Частотный измерительный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН А 01 К 7 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЗОБРЕТЕНЕЛЬСТВУ ОЛИ САНИК АВТОРСКОМ 972263 3434282/18-10 04.05.82 15.03.84. Бюл.В.Я. Баржин, Ю.С Обуховский и В, 53653(0888) 1. Авторское св2263, кл, 6 01 К57) ЧАСТОТНЫЙ ИЭРАЗОВАТЕЛЬ по ав и ч а ю щ и й с 2) 6) ИмЦт ий,елев и ът а вы един цходы юрким идетельство СССР7/32, 1980.МЕРИТЕЛЬНЬИт. св.Р 972263,я тем, что, с ти, в равля часто Р,Т А.Е (53 (56 У 9 (54) ПРЕО о т,80.10800 целью путем тик ч денц и дв эоно ходам лей,повышения точности измерения учета нелинейности характерисастотного датчика, в него введиодная матрица, блок памяти анализатора частотных диапавходы которых соединены с выорого и третьего смесите- ходы через диодную матри ены со входом блока памякоторого соединены с упи входами преобразователей тцИзобретение относится к.техникеизмерения неэлектрических величин,предназначено для одновременногоизмерения двух неэлектрических величин - температуры и давления.По основному авт. св. Р 972263 5известен частотный измерительныйпреобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик, первыйи второй автогенераторы, входы которых соединены с выхбдами двухпара Ометрового частотного датчика, авыходы подключены к первым входампервого и второго смесителей, два,преобразователя частоты, входы которых подключены к выходам первого ивторого автогенераторов, а выходысоответственно к вторым входам первого и второго смесителей, делительчастоты, соединенный с выходом первого смесителя, опорный генератор,соединенный с первым входом треть 20его смесителя, соединенные последовательно линию задержки, Фазовыйдетектор, дифференциатор и сумматор,причем выход делителя подключен клинии задержки, к второму входу Фазового детектора и к второму входусумматора, выход которого соединен свторым нходом третьего смесителя 11,Такой преобразователь позволяетс высокой точностью измерять пара" 30метры давления и температуры прибыстром их изменении, однако требуемая точность достигается только нслучае линейных зависимостей частотгенерации от измеряемых параметров. З 5В действительности характеристикичастотных датчиков нелинейны и преобразователь не обеспечивает высокойточности измерения,Целью изобретения является повышение точности измерения путем учета нелинейности характеристик частотного датчика.Поставленная цель достигается тем,что в частотный измерительный преобразователь введены диодная матрица, 45блок памяти и два анализатора частотных диапазонов, входы которыхсоединены соответственно с выходами второго и третьего смесителей, авыходы через диодную матрицу соеди" 50иены с входом блока памяти, выходыкоторого соединены с управляющимивходами преобразователей частоты.На Фиг. 1 показана функциональная схема преобраэователяу на 55фиг. 2 - схема анализатора частотных диапазонов; на фиг.3,4 и 5 в частотные диаграммы, поясняющие принцип выбора коэффициентов преобразования К и К в заданной областичастот Р(Т ) и Р 2(Р),Частотный измерительный преобразователь содержит двухпараметровыйчастотный датчик 1, два автогенератора 2 и 3, два преобразователячастоты 4 и 5, два смесителя б и 7,делитель 8, линию. задержки 9, фазоный детектор 10, дифференциатор11, сумматор 12, опорный генератор13, третий смеситель 14, два анализатора частотных диапазонов 15 и 1 б,диодную матрицу 17, блок памяти 18Двухпараметровый частотный датчиквыполнен на базе двух пьезокварцевых реэонаторон 19 и 20. Анализаторы частотных диапазонов выполненыв виде цепочек, состоящих из последовательно соединенных полосоногофильтра 21, амплитудного детектора22, фильтра низкой частоты 23 иформирователя 24.Преобразователь работает следующим образом,Воздействие давления Р и температуры Т на частотный датчик приводит к изменению частот на выходахавтогенераторон 2 и 3 по законама т аГ (ато), (1)где 110, 120 - начальные частоты генерации;а ,а - коэффициенты термочув 4 г. 22 ствительностиа,а- коэФфициенты тензочувстнительности;й 1 (Р, Т ), 32 (Р, Т ) - нелинейные поправки.С выходов антогенераторов сигналы поступают на преобразователи частоты 4 и 5, коэФфициенты преобразования которых выбираются следующимобразом, Область возможных изменений частот Р 1(Т ) и Г 2(Р) выходныхсигналов преобразователя разбирается на прямоугольные участки 5; (Фиг,5)внутри которых измеряемые параметрымогут быть с требуемой точностьюнайдены путем решения линейных частей системы уравнений (1) в принебрежении нелинейными поправкамий 1(Р 1 То) и Миг(Р 1 То) При этомн каждой из областей 5; коэффициенты преобразования К ,и К постоянны. Коды коэфФициентов К 1, К 2 записываются в 1 в ) ячейках блока памяти 18, подключенного к преобразователям частоты 4 и 5. Рассмотримобласть 5 . Для этой области воздействие параметров Р и То приводитк изменению частот,Е и Е 2 на выходах автогенераторов 2 и 3 по законама Р+а Т10 И тг О= Х - а Р + а Т2 го г гаКоэффициенты Кпреобразователя5 выбираются таким образом,чтобы нрезультате вычитания иэ первогоуравнения системы (2) второго уравнения, умноженного на К , разностная частота Г=Е-КГ на выходе смесителя 7 зависела от параметра Р:Г(Т ): 2 (К а 2+ а 2)Т, (5)Сигналы с частотами Г (То) иГ 2(Р) подаются на входы анализаторов частотных диапазонов 15 и 16,функциональные схемы которых показаны на фиг. 2,Полосы частот полосовых фильтров 21 перекрывают весь диапазонизменения частот Г (Т ) и Г (Р)1 2 50 55 Коэффициент К преобразователя 4 .выбирается таким образом, чтобы при словении второго уравнения системы (2) с первым, умноженным на К+, слагаемые, содержащие параметр Р, взаимоуничтожились:5Л 12 120 н 222) При этом на выходе делителя 8 имеется средняя частота суммы двух колебаний (4): (К 1+Е ) /2 = Е ( ), 10Сигнал средйей частоты Рср И) с выхода делителя 8 подается йа один иэ входов Фазового детектора 10, На другой вход фазового детектора 10 подается задержанный сигнал час тоты т ,(1-) . На выходе Фазового детектора выделяется напряжение, пропорциональное разностй фаз между задержанным и прямым сигналами.При изменении частоты на выходе делителя 8 изменяется напряжение на выходе фазового детектора 10. Напряжение, пропорциональное разности фаз между задержанным и прямыми сигналами, фактически пропорциональное функции изменения частоты, подается в дифференциатор 11. Постоянная времени дифференцирования в простей- шем случае равна постоянной времени эквивалентного звена кварцевого резонатора по температуре, дифферен- З 0 цированное напряжение с выхода дифференциатора 11 подается на сумматор, который выполнен в виде преобразователя напряжения - частота и смесителя частот с выделением сум марной частоты, На второй вход сумматора 12 подается сигнал с выхода делителя, Суммарная частота в идеальном случае изменяется по закону изменения функции изменения темпе ратуры, Сигнал высокой частоты с выхода сумматора 12 подается на один из входов третьего смесителя 14, на второй вход которого подаетсясигнал опорной частоты, Результиру ющая частота на выходе смесителя14 имеет вид(фиг. 4), причем на краях областей5 амплитудно-частотные характеристики фильтров имеют ослабление науровне 0,7,Пусть в какой-то точке измеренияА(Т, Р 1) частоты оказались равными 1 и Г и попали в полосы первого фильтра 21 анализатора 16 ивторого фильтра 21 анализатора 15,форма сигнала на выходе полосовыхфильтров 21 по всей области частотпоказана на фиг. За, После детектирования амплитудным детектором 22(фиг. 2 б; Фиг. Зб) и прохождениячерез низкочастотный фильтр 23(фиг, Зв) сигнал на выходе Формирователя 24 имеет вид, представленный на фиг. Зг. Таким образом, напервом выходе первого анализатора16 и втором выходе анализатора 15имеются логические единицы, на остальных выходах - логические нули.Выходы анализаторов частотных диапазонов 15 и 16 подключены к диодной матрице. 17, которая формируетадресную матрицу коэффициентов преобразования К . и К11 2Предварительно для каждой из областей 5" определяются коэффициенты К(;и К 2 , коды которых записываются в яейках блока памяти 18, По состоянию адресной матрицы на выходе диодной матрицы 17 из ячеек блока памяти 18 вызываются соответствующие коэФФициенты, коды которых поступают на входные регистры преобразователей 4 и 5, где соответствующим образом замыкаются емкости резонансных контуров, тем самым изменяются коэффициенты преобразования К и К 2.2После корректировки коэффициентов преобразования К. и К 2 произвводятся вторичные измерений, в результате чего частоты Г и Г 2 изменяются, характеризУя в точке В(Т 2,Р 2)о измеряемые параметры Т и. Р 2, котоо.рые при этом определяются с задан- ной степенью точности.Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет расширить возможности частотного измерительного преобразователя в сторону измерения более высоких и более низких давлений и температур, где характеристики преобразования существенно нелинейны или обрабатывать с требуемой точностью частотную информацию нелинейных кварцевых датчиков1080034 КФб фи 8.4 составитель В. КулДылын Техред Л, Колб няк о Корректор И Муска едакто филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная Тираж 82 ВНИИПИ Государс по делам иэо 35, Иоскиа, Я аз 1326/43 3тюенногобретений1130 35, Раумс Подписнкомитета СССРоткрытийая наб., д, 4/5