Двухпараметровый частотный измерительный преобразователь

Двухпараметровый частотный измерительный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз .Советсиик

Социалистычесныв

Республыи

О П И С А Н И Е ()900126

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.05 . 80 (21) 2933534/18-21 с присоединением заявки ЭЙ— (23) Приоритет

Опубликовано 23.01.82, Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 23.0 1.82 (5l }NL. Кл.

С 01 К 7/32

//Н 03 К 13/20

5Ьеудорствкнный квинтет

СССР ао лелем нзобретеннй н открытий (53} УДК 536. 53 (088 ° 8 1

Ф. Ф, Колпаков, Ю. С. Шмалий, В. А. Шевцов, Е. А. Милькевич и В. И. Язовцев (72) Авторы изобретения ститут, Харьковский ордена Ленина авиационный им. Н. Е. Жуковского (71) Заявитель

154) ДВУХПАРАМЕТРОВЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при построении частотных систем управления и одновременного контроля двух параметров, в частности силового воздействия и температуры.

Известен пьезоэлектрический преобразователь, содержащий два пьезорезонатора, укрепленных на торцевых выступах упругого кольца и подключенных к двум автогенераторам.

Измеряемое усилие прикладывается к упругому элементу в виде кольца, а закрепление резонаторов на кольце дифференциально по отношению к прилагаемому усилию t 1).

Однако, известное устройство не позволяет проводить одновременные измерения давления и температуры, хотя в значительной мере устраняет температурную погрешность.

Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрический преобразователь, содержащий два пьезорезонатора, укрепленных на упругом элементе, и подключенных к двум автогенераторам, два преобразователя частота — код, вычислительный блок и запоминающее устройство, причем выходы автогенераторов подключены к входам преобразователей частота — код, выходы которых подключены к вычислительному блоку, соединенному с запоминающим устройством Г2).

Однако известное устройство, позво ляющее производить одновременные измс рения температурных и силовых воздействий на исследуемый объект, имеет недостаточную точность измерения вследствие влияния приращения коэффициентов сило- и термочувствительностей при измерении.

Кроме того, в известном устройстве необходимая точность r.çìeðåíèÿ может быть достигнута при использовании вЫсокоразрядных преобразователей частота — код, однако пробного рода ус- ложнения приводят к уменьшению надеж3 900 ности схемкой реализации, повышению числа сбоев за одно измерение и, сле" довательно, снижению точности измерения параметров, Цель изобретения — повышение точности измерения исследуемых параметров.

126 4, мента И, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго ключей.

На чертеже показа".а функциональная схема двухпараметрового частотного измерительного преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что в двухпараметровый частотный изме-О рительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик, оба выхода которого подключены к входу своего автогенератора, и два преобразователя период — код, выходы которых соединены с первым и вторым входами вычислителя, введены дополнительный вычислитель, первый и второй смесители, источник опорной частоты, блок разделения сигналов, формирователь временных интервалов, первый и второй счетчики, первый и второй ключи, первый и второй делители, первый и второй блбки сравнения и элемент И. причем выходы обоих автогенераторов через смеситель и блок разделения сигналов подключены к входам соответствующих счетчиков, выходы которых соединены с первыми и вторыми входами основного и дополнительного вычислитеи лей, соответственно, а выход источника опорной частоты подключен к вторым входам первого и второго смесителей, к третьему входу блока разделения сигналов и к первому входу формирователя временных интервалов, первые четыре выхода которого подключены к установочным входам блока разделения сигналов, пятый и шестой выходы формирователя временных интервалов соединены соответственно с третьим и четвертым входами дополнительного вычислителя, а седьмой и восьмой выходы соединены с пятым и шестым входами дополнительного вычислителя и с вхо45 дами первого и второго делителей соответственно, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам основного вычислителя, выходы первого и второго смесителей

50 соединены также с входами первого и второго преобразователей период — код

1 оба выход основного вычислителя через первый и второй ключи подключены соответственно к вторГ,: у и третьему

55 .входам формирователя временных интервалов, а два выхода дополнительного вычислителя через первый и второй блоки сравнения подключены к входам элеДвухпараметровый частотный измерительный преобразователь состоит из двухпараметрового частотного датчика

1, автогенераторов 2 и 3, смесителей

4 и 5, предназначенных для выделения разностных частот Е и Е иэ сигналов высоких частот генерации К,1 и f< и сигнала опорной частоты f поступающего с выхода источника 6 опорной частоты на смесители 4 и 5, блок 7 разделения сигналов, который предназначен для разделения во времени импульсов частот F1 и Г> с целью предотвращения сбоев в моменты совпадения фронтов импульсов, формирователь

8 временных интервалов, служащий для формирования одиночных импульсов определенных длительностей по внешнему сигналу из импульсов опорной частоты

1 поступающих с выхода источника 6, преобразователи 9 и 10 период — код, которые предназначены для преобразования в коды периодов частот F и F с выходов смесителей 4 и 5, счетчик

11 для выполнения функции преобразования в двоичный код информации о измеряемом параметре Т, счетчик 12 для преобразования в двоичный код информации о измеряемом параметре Р, вычислитель 13, ключи 14 и 15, предназначенные для пропускания сигнала коррекции временных интервалов на формирователь 8 с выхода вычислителя 13, вычислитель 16 предназначенный для вычисления сигнала ошибки измерения по каждому иэ измеряемых параметров, делители 17 и 18, которые позволяют из кодов интервалов g < T> и g Т получать коды чисел g, и g, блоки 19 и

20, которые сравнивают полученные сигналы ошибок по каждому из параметров с допустимым уровнем и, в случае если ошибка незначительна, выдают сигнал на элементы 21 И. Двухпараметровый частотный датчик выполнен в виде двух резонаторов 22 и 23 (кварцевых LC среза), вычислитель 13 — в виде двух умножителей 24 и 25, а вычислитель 16 — в виде двух блоков 26 и

27 вычитания и двух умножителей 28 и 29.

900126

20 где Р

»О а,» .!

ЬГ,» = а»„Р + а»2Т

C2) о

Ы2= a«P + +а т.

С»Ю

Р= aF — —,р

Ь 1 Ь 2

P = т F< — T2F2 (4) Т вЂ” -ТЕ +ТЕ

Двухпараметровый частотный измерительный преобразователь работает следующим образом.

Сигналы высоких частот генерации и Е с выходов автогенераторов 2 и 5

3 поступают в смесители 4 и 5 соответственно, где смешиваются с сигналом опорной частоты f, пос»знающим на смесители 4 и 5 с выхода источника 6 опорной частоты, в результате чего выделяются разностные частоты F u F ..

Используемые в качестве чувствительных элементов кварцевые резонаторы LC среза имеют линейные зависимости частот резонансов от температурных 15 и силовых воздействий: о

F =а Р а Т +& о и Т вЂ” измеряемые параметры; и F — частоты генерации при

2о начальных условиях; и а — коэффициенты силочув2» ствительности; и а — коэффициенты термо22 чувствительности.

Систему уравнений (1) можно преоб- >0 разовать следующим образом:

После этого записываем обратное преобразование где д = a«a2 — а,2а2„.

Коэффициенты термо- и силочувстви-45 тельностей, деленные на детерминанты, имеют размерность соответственно Н/Гц. и град/Гц, что дает возможность пе— рейти от системы уравнений (3) к сле-, дующей системе; S0

55 где T), Т2, Т и Т,,! — времена измере42 х ния соответствующих частот Т,» т = ", т = — т р д 6 э 4. д

Реальные коэффициенты силочувствительности а„ и а,» и термочувствительности ag и а кварцевых резонаторов зависят от измеряемых параметров P u

Т соответственно.С учетом этого, введя соответСтвующие обозначения относительных отклонений приращений К» и с( частот г и Е2 появляющихся в результате изменений коэффициентов сило- и термочувствительности, получаем:

TPTP

< „-1„р, 4, «Ь,, ! 2 т F (1 +с )-т е (1 +д ) Т = -Т.»Е (1 + Д44)+Т4Еg (1 + 2)(5) Отсюда видно, что равенства могут быть выполнены не только в результате изменения частот Е,» и Ц, а также в результате измерений времен измерения частот Т, Т2, Т3, Т .

Из полученной системы уравнений (5) находим параметры ошибок измерен „Г„F, d,T25< р1 = (6) д 1 Гд Т4F б о »!— то

Непосредственно перед началом измерений по известным коэффициентам сило- и термочувствительностей рассчитываются време!»а Т», T.-,, Т, Т, «)2т2, «),» Г »1л Т1 В соответствии с системами (4) и (5) уравнений. Формирователь временных интервалов настраиваетсл на формирование рассчитанных временных интервалов по внешней команде "Пуск". Рассчитанные ин1ервалы формируются из импульсов опорной частоты Ед, поступающих на вход фор.мирователя 8 с выхода источника 6 опорной частоты.

Преобразователь оценивает измеряемые параметры по интерполяционному принципу.

Первый цикл вычисления сводится к нахождению параметров P и Т из системы линейных алгебраических уравнео ний (4) и оценке параметров Gp u 0т.

В течение времени Т импульсы частоты Г» поступают на суммирование в реверсивн;.;: счетчик 11, а в течение времени Т2 импульсы частоты F2 поступают на вычитаюший вход реверсивного сч тчика 1!. В результате вычитания двух импульсных последовательностей на выходе счетчика 11

7 9001 появляется двоичный код параметра Р.

Аналогичным образом вычисляется двоичный код параметра Т . В этом случае импульсы частоты F < в течение времени

Т поступают на суммирующий вход счет-5 чика 12 а импульсы частоты Fq в течение времени Т поступают на вычитающий вход счетчика 12, Для совмещения во времени операций суммирования и вычитания, что, напри- И1 мер, при равных временах Т,. и Т повышает быстродействие в два раза, в схеме введен блок 7 разделения сигналов, Блок 7 обеспечивает приоритет операции суммирования перед операцией вычитания в том случае, когда фронт импульса частоты Г1 совпадает с фронтом импульса частоты F и может пройти сбой информации. Для этих целей используются импульсы частоты Х®- 20

Совмещение во времени операций суммирования и вычитания значительно сокращает число разрядов счетчиков

11 и 12, что уменьшает аппаратурные затраты. 25

В соответствии с алгоритмом вычисления (4) приращение на единицу младшего разряда в двоичном коде соответствует приращению температуры и силы на 1 град и 1 H. Следовательно погрешность измерения температуры составляет 1 град., а погрешность вычисления силы составляет l H. Для уменьшения погрешности измерения

35 температуры в П раз, а силы в Hi раз необходимо увеличить времена измерения соответственно Т и Т в Or раэ, а Т в Т,1 в и раз. ф)

После вычисления параметров Р и

Т из системы линейных уравнений (Ц определяются поправки на времена измерений Т, Т>, Т и Т,1 согласна алгоритму (5). Функцию вычисления вы45 полняет основной вычислитель 13, который работает с двоичными кодами параметров Р, Т, g <, g<, F, Fg.

Умножитель 24 вычислителя 13 позволяет получать на выходе двоичный кад коэффициента г1 . Умножитель 25 поэ50 валяет получать на выходе двоичный код коэффициента д . Полученные коэффициенты с выхода вычислителя 13 поступают на входы соответствующих ключей 14 и 15 . Параметры 1 „ и

55 необходимые для вычисления коэффициентов d и д, получаются в резуль

",ате делания кодов временных интерва26 8

I1OB g Т H gg Т4 HB коды временных ийтервалов Т и Т4 .

В соответствии с алгоритмом вычисления (6) и с учетом соотношений (5) определяются параметры бр и б (7)

Функцию вычисления ошибок измерения выполняет дополнительный вычислитель 16, Блок вычитания 26 выделяет на выходе код разностного временного интервала Yj Т вЂ” g2 T2, аналогично на

1 1 2. выходе узла вйчитания 27 имеем код разностного временного интервала

1 Т, — Vj

О модули ошибок измерения сэр и 0 коT l торые сравниваются в блоках 19 и 20 сравнения с заданными величинами бр 1< о и b „- . В случае, если ошибка измерений больше допустимой, на выходах блоков 19 и 20 сравнения отсутствуют логические сигналы "Запрет коррекции" поступающие на элемент 21 И, на выхо- . де которого имеется сигнал, открывающий ключи 14 и 15 для прохождения двоичного кода коэффициентов dq rr da на коррекцию временных HHTPpBBJIoB Т;1, Тд T и Т1.

Сигнал "Запрет коррекции на выходе элемента 21 И появится в том случае, если погрешности измерения по обоим параметрам окажутся меньше допустимых.

Первый цикл измерения параметров заканчивается коррекцией временных интервалов Т, Т, Т. и Т в соответствии с алгоритмом вычисления (5).

Второй цикл вычисления протекает аналогичн с учетом скорректированных времен. В том случае, если ошибка измерения па каждому из параметров меньше допустимой, на выходе элемента 21 И появляется сигнал "Запрет коррекции", а на выходах счетчиков

11 и 12 появляются двоичные коды иэмеояемых параметров. В противном случае измерительный цикл повторяется °

Таким образом, данный двухпараметровый частотный измерительный преобразователь позволяет измерять пара900126

10 метры Р и Т с высокой точностью, что особо важно при построении высот коточных систем контроля. Сравнительно небольшое число итерационных циклов, необходимых для получения требу- з емой точности измерения (два — пять циклов при изменении температуры от

-100 С до +100 С и силы т 0 до lOOH) позволяет считать предлагаемый изме— мерительный преобразователь достаточ10 но быстродействующим, Время измерения исследуемых параметров при коэффициентах, принятых в расчете, равно примерно 8 мсек в одном цикле, следовательно время пяти циклов равно приtS мерно 40 мсек, что определяет общее быстродействие измерительного преобразователя.

Формула изобретения

Двухпараметровый частотный измерительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотныи датчик, 2$ оба выхода которого подключены к вхо-! ! ду соответствующего автогенератора, и два преобразователя период — код, ;выходы которых соединены с первым и ,,вторым входами вычислителя, о т л и-З ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения исследуемых параметров, в него введены дополнительный вычислитель, два смесителя, источник опорной частоты, блок 35 разделения сигналов, формирователь временных интервалов, два счетчика, два ключа, два делителя, два блока сравнения и элемент И, причем выходы обоих автогенераторов через смеситель и блок разделения сигналов подключены к входам соответствующих счетчиков, выходы которых соединены с первыми и вторыми входами основного и дополнительного вычислителей соответственно, а выход источника опорной частоты подключен к вторым входам первого и второго смесителей, к третьему выходу блока разделения сигналов и к первому входу формирователя временных интервалов, первые четыре выхода которого подключены к установочным входам блока разделения сигналов, пятый и шестой выходы формирователя временных интервалов соединены соответственно с третьим и четвертым входами дополнительного вычислителя, а седьмой и восьмой входы соединены с пятым и шестым входами дополнительного вычислителя и с входом первого и вчорого делителя соответственно,.выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам основного вычислителя, при этом выходы первого и второго смесителей соединены также с входами первого и второго преобразователей период — код соответственно, оба выхода основного вычислителя через первый и второй ключи подключены соответственно к второму и третьему входам формирователя временных интервалов, а два выхода дополнительного вычислителя через первый и второй блоки сравнения подключены к входам элемента И, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 558189, кл. G 01 Ь 9/08, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 2717368/18-10, кл. G О1 К 7/32, 31.07.79.

900126

Тираж 882 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Рауш"кая наб ., д. 4/5

Заказ 12168/58

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Муляр

Редактор Н. Джуган Техред M. Рейвес . Корректор M. Пожо