Измеритель частоты резонаторного датчика технологических параметров

Авторы патента:

G01H13 - Измерение резонансной частоты

Владельцы патента RU 2456556:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Измеритель частоты резонаторного датчика технологических параметров содержит первый сумматор, соединенный соответственно первым и вторым плечами с резонаторным датчиком и выходом перестраиваемого по частоте генератора электромагнитных колебаний, и генератор напряжения. При этом в него дополнительно введены второй сумматор, преобразователь частоты в напряжение, указательный и измерительный блоки, причем третье плечо первого сумматора соединено со входом преобразователя частоты в напряжение, выход которого подключен к указательному блоку и первому плечу второго сумматора, второе плечо второго сумматора соединено с генератором напряжения, третье плечо второго сумматора соединено со входом перестраиваемого по частоте генератора электромагнитных колебаний, выход последнего подключен к измерительному блоку. Технический результат заключается в упрощении процесса измерения частоты резонаторного датчика. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен измеритель влажности газов, содержащий два клистронных генератора - измерительный и опорный, частоты которых определяются резонансными частотами соответственно измерительного и опорного объемных резонаторов (см. В.А.Викторов и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. Наука. М., 1978, с.255-256). В этом гигрометре разность частот обоих резонаторов, определяемая методом биений, является функцией влажности контролируемого воздуха, поступающего непрерывно в измерительный резонатор. Опорный резонатор закрыт и откачан до вакуума.

Недостатком этого известного устройства является низкая точность, связанная с нестабильностью частот клистронных генераторов и процедурой определения разности частот методом биений.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятая автором за прототип устройство для измерения уровня по собственной частоте волноводного резонатора (см. В.А.Викторов и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. Энергоиздат, М.: 1989, с.87-88). Согласно принципу действия этого устройства, измерение резонансной частоты, связанной с уровнем контролируемой среды, состоит в том, что после возбуждения модулированных электромагнитных колебаний в волноводном резонаторе (датчике) резонансный импульс и два опорных импульса поступают на входы соответствующих формирователей, выходные сигналы которых используются для управления триггерами. Выходные импульсы триггеров далее поступают на входы фильтров низких частот соответственно. На выходах фильтров выделяются постоянные составляющие импульсов, которые затем подаются на соответствующие входы сумматора. С выхода последнего снимается напряжение, пропорциональное измеряемой величине. При этом количество триггеров и фильтров определяет точность измерения.

Недостатком этого измерителя можно считать сложность, связанную с формированием выходных импульсов триггеров и выделением из этих импульсов постоянных составляющих.

Техническим результатом заявляемого решения является упрощение процедуры измерения частоты резонаторного датчика.

Технический результат достигается тем, что в измеритель частоты резонаторного датчика технологических параметров, содержащий первый сумматор, соединенный соответственно первым и вторым плечами с резонаторным датчиком и выходом перестраиваемого по частоте генератора электромагнитных колебаний, и генератор напряжения, введены второй сумматор, преобразователь частоты в напряжение, указательный и измерительный блоки, причем третье плечо первого сумматора соединено со входом преобразователя частоты в напряжение, выход которого подключен к нулевому указателю и первому плечу второго сумматора, второе плечо второго сумматора соединено с генератором напряжения, третье плечо второго сумматора соединено со входом перестраиваемого по частоте генератора электромагнитных колебаний, выход последнего подключен к измерительному блоку.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого указанными выше признаками, состоит в том, что частота резонаторного датчика технологических параметров сравнивается с частотой перестраиваемого по частоте генератора электромагнитных колебаний и при нулевой разности этих частот измерением частоты перестраиваемого по частоте генератора определяют искомый технологический параметр.

Наличие в заявляемом измерителе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу измерения частоты резонаторного датчика технологических параметров на основе сравнения частот резонаторного датчика и перестраиваемого по частоте генератора с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процедуры измерения.

На чертеже приведена структурная схема измерителя.

Измеритель, реализующий данное техническое решение, содержит первый сумматор 1, соединенный вторым плечом с измерительным блоком 2 и выходом перестраиваемого по частоте генератора электромагнитных колебаний 3, преобразователь частоты в напряжение 4, соединенный выходом с указательным блоком 5 и первым плечом второго сумматора 6, и генератор напряжения 7. На чертеже цифрой 8 обозначен резонаторный датчик.

Измеритель работает следующим образом. Пусть на первое плечо сумматора 1 с резонаторного датчика 8 поступает сигнал частотой f_из, связанной с каким-нибудь технологическим параметром, а на второе плечо этого же сумматора с выхода перестраиваемого по частоте генератора электромагнитных колебаний 3 - сигнал частотой f_пер. Тогда, ввиду того, что этот сумматор работает как вычитатель, с третьего плеча данного сумматора можно получить разность Δf указанных выше частот. После этого на выходе преобразователя частоты в напряжение 4 может формироваться постоянное напряжение, пропорциональное сигналу на входе этого преобразователя, поступающему с третьего плеча первого сумматора. При этом следует отметить, что при нулевой разности Δf на выходе преобразователя напряжение должно быть максимальным, и наоборот.

В предлагаемом измерителе наличие постоянного напряжения на выходе преобразователя контролируется указательным блоком 5. Далее напряжение с выхода преобразователя поступает на первое плечо второго сумматора 6, работающего также как вычитатель. Одновременно на второе плечо этого сумматора от генератора напряжения 7 поступает постоянное напряжение. В результате с третьего плеча второго сумматора снимается разность напряжений, которая далее дает возможность управлять перестраиваемым по частоте генератором электромагнитных колебаний. Для этого с третьего плеча второго сумматора разностное напряжение ΔU поступает на вход перестраиваемого по частоте генератора. В качестве последнего может быть использован, например, генератор с варакторной перестройкой частоты ГЛПД-2. В силу этого частота на выходе данного генератора будет изменяться в зависимости от разностного напряжения ΔU, поступающего на варактор (вход) генератора ГЛПД-2. Как уже отмечалось выше, сигнал с выхода перестраиваемого по частоте генератора подается на второе плечо первого сумматора. В соответствии с приведенными выше рассуждениями с помощью последнего можно вычислить Δf при изменении частот f_из и f_пер.

При f_из<f_пep можно записать

Согласно заявляемому техническому решению, сигнал частотой Δf далее преобразуется в постоянное напряжение. Обозначим это напряжение U₁, а постоянное напряжение, подаваемое от генератора напряжения на второе плечо второго сумматора, U₂. Следовательно, разностное напряжение

ΔU=U₂-U₁

(здесь принимается, что U₂>U₁), снимаемое с третьего плеча второго сумматора, становится функцией параметра Δf. В результате получаем, что при Δf≠0, ΔU≠0 и перестраиваемый по частоте генератор перестраивает свою частоту до тех пор, пока частота f_пер не станет равной частоте f_из. При равенстве этих частот Δf=0 (см. формулу (1)) и по принципу действия преобразователя в напряжение на его выходе напряжение (U₁) должно быть максимальным и равным U₂. В силу этого ΔU будет иметь нулевое значение, приводящее к остановке перестраивания частоты генератора 3. В результате всего этого, измерение частоты перестраиваемого по частоте генератора измерительным блоком 2 (установившийся режим работы измерителя) в момент отсутствия перестраивания частоты даст возможность определить частоту f_из, равную частоте f_пер.

В данном измерителе слежение за максимумом постоянного напряжения U₁, при котором измеряется частота f_пер, производится указательным блоком.

В данном техническом решении независимо от соотношения частот f_из и f_пер обязательным условием является наличие максимума и минимума постоянного напряжения на выходе преобразователя частоты в напряжение при Δf=0 и Δf=макс соответственно при постоянном значении напряжения U₂.

Таким образом, в предлагаемом измерителе путем перестраивания частоты выходного сигнала генератора электромагнитных колебаний при определенных условиях можно обеспечить упрощение процедуры измерения частоты резонаторного датчика технологических параметров.

Реализация предлагаемого измерителя не требует сложных операций по преобразованию цифровых сигналов в аналоговые, и наоборот, что, несомненно, является одним из его достоинств по сравнению с прототипом и другими подобными устройствами.

Измеритель частоты резонаторного датчика технологических параметров, содержащий первый сумматор, соединенный соответственно первым и вторым плечами с резонаторным датчиком и выходом перестраиваемого по частоте генератора электромагнитных колебаний, и генератор напряжения, отличающийся тем, что в него введены второй сумматор, преобразователь частоты в напряжение, указательный и измерительный блоки, причем третье плечо первого сумматора соединено со входом преобразователя частоты в напряжение, выход которого подключен к указательному блоку и первому плечу второго сумматора, второе плечо второго сумматора соединено с генератором напряжения, третье плечо второго сумматора соединено со входом перестраиваемого по частоте генератора электромагнитных колебаний, выход последнего подключен к измерительному блоку.

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано при прочностной аэродинамической доводке осевых турбин и компрессоров, а также при создании систем диагностики осевых турбомашин в авиации и энергомашиностроении.

Устройство оценки акустического качества помещения // 2447241

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для оценки акустики объемных помещений. .

Способ обнаружения резонансных колебаний лопаток ротора турбомашины // 2411466

Изобретение относится к авиадвигателестроению и может быть использовано при диагностике колебаний вращающихся лопаток ротора турбомашин. .

Устройство для исследования колебательных явлений и способ его применения // 2380662

Способ измерения резонансных частот // 2377509

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества микромеханических элементов. .

Способ определения резонансной частоты и декремента затухания колебаний // 2364844

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для контроля механических параметров строительных конструкций и настройки низкочастотных резонансных контуров.

Способ и устройство для измерения частоты колебаний мультикантилевера // 2313141

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения частоты колебаний мультикантилевера. .

Способ определения резонансной частоты, добротности и амплитуды стационарных резонансных колебаний // 2285247

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способы и устройство для моделирования, основанные на определениях жесткости закрытой кожухом гофрированной трубки // 2275609

Изобретение относится к прогнозированию характеристик собственных частот в подсистеме трубок, включающей закрытые кожухом сильфонные компоненты. .

Способ определения резонансной частоты и добротности колебаний объекта // 2265193

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам определения резонансной частоты и добротности колебаний объекта. .

Способ контроля добротности пьезорезонаторов и устройство для его осуществления // 2499234

Использование: для контроля добротности пьезорезонагоров. Сущность: возбуждают колебания пьезорезонатора в области резонанса путем воздействия на него электрическим синусоидальным напряжением с переменной частотой, одновременно выделяют активную составляющую проводимости и выполняют ее дифференцирование, на частотной характеристике производной от активной составляющей проводимости измеряют значение производной на частоте максимума, измеряют частоту максимума производной от активной составляющей проводимости и значение активной составляющей проводимости на частоте максимума производной, после чего вычисляют величину добротности в соответствии с определенным математическим выражением. Технический результат: повышение производительности контроля пьезорезонаторов и обеспечение контроля добротности пьезорезонаторов посредством устройства без элементов памяти. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство измерения резонансных частот и добротности подвижных элементов микромеханических устройств // 2509292

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества микромеханических элементов. Устройство измерения резонансных частот и добротности подвижных элементов микромеханических устройств включает в себя генератор, регулятор амплитуды, усилитель мощности, вибростенд, на подвижной части которого закрепляется исследуемый МЭМС, источник излучения. В устройство добавлены позиционно-чувствительный фотоприемник и узлы обработки сигналов с позиционно-чувствительного элемента и взят точечный источник излучения. Технический результат - повышение точности измерения резонансных частот и определения добротности МЭМС элементов, уменьшение времени измерения. 1 ил.

Способ измерения резонансной частоты // 2536833

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для высокоточного определения резонансной частоты с использованием цифровых методов обработки сигналов, а также определения величин, которые функционально связаны с резонансной частотой резонаторов, входящих в состав радиочастотных датчиков и применяемых в различных областях техники и научных исследованиях. Способ измерения резонансной частоты основан на последовательном возбуждении в резонаторе колебаний различных частот из заданного набора и фиксирования этих частот и соответствующих им значений амплитуды выходного сигнала резонатора. При этом для каждой из частот возбуждения фиксируют амплитуду выходного сигнала после затухания переходного процесса в резонаторе, аппроксимируют полученную дискретную зависимость амплитуды от частоты непрерывной функцией и резонансную частоту резонатора определяют по максимуму этой функции. Технический результат заключается в уменьшении погрешности измерения, обусловленной дискретностью частот возбуждения резонатора и влиянием переходных процессов в этом резонаторе, а также наличием шумов в выходном сигнале резонатора. 4 ил.

Способ измерения добротности резонансного контура и устройство для его реализации // 2564699

Изобретение относится к измерительной технике. Способ измерения добротности резонансного контура заключается в возбуждении колебаний за счет положительной обратной связи в контуре, стабилизации этих колебаний за счет введения отрицательной обратной связи по их амплитуде с помощью схемы автоматического регулирования усиления с источником опорного сигнала. Добротность Q определяют по формуле Q=KUA/Uoc, где UA - величина задаваемого напряжения опорного сигнала, а К - постоянная величина. Устройство содержит цепь положительной обратной связи, выполненную в виде последовательно включенных усилителя и устройства сдвига фазы, цепь отрицательной обратной связи, содержащую источник опорного сигнала и последовательно включенные детектор, дифференциальный усилитель и умножитель. Источник опорного сигнала соединен со входом дифференциального усилителя, второй вход умножителя соединен с выходом устройства сдвига фазы, вход детектора соединен с выходом устройства сдвига фазы. Устройство также содержит вычислительный блок, реализующий функцию K/Vвх, где Vвх - величина входного сигнала вычислительного блока. При этом вход вычислительного блока соединен с выходом дифференциального усилителя. Технический результат - повышение точности измерений. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ индикации резонансных частот // 2582902

Изобретение относится к области измерительной техники. Заявленный способ индикации резонансных частот включает следующие этапы: закрепляют объект контроля на подвижной части вибростенда, которая приводится в колебательное движение с переменной частотой, и направляют на него излучение от источника света, причем на объект контроля направляют излучение от трех источников света: красного, синего и зеленого, с образованием при их смешении белого света, которым освещается объект контроля, при этом один источник света, например зеленый, подключают к источнику постоянного тока, а на остальные источники света подают стробирующие импульсы, затем, изменяя частоту вибрации подвижной части вибростенда, визуально фиксируют момент резонанса по появлению на объекте контроля разноцветных полос. Техническим результатом является повышение точности определения резонансных частот конструкции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ измерения резонансной частоты стенда, имитирующего инерционную нагрузку и упругость узлов крепления привода в изделии // 2589775

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для измерения резонансной частоты колебаний конструкции испытательных стендов, имитирующих инерционность объекта управления и упругость крепления привода в изделии и предназначенных для контроля динамических характеристик системы привод-объект управления. Предложенный способ заключается в следующем. В качестве вибровозбудителя используют испытуемый привод. Привод устанавливают в стенд, на вход привода подают гармонический управляющий сигнал и определяют фазовый сдвиг колебаний инерционной нагрузки в системе координат неподвижного основания стенда относительно колебаний выходного звена привода в системе координат корпуса привода, изменяют частоту управляющего сигнала, при этом резонансную частоту стенда определяют как частоту управляющего сигнала, при которой фазовый сдвиг колебаний инерционной нагрузки относительно колебаний штока привода равен 90°. Резонансная частота также стенда может быть определена согласно выражению ωр=1/Т, где Т - постоянная времени, полученная путем аппроксимации значений фазового сдвига колебаний инерционной нагрузки относительно колебаний выходного звена привода при разных частотах управляющего сигнала фазовой частотной функцией колебательного звена второго порядка. Технический результат заключается в исключении применения специального оборудования при измерении резонансной частоты колебаний конструкции испытательных стендов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Система детектирования вибрации в термокармане // 2640897

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. Система датчиков содержит технологический измерительный преобразователь, вибродатчик без внешнего питания и технологический трансмиттер. Технологический измерительный преобразователь расположен внутри термокармана и выполнен с возможностью выработки первого сигнала датчика. Вибродатчик без внешнего питания выполнен с возможностью выработки второго сигнала датчика, отражающего вибрацию термокармана. Технологический трансмиттер выполнен с возможностью приема, обработки и передачи первого и второго сигналов датчиков. Технический результат – повышение эффективности контроля технологического процесса за счет исключения повреждения термокармана, в котором установлен технологический измерительный преобразователь. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения собственных частот колебаний механической системы с помощью вращающегося маятника // 2647513

Изобретение относится к метрологии, в частности к способу определения собственных частот колебаний механической системы. Способ определения собственных частот колебаний механической системы, заключающийся в том, что на исследуемую конструкцию закрепляется электродвигатель, на валу которого с помощью подшипника качения устанавливается с возможностью свободного вращения маятник с изменяемым моментом инерции его массы, и при вращении вала электродвигателя маятник за счет трения в опоре в зависимости от его моментов инерции начинает вращаться с разными угловыми скоростями (частотами) вращения и эти частоты вращения, которые измеряются оптическим тахометром, определяют собственные (резонансные) круговые частоты колебаний механической системы (конструкции). Собственные круговые частоты колебаний механической конструкции определяют по наступлению события, при котором угловая скорость вращения маятника отличается от угловой скорости вращения вала ротора электродвигателя, а затем, изменяя момент инерции массы маятника как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения путем навешивания или снятия грузиков со стержня маятника, определяют остальные круговые собственные частоты колебаний конструкции. Технический результат - возможность измерения собственных (резонансных) частот колебаний механических систем. 2 ил.

Скважинный кварцевый датчик с минимальным применением электроники // 2648390

Система и способ контроля давления, температуры и/или вибрации при неблагоприятных окружающих условиях, не требующие применения активных электронных устройств или контура генератора в таких условиях. В предлагаемой системе и способе предусматривается получение информации от резонансного датчика (41) давления и резонансного или пассивного датчика (43) температуры, соединенных с линией (15/17) передачи и расположенных на глубине по меньшей мере 100 футов (30,48 м) от установленного на поверхности анализатора (23) цепи. В системе и способе для определения давления, температуры и/или вибрации используются частоты отраженных сигналов от датчиков. Если датчики объединены в одну схему линией (15/17) передачи или сетевым фильтром, отраженная часть энергии может содержать отраженную энергию передачи. Подаваемый сигнал и отраженная часть проходят по линии (15/17) передачи, импеданс которой, предпочтительно, соответствует импедансу системы. При использовании многожильного кабеля компенсация влияния длины и температуры кабеля в условиях эксплуатации осуществляется посредством тарировки. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.