Частотный преобразователь для тензодатчиков

.Спалек1.787.913(088.8)идетельство СССРК 13/20, 1981.мы управления,0291,981.БРАЗОВАТЕ ДЛЯ измери- исполь- рения носитс ожет быть х для изм Цель изоб тения -ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС пО делАм изОбРетений и ОтнРы РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 391328 /24-21(57) Изобретение отельной технике изовано в устройствсилы или давления,повышение чувствительности устройства - достигается за счет увеличеникрутизны характеристики преобразования. Для этого в частотный преобразователь введены последовательно соединенные смеситель 4, фильтр 5 нижничастот, широкополосный усилитель 6и умножитель 8 частоты. Кроме того,устройство содержит тензорезисторныймост 1, сумматор 2, фазовое звено 3первого порядка, фильтр 7 верхнихчастот. В устройстве исключено влияние изменения сопротивлений тензорезисторного моста, приводящее к изменению его коэффициента передачи ифазочастотной характеристики, чтоповышает чувствительность устройства. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике, а именно к частотнымпреобразователям для тензодатчикон,и может быть использовано в измерительных устройствах для измерениясилы или давления.1 елью изобретения является повышение чувствительности устройствапутем увеличения крутизны характеристики преобразования,На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя", на фиг.2 - временная диаграммаизмерительной цепи.Частотный преобразователь для тензодатчиков содержит последовательновключенные тензореэисторный мост 1,сумматор 2, фазовое звено 3 первогопорядка, смеситель 4, фильтр 5 нижнихчастот, широкополосный усилитель 6,выход которого подключен к входамтензорезисторного моста 1 и фильтра 7верхних частот и к входам умножителя8 частоты, соединенного выходом свторым входом первого смесителя 4.Выход фильтра 7 верхних частот подключен к второму входу сумматора.Постоянная времени фильтра нижних1 1частот выбирается равной (г - -) по 2 3стоянной времени фильтра верхнихчастот и фазового звена , т.е.1 1=(- - -) причем 7 значительно3превышает (по крайней мере на порядок) постоянную времени ", широкополосного усилителя.Тензорезисторный мост состоит изрезисторов, включенных по мостовойсхеме (четырехполюсник с перекрестными связями), причем один или несколько резисторов являются датчикамиизмеряемой Физической величины, например давлечия,Частотный преобразователь для тенэодатчика работает следующим образом,При отсутствии измеряемого воздействия тензореэисторный мост 1 сбалансирован и его коэффициент передачиравен нулю, Колебание с выхода сумматора 2 поступает на вход фазовогозвена 3, где оно приобретает (при, условии, что применяется фазовое звено первого порядка) Фазовый сдвиг2 Хи через смеситель 4 поступает на входфильтра 5 нижних частот. С выходапоследнего сигнал с дополнительнымфазовым сдвигом1(при условии, что применяется фильтрнижних частот первого порядка сьт=1/2) поступает на вход широкополосного усилителя 6, с выхода которого усиленный сигнал с дополнительным фазовым сдвигом, приобретенным в усилителе:15 ч =-агсгР ят( ь - постоянная времени широкополосного усилителя 6, причем Т (с ), через фильтр 7 верхних частот, где онприобретает(при условии, что используется фильтр верхних частот первогопорядка) дополнительный фазовый сдвиг1 1%, =агсгр-,д,поступает на вход сумматора 2. Уровень сигнала на втором входе сумматора 2 при этом равен нулю, так кактенэорезисторный мост 1 сбалансирован. При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 6 выполня 30ется условие баланса амлитуд в замкнутом кольцевом соединении, состоящемиз блоков 2-7, и на выходе усилителя6 существует автоколебание с некоторой частотой Ы которая определяетсяиз условия баланса фаз;(1)где 1=0, 1,2,3Последовательно соединенные умножитель 8, смеситель 4 и фильтр 5 нижних частот образуют инвертор Фазового 40сдвига сигнала, приобретенного вфильтре 7 верхних частот и фазовомзвене 3, На вход умножителя 8 поступает сигнал П, с частотой Ы ;Ц =Н,сов 2 г,с выхода которого сигнал удвоеннойчастоты 2)о.П, =11, соз 2 Й гпоступает на первьй вход смесителяна вторОй вход которого подается сапнал Б, с частотой -)о.с выхода фазового звена 3: Б -П соя(с 1 гЮ +р),На выходе фильтра 5 нижних частотвыделяется сигнал разностной частоты,поступающий со смесителя 4;=13сов(Й г-Р, -Ж ),а сигнал суммарной частоты Фильтром нижних частот подавляется.Как видно из выражения (2), фаза сигнала, поступающего на вход усилителя 6, равна, но противоположна по знаку фазе сигнала, поступающего с выхода фазового звена 3.На основании вышесказанного уравнение баланса Фаз (1) можно записать в виде:1 2 Й 1-агс ярд . =1 сЪ; мируются, процесс суммирования приусловии существования в рассматривае-З 5мой колебательной системе гармонических колебаний показан на векторнойдиаграмме (фиг.2). При этом колебаниена выходе сумматора 2 приобретаетФазовый сдвиг по отношению к колебанию на выходе усилителя 6: з 1 п(агс 18;=,)где 1, - коэффициент передачи тензореэисторного моста 1;модуль коэффициента передачи фильтра 7 верхних частот, 5 ОПри достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 6 (при выполнении условия баланса амплитуд) на его выходе существует колебание с частотой, определяемой из условия 55 баланса фаз;Чг+"г% + =фили с учетом действия фазоинвертируюгде 1=0,1,2,3 Четные значения Есоответствуют условию отсутствия инвертирования колебаний в усилителе 6рассматриваемой автоколебательнойцепи из блоков 2-7, а нечетные значения Е - наличию инвертирования сигнала в указанной цепи,При наличии измеряемого воздействия тензорезисторный мост 1 разбалансирован и его коэффициент передачиотличен от нуля, при этом на входсумматора 2 подается колебание 1,прошедшее с выхода усилителя 6 черезтензорезисторныч мост 1.30Колебание П на втором входе сумматора 2 формируется как и при сбалансированном тензорезисторном мосте.В сумматоре 2 эти два колебания сум состоящей иэ блоков 8,щей цепи,1 и 5;в 1 п(-агсТ 8- И -агст;с. =1 с.1, в соответствии с изменением величиныкоэффициента передачи тензорезисторного моста 1, По величине и знакуотклонения частоты автоколебаний навыходе усилителя 6 судят о величинеи знаке отклонения коэффициента передачи тензорезисторного моста 1, аследовательно, и о величине и знакеотклонения измеряемой физической величины,Учитывая, что в устройстве-прототипе модуль коэффициента передачифильтра верхних частот 1 равен 2,а в данном устройстве коэффициентпередачи фильтра верхних частот равен 1, а также основываясь на расчетах, можно сделать вывод, что вданном устройстве крутизна характе-ристики преобразования по крайнеймере в 2,8 раза выше, чем в базовомварианте,Таким образом, предлагаемое устройство обладает более высокой крутизной характеристики преобразования изменения коэффициента передачи тензорезисторного моста в изменение частоты, а следовательно, оно имеетбольшую чувствительность к изменениямкоэффициента передачи тензореэисторного моста и обладает большей чувствительностью к изменениям измеряемогофизического параметра, например, силы или давления, Это обусловлено тем,что введение последовательно соедиИэ этого выражения следует, что частота автоколебаний в системе зависит от величины коэффициента передачи 1 с тензорезисторного моста, а следовательно, от измеряемого воздействия, например, силы или давления,Лри измерении измеряемой Физической величины происходит изменение величины коэффициента передачи тензорезисторного моста 1. Это приводит к изменению фазового сдвига 1 колег бания на выходе сумматора 2, При этом условие баланса Фаз выполняется на другой частоте и частота автоколебаний на выходе усилителя 6 изменяетсяФормула изобретения Составитель В.Семенчук Редактор А.Лежнина Техред Л.Сердюкова Корректор М.МаксимишинецТираж 670 Подписное Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. каэ 6229/40ВНИИПИ оиэводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,Ф 1270 нейных смесителя, фильтра нижних частот, широкополосного усилителя и умножителя частоты позволяет увеличитьчувствительность фазочастотной харак, теристики цепи, образованной фильтром верхних частот, тензорезисторным мостом, сумматором, фазовым звеном, фильтром нижних частот и широкополосным усилителем, к изменениям измеряемой физической величины. 10 Частотный преобразователь для тензодатчиков, содержащий последователь но включенные тенэореэисторный мост, сумматор и фазовое звено первого по 547 Ьрядка, а также фильтр высоких частот, подключенный входом к входу тенэореэисторного моста, а выходом к второму входу сумматора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности путем увеличения крутизны характеристики преобразования, в него введены последовательно соединенные смеситель, фильтр нижних частот, широкополосный усилитель и умножитель частоты, выход которого подключен к первому входу смесителя, при этом выход широкополосного усилителя соединен с входом тензорезисторного моста, а выход фазового звена первого порядка подключен к второму входу смесителя.