Мостовой измеритель с радиоимпульсным питанием

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 901226319 17 04 С СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ р ц.Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ти измерений и расширение функциональных возможностей измерителя, Устройство содержит источник 1 сигнала, измерительный мост 2 с генератором 3ударного возбуждения, усилители 4и 8 высокой частоты, генератор 5 коротких импульсов, импульсные фазовыедетекторы 6 и 7 и дифференциальныйусилитель 9 постоянного тока, Введение усилителя 8 высокой частоты, импульсного фазового детектора 7, дифференциального усилителя постоянного тока и образование новых связейпозволяет исключить температурнуюпогрешность и получить информацию о Ятемпературе окружающей контролируемый объект среды, 3 ил,(21) 3806707/24-21(71) Харьковский ордена Лционный институт им,Н,Е.Ж(54) МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬПУЛЬСНЫМ ПИТАНИЕМ(57) Изобретение может бьвано при измерении раэличческих и неэлектрическихЦель изобретения - повыше енина авиауковскогокевич 1, с.99-101,о СССРО, 1980,С РАДИОЩть использо ных электри. величинние точносСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИзобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано при измерении различных электрических и неэлектрических величин.Цель изобретения -повышение точности измерений при одновременном расширении функциональных возможностеймостового измерителя с радиоимпульснЬщ питанием эа счет исключения температурной погрешности и полученияинформации о температуре окружающейконтролируемый объект среды.На фиг, 1 представлена Функциональная схема мостового измерителяс радиоимпульсным питанием; на фиг.2- 15эпюры, поясняющие принцип Формирования последовательности радиоимпульсов; на фиг, 3 - амплитудно-частотный спектр питающей измерительныймост радиоимпульсной последователь,ности, а также амплитудно-частотнаяи Фазо-частотная характеристики колебательной системы генератора ударного возбуждения.Устройство содержит последовательно соединенные источник 1 сигнала,измерительный мост 2 с генератором 3ударного возбуждения на питающемвходе и усилитель 4 высокой частоты,К входу генератора 3 ударного воз- ЗОбуждения подключен выход генератора 5.коротких импульсов, который также связан с первыми входами первого 6и второго 7 импульсных фазовых детекторов, выход генератора 3 ударного з 5возбуждения дополнительно подключенк входу второго усилителя 8 высокойчастоты, выход которого нагружен навторой вход второго импульсного фазового детектора 7, второй вход пер- щвого импульсного Фазового детектора 6подключен к выходу первого усилителя 4 высокой частоты, а выходы первого и второго импульсных фазовыхдетекторов 6 инагружены на управляющие входы первого 4 и второго 8усилителей высокой частоты и на входы дифференциального усилителя 9 постоянного ока.Выходы первого усилителя 4 высо- Окой частоты и дифференциального усилителя 9 постоянного тока служат выходами устройства,Мостовой измеритель с радиоимпульсным питанием работает следующим обра- Бзом.Генератор 5 коротких импульсов является источником высокостабипьного опорного сигнала в виде коротких видеоимпульсов с частотой следованияЯ (фиг,2 р), При воздействии этихвидеоимпульсов на генератор 3 ударного возбуждения на выходе последнего формируется,радиоимпульсная последовательность с постоянными от импульса к импульсу начальными фазамирадиоимпульсного высокочастотного заполнения (фиг.23 частота которогоы, определяется собственной резонансной частотой колебательной системыгенератора 3 ударного возбуждения(фиг,3 о). Вследствие такой привязкиначальных Фаэ радиоимпульсов к частоте следования й коротких импульсовгенератора 5 амплитудно-частотныйспектр радиоимнульсной последовательности, получаемый на выходе генератора 3 ударного возбуждения, оказывается дискретным и не содержит спектральной составляющей с частотой (дзаполнения рациоимпульсов (фиг.3 о).Дискретные составляющие этого спектра при изменениях частоты Ю изменяют только свою амплитуду, не изменяясь при этом по частоте, Аналитическая запись такого амплитудно-частотного спектра в виде тригонометрическогс ряда представляется как Я(С) = с. 11 Соз пЯ; и-.оЫз.п (сд,-пй) с/2П- Р й йТ (а - пЛ )/2(3 - частота заполнения радиоимпульсов, равная собственной частоте генератора 3 ударно" го возбуждения;Т - период радиоимпульсной последовательности;0 - амплитуда радиоимпульсов.В отличие от известного устройства, частота заполнения радиоимпульсов з исходной (реперной) точке контролируемого пространства параметров х(й)Т (где х(1) - основная контролируемая Физическая или электрическая величина; Т " температура окружающей контролируемый объект+ 0,5)й . Таким образом, частота У настройки колебательной системы генерато ра 3 ударного возбуждения при значениях параметров х и Т, равных начальным х (С) = О и То, располагается на частотной оси о посредине между и-й и (и+1)-й дискретными компонентами амплитудно-частотного спектра (фиг,За),радиоимпульсной последовательности (фиг;2 Г), на которые и настраиваются колебательные системы усилителей 4 и 8 высокой частоты соответственно.Для обеспечения одновременного точного измерения наряду с осиовным информационным параметром х(с) еще и температуры 7 окружающей контроли руемый объект среды необходимо источник 1 сигнала (датчик), измерительный мост 2 и генератор 3 ударного возбуждения выполнять в виде единого блока (измерительной головки),который должен быть установлен непосредственно на контролируемом объекте, В результате все три блока: источник 1 сигнала, измерительный мост 2 и генератор 3 ударного возбуждения находятся в одинаковых темпера 35 турных условиях. При этом выходной сигнал источника 1 сигнала наряду со своими естественными изменениями также изменяется и при вариациях температуры окружающей контролируемый40 объект среды, т.е,(4) х(С) = х(С)+К (Т-ТО),3 .12263 среды) выбирается не равной частоте одной из дискретных частотных компонент, а определяется из соотношения входе ненулевого сигнала х(г.) с выхода источника 1 сигнала, но и воздействием на этот мост меняющейся температуры Т , то, воспользовавшись выражением (4), дпя амплитуды радиоимпульсов на выходе измерительного моста 2 можно записатьБ(х(С) у Т) = К (х (С) + К(ТТ+К (Т -Тд), (5)где К - чувствительность моста 2 к информационному сигналу;х, К , - температурная чувствительность измерительного моста 2 к температуре Т.В связи с тем, что с выхода моста 2 информационный сигнал поступает на вход первого усилителя 4 высокой частоты, который отфильтровывает из дискретного частотного спектра радио- импульсной последовательности единственную спектральную составляющую с частотой п й (фиг.За), а амплитудаэтой спектральной составляющей, определяемая из (2), также зависит от температуры 1 вследствие изменений собственной частоты Я колебательной системы генератора 3 ударного возбуждения (фиг,За), то для амплитуды п-й спектральной составляющей информационного сигнала на выходе первого усилителя 4 высокой частоты получаеми цццц ч(Ки К ит+ К, )(Т То) + К (Т То) (6)где К - коэффициент усиления первого усилителя 4 высокой частоты на частоте пй; К - крутизна ската на линейном участке огибающей спектра радиоимпульсной последовательности на фиг,За,.45 50 где х- "чистый" информационныйсигнал;Т - начальное значение температуры окружающей средыфК - коэффициент температурной чувствительностисигнала х(С) к изменению температуры,Поскольку разбалансировка моста 2 и появление на его выходе сигнала в виде .радиоимпульсной последовательности (фиг.28) обуславливаются не только появлением на информационном В выражении (6) имеются две составляющие определяющие зависимость1амплитуды Б информационного сигнала от температуры Т на выходе первого усилителя 4 высокой частоты, Одна из этих составляющих (КК+ + К) (Т - То) определяет степень изменения амплитуды радиоимпульсов, а значит и амплитуды и-й инфор мационной спектральной составляющей в спектре радиоимпульсной последовательности на выходе измерительного моста 2, а другая - К (Т - Т) непосредственно определяет изменение5 2263 амплитуды Б и-й информационной спектральной составляющей с частотой п 52 под воздействием температуры ТГ при неизменной амплитуде радиоимпульсов за счет расстройки колебательной системы генератора 3 ударного возбуждения. Из анализа выражения (6) и вышеизложенного становится ясным, что полная независимость от темпера 1туры Т амплитуды Б информацион ной составляющей спектра с частотой пЯ на выходе первого усилителя 4 может быть достигнута при равных по Величине и разных по знаку коэффициентах (К,Кт+ К,т) и К, т.е. в случае, когдаК,цКит Кит ГдВ результате для амплитуды и-й спект ральной составляющей радиоимпульсного спектра на выходе усилителя 4 высокой частоты получаем25Таким образом, для температурной компенсации изменений уровня амплитуды Б информационного сигнала на выходе первого усилителя 4 высокой частоты необходимо, зная крутизну преобразования К измерительного моста 2, температурный дрейф Ктэтаго моста и чувствительность К информационного сигнала х(й) источника35 сигнала к изменениям температуры, подобрать величину коэффициента К характеризующего крутизну ската основного лепестка огибающей спектра питающей мост 2 радиоимпульсной последовательности, согласно условию (7) .При этом, поскольку при изменении частоты заполнения ао радиоимпульсов изменяются лишь амплитудные соот 45 ношения в спектре (фиг.За), а частоты дискретных составляющих остаются неизменными, знак коэффициента (Фиг .Зо) .однозначно определяется выбором начальной частоты настройки50 Ио колебательной системы генератора 3 ударного возбуждения (Фиг.ЗР), Так, при выборе значения частоты чд. (Фиг.З) согласно соотношению (3), при положительном температурном ко-.Зо эффициенте чувствительностиЭТ коэффициент чувствительности Коказывается отрицательным, а именно,19если Ы растет амплитуда Ьп-й спектральной составляющей падает (Фиг.За) . Величину этого коэффициента, которая определяется крутизной скатов основного лепестка огибающей спектра радиоимпульснай последовательности, нетрудно варьировать в очень широком диапазоне, изменяя коэффициент заполнения радиаимпульснойщ последовательности К = . В небольших пределах величину К бумажно также изменять, варьируя добротностью колебательной системы генератора 3 ударного возбуждения.1Полученный на выходе первого усилителя 4 высокой частоты термокомпенсированный сигнал амплитуды Б и частоты пй поступает на первый выход устройства и на второй вход первого импульсного фазового детектора 6, на первый вход которого поступает высокастабильный частотный сигнал с выхода генератора 5 коротких импуль-, сов с частотой следования импульсов О, Поскольку частоты сигналовПт Саз (пЯЬф ) и Па СОВ 5 спостУпающих на входы первого импульсного фазового детектора 6, кратны одна другой, та происходит их фазовая синхронизация, и на выходе детектора 6 устанавливается уровень сигнала постояннога тока, пропорциональный Фазово/ му рассогласованию сигналов, поступающих на входы этого импульсного Фазового детектора. Это Фазовое рассогласование определяется двумя компонентами; фазавым набегом о, сигнала с частотой пд, в первом усилителе 4 высокой частоты при изменениях температуры окружающей среды и фазовым набегом ( этой же компоненты радиаимпульсного спектра за счет ее фазовои мсдуляции под воздействием температуры Т в колебательной системе генератора 3 ударного возбуждения,Иэ амплитудна-частотной и фазочастотной характеристик этой колебательной системы (фиг,З) видно,что при росте температуры 1 и соответствующем росте частоты Ы компонента дискретного спектра (фиг.За) с частотой п 5 получает положительный Фазовый набег 9 , а компонента с частотой (и+1) Я получает равный по величине, но отрицательный фазовый набег (- Чт), причем крутизна такого преобразования температура - Фаза(12) ЗсРравна крутизне --фазовой ха 0 юрактеристики колебательной системы генератора 3 ударного возбуждения вблизи частот пй и (и+1)Ясоответственно (Фиг.Зо, 3 )Таким образом, считая, что крутизны фаэовой характеристики в точках 0 и 0(фиг.Зо) равны К для сигнала с частотой пЛ на выходе первого усилителя 4 высокой частоты с учетом всех фазовых набегов, получают Б,(й) = Б соз(пйС +(у + К, (Т -(9) где р - температурный фазовый набег в усилителе 4.Поскольку сигнал (9) поступает на второй вход первого импульсного фазового детектора 6, а на первый его вход поступает опорный сигнал Б(г) Б Соэяс с нулевым Фазовым сдвигом, на выходе детектора 6 получают сигнал постоянного тока, уровень которого пропорционален фаэовому рассогласованию сигнала (9) и опорного 11 иед = к,д(цо + кч, (т30 - т (1 О) где К - крутизна характеристики преобразования Фазового детектора 6.Выражение, аналогичное уравнению (10), нетрудно получить и для выходного напряжения У второго импульсного Фазового детектора 7. Для этого следует учесть, что на его первый вход также поступает опорный сигнал П созЮ с нулевым фазовым сдвигом с выхода генератора 5 коротких импульсов, а на второй вход детектора 7 поступает сигнал вида1 (С) = У, соя и+1)яЙ + 45+ ср, - к(т - т , (11) где Ч" - температурный фазовый набег в усилителе 8;Б - амплитуда сигнала с частотой(и+1)а,так как второй усилитель 8 высокойчастоты настроен не на частоту пй,как первый усилитель 4, а на следующую компоненту дискретного частотного спектра радиоимпульсной последовательности (1) именно с частотой(и+1)Я. 8Как видно нз выражения (11), в отличие от частотной компоненты с частотой Ю, данный сигнал получает при изменении температуры Т фазовый сдвиг противоположного знака (фиг.34, о), Если частота Ио настройки колебательной системы генератора 3 ударного возбуждения растет, то частотная компонента спектра (фиг.З а) с частотой пд получает положительный фазовый набег, а компонента с частотой (и+1)57 - отрицательный, Поэтому для выходного напряжения импульсного фазового детектора 7 д гвирд = КисрА (1 ог 9( Т ,2где К, - крутизна характеристикипреобразования детектора 7. Подавая сигналы (10) и (12) на входы дифференциального усилителя постоянного тока 9, получают второй выходной сигнал предлагаемого устройства в виде 1и = к(ц+ к (т - т,) где К, - коэффициент передачи дифференцйального усилителя 9 постоянного тока,Чтобы обеспечить высокую точность измерения температуры Т необходимо усилители 4 и 8 высокой частоты, а также импульсные фазовые детекторы 6 и 7 выполнить идентичными по всем их характеристикам. В этом слУчае справедливы соотношения К= Ки 1, =( во всем диапаэойе температур, поэтому выражение (13) можно переписать в виде и (с)=2 Кк к,(т-т ). (14) Таким образом, в мостовом измерителе с радиоимпульсным питанием в тяжелых температурных условиях не только удается скомпенсировать температурную погрешность и получить информацию в виде сигнала (8) о "чистом" информационном сигнале х , но и одновременно получить дополнительно информацию в виде сигнала (14) о температуре окружающей контролируемый объект среды.122 б 319 и гп в)и НИИПИ Заказ 2125/42 Тираж 728 Подписнороизводств.-полиграф. пред-е, г Ужгород, ул. Проектная,Формула изобретения Мостовой измеритель с радиоимпульсным питанием, содержащий последовательно соединенные источник сигнала, измерительный мост и усилитель высокой частоты, генератор коротких импульсов, выход которого соединен соответственно с первыми входами генератора ударного возбуждения и им пульсного фазового детектора, второй вход которого соединен с вь 1 ходом усилителя высокой частоты и с выходом устройства, выход импульсного фазового детектора соединен соответст венно с вторым входом усилителя высокой частоты, а выход генератора ударного возбуждения соединен с вторью входом измерительного моста отличающийся тем, что, 20 , с целью повьппения точности измерений при одновременном расширении функциональных возможностей мостово- . гоизмерителя с радиоимпульсным пиив танием за счет исключения температурной погрешности и получения информации о температуре окружающейконтролируемый объект среды, в неговведены второй усилитель высокой,частоты, второй импульсный фазовый детектор и дифференциальный усилительпостоянного тока, причем выход генератора коротких импульсов соединенс первым входом второго импульсногофазового детектора, второй вход которого подключен к выходу второгоусилителя высокой частоты, вход которого соединен с выходом генератораударного возбуждения, управляющийвход второго усилителя высокой частоты подключен к выходу второго импульсного фазового детектора, входыдифференциального усилителя постоянного тока соединены с выходами первого и второго импульсных фазовыхдетекторов, а выход дифференциального усилителя постоянного тока соединен с вторым выходом устройства.