Дифференциальный автогенераторный датчик

(5 ТЕ ТЕН Изобретение о может быть испо ельной технике,авления, ускорен Целью изобре ие точности изме На чертеже и лектрическая сх втогенераторногодатчи выпол цепью торая мому автог тивно ратно выпол ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Московский энергетический институт(73) Московский энергетический институт(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ АВТОГЕНЕРАТОРНЫЙ ДАТЧИК(57) Использование; радиоиэмерительнаятехника, датчики температуры, давления,ускорения, Сущность изобретения: дифференциальный автогенераторный датчиксодержит первый автогенератор, выполненный в виде активной части и цепи обратнойсвязи, которая содержит чувствительный кизмеряемому воздействию элемент, второй тносится к радиотехникельзовано в радиоизмерив датчиках температурыия и т.д.тения является повышерений.ре едставлена структурнаяма дифференциальногодатчика,ифференциальный автогенераторный к содержит первый автогенератор 1, ненный в виде активной части 2 с положительной обратной связи 3, косодержит чувствительный к измеряевоздействию элемент 4, второй енератор 5, выполненный в виде акй части 6 с цепью положительной обй связи 7, вычислитель сигналов.8, ненный в виде блока вычитания периавтогенератор, выполненный в виде активной части и цепи положительной обратной связи, вычислитель сигналов, каждая из активных частей содержит фотоприемник, модулятор и источник светового излучения, в цепь положительной обратной связи введены первый, второй волоконно-оптические световоды, чувствительный к измеряемому воздействию элемент содержит сенсорный волоконно-оптический световод, в цепь положительной обратной связи введен третий волоконно-оптический световод, каждый из волоконно-оптических сгетоводов выполнен в виде двухжильного волоконно-оптического кабеля, а вычитатель сигналов выполнен в виде блока вычитания периодов сигналов, что позволяет повысить уровень компенсации помехи и приводит к повыц)ению точности измерения, 1 ил. адов сигналов, при этом активная часть 2 (активная часть 6) выполнены в виде соответствующих последовательно соединенных фотоприемника 91 (92), модулятора 101 (102) и источника светового излучения 111 (112), в цепь положительнй обратной связи 3 введены первый волоконно-оптический световод 12, второй волоконно-оптический световод 13, чувствительный к измеряемому воздействию элемент 4 содержит сенсорный отрезок волоконно-оптического свето- вода 14, включенный между первым волоконно-оптическим световодом 12 и вторым волоконно-оптическим световодом 13, в цепь положительной обратной связи 7 введен третий волоконно-оптический световод 15, первый 12 второй 13 и третий 15 волоконно-оптические световоды выполнены в виде двухжильного волоконно-оптического кабеля 16,(3) Дифференциальный автогенераторный датчик работает следующим образом.Первый автогенератор 1 генерирует колебание с частотой в 1 зависящей от величины измеряемого воздействия е и внешнего дестабилизирующего фактора, например температуры 1, на которой справедливо уравнение баланса фаз фРаг 1 = ДЪч 2 (1, М 1 ) + у 1 псз ( М 1,Е ) = Второй автогенератор Ь генерирует колебание с частотой в 2, зависящей только от внешнего дестабилизирующего фактора например температуры 1, на которой справедливо уравнение баланса фаз Раг 5 - 9 Ъч 5(1, Са)+рпс 7 . , (Мг,в) = В ураВНЕНИяХ (1), (2) Ъг 1 И дЪг 5 - фаэО- вце характеристики первого 1 и второго 5 автогенераторов, равные двигу фазы при прохождении гармонического сигнала с частотой в 1 и са по кольцу со входа соответствующей активной части на ее выход и далее по соответствующей цепи положительной обратной связи снова на ее вход, Ъчф, а 1) И дЪч 5(т, а 2) - НабЕГ фаЗЫ В аКтИВ- ной части первого 2 и второго 6 автогенера- ТОРОВ, Грпсз(1, а 1, Е) И Г/Ъс 7(а 2, Е) - НабЕГИ фаЗЫ в цепях положительной обратной связи первого 3 и второго 7 автогенераторов; п = О, .+ 1 2, +3, а=О, + 1, .2,.ф.3, - номер моды колебаний автогенераторов,Эти колебания с выходов автогенаратора 1 и автогенератора 5 поступают на соответствующие входы вычитателя сигналов 8, выполненного в виде блока вычитания периодов сигналов, на выходе которого изменение сигнала датчика, вызванные влиянием внешнего мешающего фактора, например уходом температуры, полностью компенсируются. В случае линейных фазовых характеристик автогенераторов, что справедливо при реализации цепей положительной обратной связи в виде линий задержки на основе волокнисто-оптических сведоводов, можно записатьМ 1 = (2 Ж П - фач 2)/(тпсЗ(1 + Оа-(2 Л В -дав)/(Тпс 7(1 + а 613, (4) ГДЕ Тпсз И Тпс 7 - КРУтИЗНЦ фаЗОЧаСтОтНЦХ характеристик соответствующих цепей положительной обратной связи при номинальной температуре то и номинальном внешнем воздействии ео, а 1 и а 2 - температурные коэффициенты задержек цепей положительной обратной связи 3 и 7,р- коэффициент влияния внешнего воздействия на задержку Тпсз цепи положительной обратной связи 3, Ь =1 - 1 о, Ье -1 - ео.На выходе вычитателя сигналов 8, выполненного в виде блока вычитания периодов сигналов, при модах колебаний аатОГЕНЕРатОРОВ П 1 = и И дЪч 2 = дЬчб, ПО- лучим евых (2 Л/с 01 - 2 Л/Щг) = КпЦтпсз - Тпс 7) ++ Тпсз(а 1 - а 2 тпсз/Т,с 7) Ь+ ТпсЗРЬЕ), (5) где Кп - коэффициент пропорциональности, Тпсз = Т 12 + Т 13 + Т 14, Тпс 7 = Т 15; Т 12, Т 1 З, Т 15 - задержки сигнала в первом 12, втором 13 и третьем 15 волоконно-оптическом световодах, Т 14 - задержка сигнала в сенсорном участке волоконно-оптического световода 14.Из выражения (5) следует, что влияние помехи, например температуры, на выходной сигнал дифференциального автогенераторного датчика полностью отсутствует, что означает повышение точности измерений, если. Последнее легко обеспечить, если сде- ПатЬ Тпсз = Тпс 7, ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СВЕ- товодц выполнить из одного материала и . добиться их работы в одинаковых условиях для внешней помехи, например температуры, что как раз и достигается при выполнении первого 12, второго 13 и третьего 16 волоконно-оптических световодов в виде двухжильного волоконно-оптического кабеля 16.Достижение цели изобретения - повншение точности измерений по отношению к прототипу достигается за счет выполнения вычислителя 8 в виде блока вычитания веригодов сигналов, что позволяет повысить уровень компенсации помехи.Последнее следует из сравнения оценокуровней компенсации помехи в заявляемомустройстве(выражение(5 идля случаядифференциального датчика с вычитателем сигналов 8, выполненного в виде блока формирования. сигнала, пропорционального разности их частот, которая для последнего имеет видевых ф"(м 3 ОФ)" Кч+еаыхыравно твии. чину, при нешнем воздейсобретенияый автогенерпервый и вторз которых выпцепи положислитель сигнаьной обратнора содержитмому воздевого и второгоы к соответст что при тех же параме-1 пс 7, а 1- а 2 дает т.Ф. не нулевую вели нулю измеряемом вне Формула из Дифференциал ьн датчик, содержащий генераторы, каждый и вде активной части и обратной связи, вычи этом цепь положител первого автогенерато твльный к измеряе элемент, а выход пер нераторов подключенГ 1 х датчика,Тпс аторный ой автоолнен в тельной лов, при й связи чувствийствию автогевующ входам вычитателя сигналов, выход которого является выходом дифференциального автогенераторного датчика, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 5 точности измерения, активная часть каждого из автогенераторов выполнена в виде последовательно соединенных фотоприемника, модулятора и источника светового излучения, в цепь положительной обратной 10 связи первого автогенератора введены первый и второй волоконно-оптические свето- воды, цепь положительной обратной связи второго автогенератора содержит третий. волоконно-оптический световод, чувстви тельный к измеряемому воздействию элемент содержит сенсорный отрезок волоконно-оптического световода, который включен между первым и вторым волоконно-оптическимй световодами, при этом пер вый, второй и третий волоконно-оптическиесветоводы выполнены каждый в виде двужильного волоконно-оптического кабеля, а вычитатель сигналов выполнен в виде блока вычитания периодов сигналов.