Частотный измерительный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) Я 51) 0 01 К 7/32 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ на авиаовского ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21) 3565022/18-10(71) Харьковский ордена Лениционный институт им, Н,Е.Жук(56) 1. Авторское свидетельство СССпо заявке Р 3473446/18-10,кл, 0 01 К 7/32, 1982.2. Авторское свидетельство СССРМ 939967, кл. С 01 К 7/32, 1980.прототип).(54)(57) ЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий двухпарметровый частотный датчик, первыйи второй автогенераторы, входы которых соединены с выходом частотногодатчика, первый смеситель, первыйвход которого через первый преобразватель частоты соединен с первымвходом вторбго смесителя, а выходчерез делитель частоты подключен кпервому входу третьего смесителя,второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, второйпреобразователь частоты, вход которого соединен со вторым входом второгосмесителя, а выход подключен ко второму входу первого смесителя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измеренияпутем учета нелинейности характеристик частотного датчика, в него введены два дополнительных смесителя,два дополнительных преобразователячастоты, третий автогенератор, ачастотный датчик снабжен третьимпьезорезонатором, подключенным ктретьему автогенератору, выход которого соединен с первыми входами дополнительных смесителей, вторые входы которых через первый и второйдополнительные преобразователи частоты соответственно подключены квыходам первого и второго автогенераторов, а выходы подключены ко входампервого и второго преобразователейчастоты соответственно.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено. для одновременного измерения двух неэлектрических величин, температуры и силовых воздействий.Известен частотный измерительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик с тремя чувствительными пьезорезонаторами, подключенными к трем автогенераторам, три смесителя, блок разделения сигна лов, Формирователь временных интервалов и два реверсивных счетчика 1) .Недостатком этого измерительного преобразователя является низкое быстродействие из-за необходимости в те чение временных интервалов считывать реверсивным счетчиком импульсы информационных частот, Кроме того, у этого устройства велика составляющая погрешности измерений исследуемых 20 параметров, обусловленная конечностью времен считывания импульсов информационных частот, которые нельзя сделать без ущерба быстродействию достаточно большими, 25 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является частотный измерительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик, первый и второй З 0 автогенераторы, входы которых соединены с выходом частотного датчика, первый смеситель, первый вход которого через первый преобразователь частоты соединен с первым входом второго 35 смесителя, а выход через делитель частоты подключен к первому входу третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, второй преобразователь частоты,40 вход которого соединен со вторым входом второго смесителя, а выход подключен ко второму входу первого смесителя 2) .Однако этот частотный измеритель ный преобразователь не обладает требуемой точностью одновременного измерения.температуры и силовых воздействий из-за. погрешностей, обусловленных отсутствием учета зависимости коэффициентов температурной чувствительности от воздействующих на двух- . параметровый частотный датчик силовых воздействий и коэффициентов силовой чувствительности от воздействующей на двухпараметровой частотный датчик температуры.Целью изобретения является повышение точности измерения температуры путем учета нелинейности характеристик частотного датчика. 60Поставленная цель достигается тем, что в частотный измерительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик, первый и второй автогенераторы, входы которых 65 соединены с выходом частотногО датчика, первый смеситель, первый входкоторого через первый преобразователь частоты соединен с первым входомвторого смесителя, а выход через делитель частоты подключен к первомувходу третьего смесителя, второйвход которого соединен с выходомопорного генератора, второй преобразователь частоты, вход которого соединен с вторым входом второго смесителя, а выход подключен ко второмувходу первого смесителя, введены двадополнительных смесителя, два дополнительных преобразователя частоты,третий автогенератор, а частотныйдатчик снабжен третьим пьезорезонатором, подключенным к третьему автогенератору, выход которого соединен спервыми входами дополнительных смесителей, вторые входы которых черезпервый и второй дополнительные преобразователи частоты соответственноподключены к выходам первого и второго автогенераторов, а выходы подключены ко входам первого и второго преобразователей частоты соответственно.На чертеже представлена структурная схема частотного измерительногопреобразователя.Преобразователь содержит двухпараметровый частотный датчик 1 с пьезокварцевыми резонаторами 2-4, подключенными к первому, второму и третьему автогенераторам 5-7 соответственно, дополнительные преобразователичастоты 8 и 9, первый и второй преобразователи частоты 10 и 11, дополнительные смесители 12 и 13, первый,второй и третий смесители 14-16, делитель частоты 17, опорный генератор 18,Частотный измерительный преобразователь работает следующим образом.Двухпараметровый частотный датчиквыполнен таким образом, что силовоевоздействие и температура, действующие на датчик, оказывают воздействиеодновременно на три пьезорезонаторадатчика, изменяя их резонансные частоты. При этом изменяются частотыи ( автогенераторов 5,6 и 71,.1, сТ-Т)фо, Г-Г)+оКа К),Т-Т(Г- (1)1-.ЕгоаО-о)+ (Г ГоадКадк 22 Т-то) Г-Го); (2) где а. (" =1,2, 3) - коэффициенты преоб,разования по температуре иликоэффициенты температурнойчувствительности;а.( =1,2,3) - коэффициенты претобразования по силе или коэфФициенты силовой чувствительности;Т,г - измеряемые температура и силовое,воздействие;1103091 ВНИИПИ Заказ 4943/30 Тираж 823 Подписное филиал ППП "Патент 1, г. Ужгород, ул. Проеткная,4 То,Го- координаты реттерной точки, вкоторой определялись коэффициенты температурной и силовой чувствительности о ,а лггЕ;о(т=1,2,3) - частота первого,второго и третьего автогенераторов соответственно, вреперной точке;К;,;=1,2,3) - силовые коэффициенты температурной чувствительности;10К; (=1,2,3) - температурные коэффициенты силовой чувствительности.Представим для удобства частотныесигналы с выходов автогенераторов в 15следующем видеЕ,оЕ, тоо (т-То)+отг(Г-Го)а,г(т-то 1(ГГо)(4)-.Е +о (т-то)та 2(Г-Го)а 1(тТо)(Г-Го) (6) 20частотные сигналы Е, и г с выходов первого и второго автогенераторов поступают соответственно на преобразователи частоты 8 и 9, которые преобразуют частоты Е, и Ег соответственно в К,Е, и КгЕ . Операция преобразования частот может быть аналоговойили импульсной. В последнем случаек последовательности импульсов добавляется (или отнимается) определенное 30количество импульсов, определяемоекоэффициент"ми преобразования К, иКг. Коэффициенты преобразования К,и Ко выбираются следующимио оа а, 35о"г о(7)тт " 23Тогда на выходе смесителя 12, напервый вход которого поступаетсигнал К,Еа на второй входимеется разностный сигнал Г, 40Г 1-(Е,-К,Е, )т(аг,-к,отИТ-Т )+(о -К,о )(Г-Го)(8)а на выходе смесителя 13, на первый вход которого поступает сигнагт Кг(г,а на второй вход - Ез, имеется разно,стный сигнал ГгГгИзо кгЕго)+(а 1 к огт)(т-То)(аг Кгогг)(Г Го), (9)Как видно из выражен;"; (8) и (9) в частотных сигналах Г, и Гг изменились коэффициенты температурной и силовой чувствительностей, а также отсутствуют нелинейные составляющие, имеющиеся в частотных сигналах (4) (6). При этом исходные коэффициентыосиловой чувствительности а; (т =1, 2, 3) кварцевых резонаторов выбраны так, что результирующие коэффициенты сио о ловой чувствительности(а - К,а, ) и (а. - к а) в частотных сигналах Г, иК г ггГг имеют противоположные знаки. Выбор знаков а;г осуществляется, например, изменением углаприложения силы относительно оси 7, кварцевых резонаторов;двухпараметрового частотного датчика.Первый и второй преобразователи частоты 10 и 11 преобразуют частоты Г, и Го соответственно в Ко Г, и К 4 Го Частоты Г, и К 4 Гг поступают на первый смеситель 14. На выходе смесителя 14 в аналоговой или импульсной форме выделяется суммарная частота ( Гт +К Гг)1 КеГг (Е зо К с Е, )(агт-ка т 1) (Т-то) ф(о - К, а г)(тЦ гС(Езо гЕго)(ог 1 "готт)(1 То)(ачкгогг)(Го)3 1(10) которая затем делится с коэффициентом и =2 в делителе 17. Полученная средняя частота Г поступает на вход третьего смесителя 16, на другой вход которого подается опорная частота о с выхода опорного генератора 19. Сигнал разностной частоты, выделяемый на выходе третьего смесителя 16 при выборе Кг и Е следующимио ооэг "ог) 11)о оа,г "гаггЕо г(ъо к,Е,о)тк(Ео "2 Ео)1 (12) будет зависеть только от воздействующей на двухпараметровый частотный датчик температуры ТГ . - (О -К,ат)К(аг -Кга )(т-Т ), (13)Сигналы с частотами Г и КГ, подаются на входы второго смесителя 15, на выходе которого выделяется разностная частота (Гг- К 1 Г,) . Этот сигнал разностной частоты при выборе Кг и Гг, следующимио оозс Кгогт(14)а К оЗ 1МГго="зто илгг Езо Кг Егокз(Ето.ктЕто) (" 5)%будет зависеть только от воздействующей на двухпараметровый частотный датчик силы ГГ =(о-Кго)- К,(,а- кто,Д (Г -Го), ( 1 6 ) Так.м образом, наличие в преобразователе новых элементов - . третьего пьезорезонатора, входящего в состав двухпараметрового частотного датчика, третьего автогенератора, а также дополнительных преобразователей частоты и смесителей позволяет учесть взаимное влияние измеряемым Т и Г на коэффициенты силовой и температур- ной чувствительности и тем самым значительно повысить точность определения одновременно измеряемых температурных и силовых воздействий особенно при широких динамических диапазонах Т и Р