из излучающих элементов 14 или 16, при этом соответствующий фотодиод 15 или 17 генерирует компенсационный ток, полярность которого противоположна полярности тока смещения усилителя заряда, во время преобразования входных сигналов, т.е. в течение рабочей стадии функционирования устройства, В момент времени tq на вход электрометрического преобразователя заряда .поступает входной сигнал Ху (фиг.2г), который интегрируется конденсатором

3. Выходное напряжение U1 усилителя заряда 1 имеет знак, противоположный знаку входного сигнала Iq .

При хранении преобразованного сигнала этот режим характерен для квазистатической градуировки пьезокварцевого датчика давления) разряд конденсатора 3 происходит за счет сопротивления утечки входной цепи преобразователя из-за конечного коэффициента усиления Ко с разомкнутой петлей обратной связи электрометрического усилителя ?, а также из-за конечного сопротивления изоляции интегрирующего конденсатора 3, но не зависит от сопротивления утечки аналогового ключа 13, что повышает точ8293 ность хранения преобразованного сигнала.

Формула изобретения

Злектрометрический преобр азователь заряда, содержащий усилитель заряда, на электрометрическом усилителе с интегрирующим конденсатором в цепи обратной связи, вход и выход которого подключены соответственно к входу и выходу устройства, выход устройства через последовательно включенные усилитель. постоянного тока, блок слежения-хранения и первый резистор соединен с анодом перЪ вого иода и катодоМ второго диода, таймер, вход управления которого соединен с входом управления аналогового ключа и шиной "Сброс", а выход— с входом управления блока слеженияО хранения, анод излучающего элемента первой оптоэлектронной пары соединен с катодом первого диода, а катод подключен к общей шине, катод

2 излучающего элемента второй оптоэлектронной пары соединен с анодом второго диода, а анод подключен к

t общей шине, анод фотодиода первой оптоэлектронной пары и катод фотодиода

З0 второй оптоэлектронной пары подключены к входу усилителя заряда, катод фотодиода первой оптоэлектройной пары соединен с анодом фотодиода второй оптоэлектронной пары, о т л ич а ю шийся тем,.что,с целью

3S повышения точности хранения преобразованного сигнала; в него введен второй резистор, причем. катод фотодиода первой оптоэлектронной пары:подклю40 чен к выходу усилителя постоянного тока через аналоговый ключ, а к общей шине — через второй резистор.! 448293

Составитель С,Рыбин

Техред А.Кравчук Корректор С.Шекмар

Редактор М.Товтин

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6843/50 Тираж 772 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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