Частотный преобразователь

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к преобразователям электрических сигналов амплитудных датчиков, и может быть использовано в преобразователях для измерения различного рода неэлектрических величин. Цель изобретения - повышение чувствительности устройства за счет увеличения крутизны характеристики преобразования - достигается путем осуществления автоколебаний с частотой, величина и знак отклонений которой относительно ее номинального значения определяются величиной и знаком отклонения коэффициента передачи параметрического амплитудно-чувствительного четырехполюсника (ПАЧЧ) 1, а следовательно, и измеряемой физической величины. Воздействие физической величины вызывает изменение фазового сдвига на выходе цепи, образованной ПАЧЧ 1, двумя фильтрами 2 и 3 нижних частот, двумя фазовыми звеньями 4 и 8 и сумматором 5. При большом коэффициенте усиления широкополосного усилителя 7 в устройстве существуют автоколебания. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (5l )5 G 01 В 27/02, 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМ .К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21 ) 4413384/24-21 (22) 19.04.88 (46) 15.01.90. Бюл. Ф 2 (71) Харьковский авиационный институт им. Н. Е . Жук ов ск or o (72) Ф.И.Веников, Е.C.Êoëåñíèê и В.Л.Сорокопут (53) 621.317.79 (088,8) (56) Заявка ФРГ И - 3000291, кл. G О! R27/02,,1982, Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин. М-.Л.:

Энергия, 1966, с. 546-548. (54 ) ЧАСТОТОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к преобразователям электрических сигналов амплитудных датчиков, и может быть использовано в преобразователях для измерения различного рода неэлектрических величин.

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства за счет увеличения крутизны характеристики преобразования — достигается путем осуществления автоколебаний с частотой, величина и знак отклонения которой относительно ее номинального значения определяют величиной и знаком отклонения коэффициента передачи параметрического . амплитудно-чувс твительного четырехполосника (ПАЧЧ) 1, а следовательно, и измеряемой физической величины. Воздействие физической величины вызывает изменение фазового сдвига на выходные цепи, образованной ПАЧЧ 1, двумя фильтрами 2 и 3 нижних частот, двумя фазовыми звеньями 4 и 8 и сумматором 5. При большом коэффициенте усиления широкополосного усилителя 7 в устройстве существуют автоколебания. I ил.

1536324

Изобретение относится к контроль о-измерительной технике, в частности к преобразователям электрических

Сигналов амплитудных датчиков, и моЙет быть использовано в измерительных устройствах для измерения различного рода неэлектрических величин.

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства за счет уве- 1р ,пичения крутизны характеристики пре, обр аз ов ания.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, Устройство содержит последователь- 15 но включенные амплитудный датчик 1, первый 2 и второй 3 фильтры нижних частот, первое фазовое звено 4, выход которого подключен к первому входу сумматора 5, второй вход которого соединен с выходом второго фазового звена 6, подключенного входом к вхо,ду амплитудного датчика 1, а также последовательно соединенные аттенюатар 7, вход которого подключен к вы — 25 ходу сумматора 5, широкополосный уси— литель 8 и амплитудный детектор 9, выход которого подключен к управляющему входу аттенюатора 7, а вход соединен с входом второго фазового звена 6, 3<

Устройство работает следующим образом.

B отсутствие измеряемого воздейст35 вия сигнал с выхода амплитудного дат-! чика 1 с амплитудой U, соответствуюФ щей нулевому измеряемому воздействию, поступает на вход фильтра 2 нижних

II частот, с выхода которого сигнал UI с фазовым сдвигом (p „„, поступает на вход фильтра нижних частот и, приобретая в нем фазовый сдвиг Ч „„, поступает на вход фазового звена 4. С выхода фазового звена 4 сигнал V с допол-45 нительным фазовым сдвигом ц) в поступает на первый вход сумматора 5, Одновременно с этим входной сигнал UI через фазовое звено 6, в котором он приобретает фазовый сдвиг ц б,,поступа

5 ет на второй вход сумматора 5. В результате суммирования колебаний U< и

U в сумматоре 5 фаза колебанийо на

2. его выходе при условии, что используются фильтры 2 и 3 нижних частот и фа55 зовые звенья 4 и 6 первого порядка с

Ку.зв.6 1 "де в.веа в.вв.е

К модули коэффициентов передачи фазов ф Ье,4 ъв. азовых звень-ев 4 и 6 соответственно, равна . K

K — Кт, К, ;сов агсСд я чл

arctgu3I >,+u-2 arctge < е. )+вi jii л л Гс — gMI „+ ь-2 arctg43 р,qв,q 1+сов jI— л — 2 агс дИ ;>вД

- 2 аге ;дЯ "<р.зь.в) л л л л т I= c q,вв. ю q.ве.6 янные времени фильтров 2 и 3 нижних частот и фазовых звеньев 4 и 6 соответственно;

Q — частота сигнала U,;

К вЂ” коэффициент передачи амплитуд1 ного датчика 1;

К К вЂ” модули коэффициентов

A)I Э передачи первого 2, второго 3 фильтров нижних частот;

К К вЂ” коэффициенты передачи K 1. ! сумматора 5 для сигналов U<.и U< соответственно.

При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 8 в замкнутом кольцевом соединении, состоящем из блоков 1-8, выполняется условие баланса амплитуд, и на выходе усилителя 8 существуют автоколебания,.частота которых соответствует нулевому измеряемому воздействию и определяется из условия баланса фаз

Ц +ф„, =К в где Ц вЂ” фаз овый сдвиг на выходе ши шЪ рокопоЛосного усилителя, K=O, 1, 2,3, Четные значения K соответствуют условию отсутствия инвертирования колебаний последовательно соединенных усилителя 8 и цепи обратной связи, состоящей из блоков 1-7, нечетные значения К вЂ” наличию инвертирования сигнала в вышеуказанном соединении усилителя 8 и цепи обратной связи.

Последовательно соединенные амплитудный детектор 9 и аттенюатор 7 образуют цепь автоматической регулировки амплитуды автоколебаний в системе. При достаточной амплитуде выходного напряжения амплитудного детектора 9, соединенного выходом с управляющи входом аттенюатора 7, последний поддерживает в автоколебательной системе колебания синусоидальной формы. Б динамическом режиме изменение измеряемого воздействия приводит к изменению коэффициента передачи амплитудного датчика 1, что, в свою .очередь, вьг:ынает изменение фазового сдвига Ц . колебания на

5 153 выходе сумматора 5, При этом условие баланса фаз выполняется на другой частоте, и частота автоколебаний на выходе усилителя 8 изменяется в соответствии с изменением коэффициента передачи амплитудного датчика 1 ° По величине и знаку отклонения частоты автоколебаний на выходе усилителя 8 судят о величине и знаке отклонения коэффициента передачи амплитудного датчика 1, а следовательно, и о величине и знаке отклонения измеряемой физической величины, Применение цепи автоматической регулировки амплиту-, ды, состоящей из амплитудного детектора 9 и аттенюатора 7, позволяет увеличить крутизну характеристики преобразования устройства. Это объясняется тем, что благодаря наличию данной цепи в рассматриваемом преобразбвателе поддерживаются гармоиические автоколебания и сохраняются фазовые соотношения, определяемые соотношением (1), Если цепь автоматического регулирования амплитуды отсутствует, то при переходе в-более низкочастотную область с изменением преобразуемого физического параметра форма автоколебаний изменяется, приближаясь к прямоугольной. Это объясняется тем, что коэффициент усиления усилителя 8, коэффициенты передачи фильтров 2 и 3 и сумматора 5 с понижением частоты проходящих чере 3 них сигналов увеличиваются, B спектре автоколебаний появляются гармонические составляющие более высокого порядка, взаимодействие которых в нелинейных цепях устройства с первой гармоникой приводит к изменению фазовых соотношений для последней. В конечном итоге фазовый сдвиг первой гармоники колебаний отличается от величины, определяемой соотношением (1), и динамический диапазон изменения частоты выходных колебаний уменьшается.

Как показали экспериментальные исследования предлагаемого устройства с амплитудным детектором, реализован-. ным в виде оптоэлектронного датчика перемещений, динамический диапазон изменения частоты выходных колебаний

6324 6 при отсутствии цепи автоматического регулирования амплитуды уменьшипся на

233 при фиксированном динамическом диапазоне измеряемых перемещений.

Формула изобретения

Частотный преобразователь, содержащий амплитудный датчик, сумматор, первое фазовое звено, выход которого соединен с первым входом сумматора, широкополосный усилитель, выход которого соединен с входом амплитудного

35 датчика и с входом первого фазового звена, и фильтр нижних частот, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чув ствительности, в него введены последовательно соединенные

4О амплитудный детектор и аттенюатор, последовательно соединенные второй фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, и второе фазовое зве45 но, подключенное выходом к второму входу сумматора, выход которого соединен с вторым входом аттенюатора, при этом амплитудный детектор подключен входом к выходу широкополос-.

50 ного усилителя, вход которого соединен с выходом аттенюатора, а выход амплитудного датчика подключен к входу первого фильтра нижних частот, Устройство имеет в 3 раза большую крутизну характеристики преобразования чем базовое. устройство. Следовательно, оно обладает в 3 раза большей чувствительностью к изменениям измереяемого физического параметра, например силы, давления, перемещения и т.д. Это обусловлено тем, что введение второго фильтра нижних частот, второго фазового звена, амплитудного детектора и аттенюатора позволяет увеличить чувствительность фазо-частотной характеристики цепи, образо20 ванной параметрическим амплитудночувствительным четырехполюсником, двумя фильтрами нижних частот, двумя фазовыми звеньями и сумматором, к изменениям измеряемой физической величи25 ны.