устройство для измерения физической величины
Классы МПК: | G01D21/00 Способы и устройства для измерения или испытания, не отнесенные к другим подклассам |
Автор(ы): | Титов В.С., Полищук В.С., Збиняков А.Н., Паник В.В. |
Патентообладатель(и): | Курский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-12-03 публикация патента:
20.01.2001 |
Изобретение относится к радиоэлектронной измерительной технике и предназначено для использования при многоканальных измерениях, проводимых, в частности, в охранных системах режимных объектов. В предложенном устройстве производятся возбуждение резонансных индуктивно-емкостных датчиков, настроенных на необходимую резонансную частоту, сравнение фаз возбуждающего и выходного сигналов и выделение моментов появления резонансной частоты по изменению знака разности фаз. Введение в устройство микропроцессорного блока позволяет совмещать процесс измерения с функциональным преобразованием сигналов. Повышение точности измерения достигается за счет исключения коммутации аналоговых цепей, обеспечения питания датчиков импульсами тока и выделения полосы пропускания датчиков фазовым методом. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Устройство для измерения физической величины, содержащее резонансные LC-датчики, задающий генератор, управляемый генератор импульсов и делитель частоты, отличающееся тем, что в него введены блок преобразователей напряжения в ток, формирователь импульсов, три трехвходовых элемента ИЛИ-НЕ, два D-триггера и микропроцессорный блок, при этом задающий генератор выполнен в виде генератора линейно-падающего или линейно-нарастающего напряжения, а микропроцессорный блок - с возможностью вычисления резонансной частоты, выход задающего генератора подключен через управляемый генератор импульсов к делителю частоты, имеющему два двоичных разряда, выходы и вход делителя частоты через два элемента ИЛИ-НЕ подключены к С-входам D-триггеров, D-входы которых объединены и подключены к выходу формирователя импульсов, вход формирователя импульсов соединен с LC-датчиками и выходом блока преобразователей напряжения в ток, вход которого подключен к выходу делителя частоты, выходы D-триггеров через третий элемент ИЛИ-НЕ соединены с одним из входов микропроцессорного блока, другой вход которого связан с выходом управляемого генератора импульсов, а выход - с одним из входов третьего элемента ИЛИ-НЕ.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к одно- или многоканальным системам контроля и измерения, и может быть использовано в составе систем охранно-пожарной сигнализации различных объектов. Известно устройство для измерения физической величины, содержащее блоки измерительных преобразователей, коммутаторы, компараторы, инвертор, делитель (Якимов В. Н., Нестеров В.Н. Устройство для автономных измерений физических величин. Авторское свидетельство СССР N 1824521, МКИ G 01 D 21/00, 1993 г.). Точность данного измерительного устройства ограничивается погрешностями, возникающими при коммутации аналоговых сигналов, поступающих от измерительных преобразователей. Кроме того, наличие большого числа аналоговых узлов, применяемых для функционального преобразования, также приводит к снижению метрологических характеристик и, одновременно, к его малой надежности. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство измерения, содержащее индуктивно-емкостные датчики, коммутаторы, генераторы импульсов, счетчики и делители частоты, одновибратор и устройство управления. В данном устройстве осуществляются цифровое измерение и функциональное преобразование частотных сигналов, зависящих от контролируемых входных величин (Новопашенный Г.Н. Информационно-измерительные системы. - М.: Высшая школа, 1977, стр. 142-147). Так, в процессе измерения LC-датчики поочередно подключаются к генератору, причем каждый датчик предварительно настраивается каждый раз на одну и ту же начальную частоту, измеряемую с помощью счетчика. Воздействие контролируемой величины изменяет резонансную частоту LC-датчика, которая снова измеряется счетчиком, поэтому результат измерения, пропорциональный разности двух частот, зависит от контролируемого параметра. Недостатком рассмотренного устройства является малая точность измерения, которая практически ограничивается стабильностью настройки датчиков на одну и ту же начальную резонансную частоту. Кроме того, при использовании нескольких датчиков, расположенных на различном расстоянии от входного коммутатора, необходима индивидуальная настройка датчиков непосредственно на контролируемом объекте, что приводит к большой трудоемкости настройки и непригодности таких изделий для серийного производства. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение точности оценки измеряемой физической величины и расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная задача решается тем, что в предлагаемое устройство, состоящее из задающего генератора, управляемого генератора импульсов, делителя частоты и резонансных LC-датчиков, введены блок преобразователей напряжения в ток, формирователь импульсов, D-триггеры, логические элементы ИЛИ-НЕ и микропроцессорный блок. Это позволяет унифицировать использование индуктивно-емкостных датчиков с относительно большим технологическим разбросом параметров за счет выделения не амплитудно-частотной, а фазочастотной характеристики, снять ограничения по точности настройки их резонансных частот и снизить трудоемкость настройки при их большом количестве, повысить в значительной степени точность измерения за счет обеспечения питания пассивных датчиков импульсами тока, что исключает влияние сопротивлений соединительных проводов на результат преобразования, а также реализовать поочередный опрос датчиков, имеющих разные или одинаковые резонансные частоты, без аналоговой коммутации измерительных каналов, с исключением их влияния на результат измерения физических величин. Блок-схема устройства изображена на фиг. 1, а диаграммы, поясняющие его работу, показаны на фиг. 2. Устройство содержит задающий генератор 1, управляемый генератор импульсов 2, подключенный к делителю частоты 3 на основе триггеров 4, 5, блок преобразователей напряжения в ток 6, имеющий N выходов для подключения необходимого количества измерительных каналов. В качестве примера на фиг. 1 показан один канал, содержащий индуктивно-емкостной датчик 7, соединенный с входом формирователя импульсов 8. Выход формирователя импульсов 8 подключен к D-входам триггеров 9, 10, выходы которых соединены с логической схемой ИЛИ-НЕ 11. Выходы делителя частоты 3 связаны с первыми и вторыми входами логических схем ИЛИ-НЕ 12, 13, третьи входы которых подключены к управляющему генератору импульсов 2. Микропроцессорный блок 14 подключен к выходам управляемого генератора 2 и схемы ИЛИ-НЕ 11, один из входов которой соединен с выходом микропроцессорного блока 14. Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 1 в каждом такте преобразования формирует линейно-падающее (или линейно-нарастающее) напряжение, которым изменяется частота fи импульсов на выходе управляемого генератора 2. После прохождения через делитель 3, реализуемый, к примеру, на последовательно включенных триггерах 4, 5, частота импульсов уменьшается в четыре раза. Этот импульсный сигнал поступает с выхода делителя частоты на блок преобразователей напряжения в ток 6, имеющий N выходов для возможного подключения N разных LC-датчиков резонансного типа. Как известно, особенность таких датчиков состоит в том, что при частоте возбуждающего сигнала, меньшей по сравнению с резонансной частотой fр![устройство для измерения физической величины, патент № 2162205](/images/patents/309/2162205/2162205-2t.gif)
эквивалентное сопротивление контура имеет индуктивный характер, т.е. фаза выходного напряжения контура опережает фазу возбуждающего сигнала, а на большой частоте fв > fр сопротивление контура становится емкостным, что приводит к отставанию фазы его выходного напряжения от фазы возбуждающего сигнала. При изменении частоты в полосе пропускания резонансного контура фаза сигнала между импульсами питающего тока и напряжением на контуре изменяется от -45 до +45o. Следовательно, сравнивая значения фазы выходного напряжения контура с задаваемыми уровнями
![устройство для измерения физической величины, патент № 2162205](/images/patents/309/2162001/177.gif)
![устройство для измерения физической величины, патент № 2162205](/images/patents/309/2162001/177.gif)
Класс G01D21/00 Способы и устройства для измерения или испытания, не отнесенные к другим подклассам