Емкостный преобразователь

(5)5 0 01 О 5/12,1 В 27/26 И ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРйг 1588143, кл. 6 01 В 27/26, 1987.(57) Использование; в измерительной технике для измерения неэлектрических величин,в частности перемещения, силы и т.д. СущИзобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению неэлектрических величин с использованием в качестве первичного преобразователя дифференциального емкостного датчика. Например, оно может быть использовано в системе нагружения конструкций машин как датчик обратной связи по деформации, перемещению силе.Цель изобретения - расширение функциональной возможности преобразователя путем осуществления разделения им постоянной и переменной составляющих измеряемой величины.На фиг. 1 - схема преобразователя; на фиг. 2- изменение емкостей датчика от измеряемого параметра и времени; на фиг. 3эпюрц напряжения, соответствующие различным значениям величины Х. Схема преобразователя содержит дифференциальный источник тока (ДИТ) 1, управляемый масштабирующим функциональным преобразователем (МФП) 2, широтно-импульсный модулятор(ШИМ) 3, коммутатор 4, фильтр 5, дифференциальный интегратор (цИ) 6, д ность изобретения: устроиство содержит дифференциальный источник тока, масштабирующий преобразователь, широтно-импульсный модулятор, коммутатор, фильтр, дифференциальный интегратор, датчик, генератор тактовых импульсов; источник опорного напряжения. Введение демодулятора позволило расширить функциональные возможности преобразователя путем осуществления разделения им постоянной и переменной составляющих измеряемой величины, 3 ил,чик 7, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 8, источник опорного напряжения 9, демодулятор 10, 11-12 - управляющие входы ДИТ 1, 13 - его опорный вход, 14-15 - выходы ДИТ 1, 16 - 17 - времязадающие входы ШИМ 3, 18 - 19 - его входы запуска, 20-21 - выходы ШИМ 3, 22-23 - управляющие входы коммутатора, 24-25 - выходы источника 9, 26, 27 - масштабный и управляющие входы МФП 2, 28, 29 - выходы преобразователя соответственно постоянного и переменного напряжения.Работа. Отличие режима работы предлагаемого преобразователя и прототипа заключается в том, что для воспроизведения динамически изменяющейся величины (фиг.2-3) .фильтр 5 должен пропускать только постоянную составляющую Хо, в то время как в прототипе - и постоянную Хо и переменную Хп. Следствиеэтого обратная связь (ОС) будет замкнута для постоянной составляющей Хо и разомкнута для переменной ХП 1.Исходному значению Х = 0 измеряемой величины соответствует значение емкостей С 1 = С 2 датчика, значению ХФО соответсто о1798626 венно С 1 Ф С 2; ГТИ 8 формирует на своем выходе разнесенные на Т/2 (Т - период генератора) последовательности импульсов, обеспечивая также разнесенный на Т/2 процесс заряд-разряд емкостей датчика, 5 при этом на выходах 20 - 21 ШИМ 3 формируются импульсы 6, тг, длительности которых определяются значениями С 1, Сг (фиг. За), они также разнесены на Т/2.МФП 2 вырабатываетдифференциально изменяемые напряжения 01 = Оо + ЬО, Ог = Оо + ЬО под действием выходного , напряжения интегратора, при этом при Овых = = 001=0 г=Оо. Выходные напряжения МФП 2 задают также дфференциально-изменяемые значения токов ДИТ 1 по уравнениям: где о - значение токов ДИТ 1, соответству ющее значению01,2 = Оо = сопз 1,Поэтому для значения Х =. О, когда С 1- Сг 11 = 12 = 0 и ШИМ 3 формирует импульсы оди 25 наковойдлительности т 1 =тг = -- ;Опохх С 1ООпор пороговое напряжение ШИМ 3;При этом разнополярные импульсы на выходе коммутатора не содержат постоянной со ставляющей и на выходах 28 и 29 напряжения . К К МФп-=(11+ 1 г) = -2) 5 Оо У 1 - Оо х 2- +- - 0Кф изменении Х = Хо+ раметра (положение мутатора действует игнала, эквивалентТ При статическом значении Х =,Хо (положение 2 фиг. 2) С 1 Ф Сг, при атом результатом прохождения Х = Хо на выход коммутатора будет наличие разнополярных импульсов разной длительности х 1 т - "ха - хе хх -- еха - , Содеркащаяся в: них постоянная составляющаяОой - Оотг )/Т будет отобрана фильтром 5, и выходное напряжение ДИ 6 будет расти до тех пор,.пока по цепи обратной связи не уравняются напряжения на входах ДИ 6. Так как потенциал неинвертирующего входа ДИ б р,1, =.О, то, "возвращаясь назад" от инвертирующего входа ДИ 6 через коэффициент передачи по постоянной составляющей фильтра 5 Кф, получим равенство длительности импульсов на выходе коммутатора: что будет обеспечено при вышеупомянутыуравнениях МФП 2 и ДИТ 1, поэтому ОпооС 2 С 1 С 2 Опо С 1/ = --- : - = - =СОдМ,г11 гт.е. цепь обратной связи позволяет токам 1,2 копировать изменение емкостей С 1, Сг (кривые изменения 11, г накладываются на изменения С 1, С 2 фиг. 2), следовательно, цепь обратной связи сдвинет появляющиеся в первый момент импульсы разной длительности к импульсам одинаковой длительности (фиг. Зб к фиг. За). Таким образом, цепь ОС работает в режиме поддержания равного нулю значения постоянной составляющей ШИМ-сигнала,Из условия уравновешивания результата прохождения измеряемой величины Х на инвертирующий вход ДИ 6 на напряжением 0- находим коэффициент передачи между величиной Х и выходном 0-.:ЪХ К, Кшим (т/С)00 Кф== ОКмФпКК шим 1, г/1 )Кф00 де Кд - коэффициент передачи датчика; Кшим(т /С) - коэффициент передачи ИМ 3 относительно изменения емкости роизведение К Х пропорционал еренциальному изменению емкос 2) Кд Х (С 1- С 2), а величина (1 орциональна их сумме; При динамическом + Хп з 1 п в 1 входного па 3 фиг. 2) на выходе ком составляющая ШИМ сная его амплитуде Хп (фиг, Зв), при этом, т,к. ОС будет замкнута для постоянной составляющей и разомкнута для переменной, то выходным напряжением ДИ 6 по цепи ОС на выходе коммутатора будет ликвидирована постоянная составляющая ШИМ сигнала (аналогично предыдущему случаю), а оставшаяся переменная составляющая отбирается демодулятором 10,Таким образом, на выходе ДИ 6 будет иметь постоянное напряжение, пропорциональное постоянной составляющей входного параметра, а на выходе демодулятора - переменное напряжение, пропорциональное его амплитуде;ЦРКХК=КдКшим (т/С)Кдем ООгде Кдем - коэффициент передачи демодулятора.Формула изобретенияЕмкостный преобразователь, содержащий дифференциальный источник тока, широтно-импульсный модулятор, времязадающие входы которого соединены с двумя конденсаторами датчика и выходами. источника тока, а импульсные выходы - с управляющими входами коммутатора, выходом соединенного с фильтром, дифференциальный интегратор, выход которого является выходом постоян ного напряжения, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены соответственно с выходом фильтра и общей шиной, генератор тактовых импульсов, прямой и обратные выходы которого соединены 10 с входами запуска широтно-импульсногомодулятора, источник двуполярного напряжения, соединенный с аналоговыми входами коммутатора, масштабирующий преобразователь, масштабный и управляю щие входы которого соединены соответственно с выходом отрицательного опорного напряжения двуполярного источника и вы- .ходом дифференциального интегратора, а выходы - с управляющими входами источ-.20 ника тока, опорный вход которого соединенс выходом положительного опорного напряжения двуполярного источника, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него вве ден линейный демодулятор широтно-импульсных сигналов, вход которого соединен с выходом коммутатора, а выход является выходом переменного напряжения преобразователя.1798626 ставитель В,Селивахред М.Моргентал орректор Т,Вашкови дакто аз 765 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНК Т113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5