Частотный преобразователь

(51) 5 В 27/02, 17 ГОСУДАРСПО ИЗОБПРИ ГНН ЕННЫЙ КОМИТЕТ ТЕНИЯМ И ОТКРЬТИЯМсГ ТВУ повышение чувств етения устрой изны х Цель изобр тельности чения кру разования твл ения ав тва за счет уве рактеристики прегается путем осуаний с частотой,лонения которой ионный ин и околе ак от Колесни личина е измен,конт в три чиков, преобОПИСАНИЕ ИЗ Н. А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕ(57) Изобретение относитсярольно-измерительной техникности кпреобразователям элких сигналов амплитудных даи может быть использовано в азователях для измерения различноо рода неэлектрических величин. носительно ее номинального значенияопределяют величиной и знаком отклонения коэффициента передачи параметрического . амплитудно-чувс твительного четырехподосника (ПАЧЧ) 1, а следовательно, и измеряемой физическойвеличины. Воздействие физической величины вызывает изменение фазовогосдвига на выходные цепи, образованной ИАЧЧ 1, двумя фильтрами 2 и 3нижних частот, двумя фазовыми звеньями 4 и 8 и сумматором 5, При большомкоэффициенте усиления широкополосного усилителя 7 в устройстве существуют автоколебания,ил.Изобретение относится к контрольйо-измерительной технике, в частности к преобразователям электрическихСигналов амплитудных датчиков и может быть использовано в измерительных устройствах для измерения различного рода неэлектрических величин.Цель изобретения - повышение чувствительности устройства за счет уве,пичения крутизны характеристики пре,обр аз ов ания.На чертеже представлена функциональная схема устройства,Устройство содержит последовательно включенные амплитудный датчик 1,первый 2 и второй 3 фильтры нижнихчастот, первое фазовое звено 4, выход которого подключен к первому входу сумматора 5, второй вход которогосоединен с выходом второго фазовогозвена 6, подключенного входом к вхо,ду амплитудного датчика 1, а такжепоследовательно соединенные аттенюатар 7, вход которого подключен к выходу сумматора 5, широкополосный уси -литель 8 и амплитудный детектор 9, выход которого подключен к управляющемувходу аттенюатора 7, а вход соединенс входом второго фазового звена 6, 3Устройство работает следующим образом,1В отсутствие измеряемого воздейст 35 вия сигнал с выхода амплитудного датчика 1 с амплитудой Б соответствующей нулевому измеряемому воздействию, поступает на вход фильтра 2 нижнихе частот, с выхода которого сигнал О с фазовым сдвигом(р , поступает на вход фильтра нижних частот и, приобретая в нем фазовый сдвигч ц, поступает на вход фазового звена 4. С выхода фазового звена 4 сигнал 11 с дополнительным фазовым сдвигом цпоступает на первый вход сумматора 5, Одновременно с этим входной сигнал П, через фазовое звено 6, в котором он приобретает фазовый сдвиг цу.ее,61 " сту 50 ет на второй вход сумматора 5. В результате суммирования колебаний 13 и Ц в сумматоре 5 фаза колебаний 1 на его выходе при условии, что используются фильтры 2 и 3 нижних частот и фас зовые звенья 4 и 6 первого порядка с Ку еА Кузе 6 1 где АееФеьв модули коэффициентов передачи фазовых звеньев 4 и 6 соответственно, равна К, Кт, К зп-агс 1 а,Я =агс 1 цЕК, - К, К,;сояагсСд Я , -лагсраь,+ь -2 агс 1 КИ ь . е.1 +в 1 првл л л г.- агс 1 КИ+ ьагсКИ" р 1 е,е 1+сов -л- 2 агедЫ "р.зь,ьлгде ь ь и ь,р,ее" е.ее.6 постянные времени фильтров 2 и 3 нижнихчастот и фазовых звеньев 4 и 6 соответственно;Я - частота сигнала 0,;К - коэффициент передачи амплитуд 1ного датчика 1;К К- модули коэффициентовф 1передачи первого 2, второго 3 фильтров нижних частот;К К - коэффициенты передачиТфсумматора 5 для сигналов П.и Ц соответственно,При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 8 в замкнутомкольцевом соединении, состоящем изблоков 1-8, выполняется условие баланса амплитуд, и на выходе усилителя 8существуют автоколебания,.частота ко-.торых соответствует нулевому измеряемому воздействию и определяется изусловия баланса фазЦ+ф, =К е,где д, - фазовый сдвиг на выходе ши. шрокополосного усилителя, К=0,1,2,3,Четные значения К соответствуютусловию отсутствия инвертирования колебаний последовательно соединенныхусилителя 8 и цепи обратной связи,состоящей иэ блоков 1-7, нечетныезначения К - наличию инвертированиясигнала в вышеуказанном соединенииусилителя 8 и цепи обратной связи,Последовательно соединенные амплитудный детектор 9 и аттенюаторобразуют цепь автоматической регулировки амплитуды автоколебаний всистеме, При достаточной амплитудевыходного 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. колебания на5 153выходе сумматора 5, При этом условиебаланса Фаз выполняется на другойчастоте, и частота автоколебаний навыходе усилителя 8 изменяется в соот.ветствии с изменением коэффициентапередачи амплитудного датчика 1Повеличине и знаку отклонения частотыавтоколебаний на выходе усилителя 8судят о величине и знаке отклонениякоэффициента передачи амплитудногодатчика 1, а следовательно, и о величине и знаке отклонения измеряемойфизической величины, Применение цепиавтоматической регулировки амплиту-,ды, состоящей из амплитудного детектора 9 и аттенюатора 7, позволяет увеличить крутизну характеристики преобразования устройства. Это объясняется тем, что благодаря наличию даннойцепи в рассматриваемом преобразователе поддерживаются гармонические автоколебания и сохраняются фазовые соотношения, определяемые соотношением(1), Если цепь автоматического регулирования амплитуды отсутствует, топри переходе в-более низкочастотнуюобласть с изменением преобразуемогоФизического параметра форма автоколебаний изменяется, приближаясь к прямоугольной, Это объясняется тем, чтокоэффициент усиления усилителя 8, коэффициенты передачи фильтров 2 и 3 исумматора 5 с понижением частоты проходящих через них сигналов увеличиваются, В спектре автоколебаний появляются гармонические составляющиеболее высокого порядка, взаимодействие которых в нелинейных цепях устройства с первой гармоникой приводит кизменению фазовых соотношений для последней. В конечном итоге фазовыйсдвиг первой гармоники колебаний отличается от величины, определяемойсоотношением (1), и динамический диапазон изменения частоты выходных колебаний уменьшается,Как показали экспериментальные исследования предлагаемого устройствас амплитудным детектором, реализован-.ным в виде оптоэлектронного датчикаперемещений, динамический диапазонизменения частоты выходных колебаний6324 6при отсутствии цепи автоматическогорегулирования амплитуды уменьшипся на237 при Фиксированном динамическомдиапазоне измеряемых перемещений,5 формула изобретения Частотный преобразователь, содер О жащий амплитудный датчик, сумматор,первое фазовое звено, выход которогосоединен с первым входом сумматора,широкополосный усилитель, выход которого соединен с входом амплитудного 35датчика и с входом первого фазовогозвена, и фильтр нижних частот, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения чувствительности, в неговведены последовательно соединенныеамплитудный детектор и аттенюатор,последовательно соединенные второйфильтр нижних частот, вход которогосоединен с выходом первого Фильтранижних частот, и второе фазовое зве но подключенное выходом к второмувходу сумматора, выход которого соединен с вторым входом аттенюатора,при этом амплитудный детектор подключен входом к выходу широкополосного усилителя, вход которого соединен с выходом аттенюатора, а выходамплитудного датчика подключен квходу первого фильтра нижних частот,Устройство имеет в 3 раза большуюкрутизну 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, образо ванной параметрическим амплитудночувствительным четырехполюсником, двумя фильтрами нижних частот, двумя фазовыми звеньями и сумматором, к изменениям измеряемой физической величи ны.