CS240192B1

CS240192B1 - Voltage-to-frequency converter

Info

Publication number: CS240192B1
Application number: CS839692A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Nosek; Jiri Zelenka
Original assignee: Jaroslav Nosek; Jiri Zelenka
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1983-12-20
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS969283A1

Abstract

fiešení se týká převodníku napětí na frekvenci. Sestává z destičky (1) z piezokeramiky nebo piezoelektrického krystalu, která je na jednom konci opatřena prvními snímacími elektrodami (3) a na druhém konci je opatřena druhými snímacími elektrodami (4) a uprostřed je opatřena budicími elektrodami (2). Mezi budicími elektrodami (2) a prvními snímacími elektrodami (3) je umístěna první horní řídící elektroda (5) a proti ní na opačné straně destičky (1) je umístěna první dolní řídicí elektroda (15). Mezi budicími elektrodami (2) a druhými snímacími elektrodami (4) je umístěna druhá horní řídicí elektroda (6) a proti ní na opačné straně destičky (1) je umístěna druhá dolní řídicí elektroda (16). Mezi první snímací elektrody .(3) a budící elektrody (2) je připojen první oscilátor. (7) a mezi druhé snímací elektrody (4) a budicí elektrody (2) je připojen druhý oscilátor (8) a první přívodní svorku (12) tvoří paralelně spojené první dolní řídicí elektroda (15) a druhá horní řídicí elektroda (6) a druhou přívodní svorku (13) tvoří paralelně spojené první horní řídicí elektroda (5) a druhá dolní řídicí elektroda (16). První oscilátor (7) a druhý oscilátor (8) jsou připojeny ke směšovači(9)» k němuž je připojena dolnof^ rekvenční propust (10), spojena se zesilovačem (11). Převodník je využitelný tam, kde je třeba vstupní napětí vyšší než 10 V převádět na frekvencithe solution relates to the voltage converter frequency. It consists of a plate (1) of piezoceramic or a piezoelectric crystal which is first fitted at one end with scanning electrodes (3) and at the other end it is provided with second sensing electrodes (4) and excited in the center electrodes (2). Between the excitation electrodes (2) and the first sensing electrodes (3) is first upper control electrode (5) located and against it on the opposite side of the plate (1) a first lower control electrode is located (15). Between the excitation electrodes (2) and a second sensing electrode (4) is disposed a second upper control electrode (6); against it on the opposite side of the plate (1) is a second lower control electrode (16) is provided. Between the first sensing electrodes (3) and the excitation the electrode (2) is connected to the first oscillator. (7) and between the second sensing electrodes (4) and an excitation electrode (2) is connected oscillator (8) and first input terminal (12) it forms a parallel connected first lower control electrode (15) and second upper control electrode (6) and second supply terminal (13) form the first upper upper parallel a control electrode (5) and a second lower control electrode electrode (16). First Oscillator (7) and the second oscillator (8) is connected to a mixer (9) to which it is attached a pass-through filter (10) coupled to an amplifier (11). The converter is usable there, where input voltage is higher than 10 V convert to frequency

Description

Vynález se týká převodníku napětí na frekvenci.The invention relates to a voltage to frequency converter.

Při konstrukci dnes běžných převodníků napětí na frekvenci se zpravidla využívá přeměny stejnosměrného nebo analogově proměnného napětí na kmitočet střídavého napětí, přičemž kmitočet střídavého napětí je úměrný velikosti analogově proměnného napětí. Pro tuto přeměnu se využívají různé integrované obvody, jejich podstatnou částí je zesilovač, pracující ve funkci integrátoru, dále komparátor, referenční zdroj stejnosměrného napětí a generátor impulsů. Takto konstruované analogově číslicové převodníky jsou určeny zpravidla pro vstupní napětí O až 10 V a pracují s výstupním střídavým napětím o kmitočtu několik desítek kHz. Přesná funkce převodníků je podmíněna užitím teplotně i časově velmi stabilních stěžejních prvků a obvodů.In the construction of current voltage-to-frequency converters, the conversion of a DC or an analog variable voltage to an AC voltage frequency is generally utilized, wherein the AC voltage frequency is proportional to the magnitude of the analog variable voltage. For this conversion, various integrated circuits are used, the essential part of which is an amplifier working as an integrator, as well as a comparator, a reference voltage source and a pulse generator. The analog-to-digital converters designed in this way are usually designed for an input voltage of 0 to 10 V and work with an output voltage of several tens of kHz. The exact function of the converters is conditioned by the use of very stable core elements and circuits in terms of temperature and time.

Uvedené nedostatky odstraňuje převodník napětí na frekvenci, sestávající z prvního oscilátoru a druhého oscilátoru, které jsou připojeny ke směěovači, k němuž je připojena dolnofrekvenční propusť, spojená se zesilovačem, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že sestává z destičky z piezokeramiky nebo piezoelektrického krystalu, na které je na jednom konci opatřena první mi snímacími elektrodami a na druhém konci je opatřena druhými snímacími elektrodami a uprostřed je opatřena budícími elektrodami. Mezi budícími elektrodami a prvními snímacími elektrodami je umístěna první horní řídící elektroda a proti ní na opačné straně destičky je umístěna první dolní řídící elektroda a mezi budicími elektrodami a druhými snímacími elektrodami je umístěna druhá horní řídící elektroda a proti ní na opačné straně destičky je umístěna druhá dolní řídící elektroda. Mezi první snímací elektrody a budící elektrody může být s výhodou připojen první oscilátor a mezi druhé snímací elektrody a budící elektrody jeThese drawbacks are overcome by a voltage to frequency converter consisting of a first oscillator and a second oscillator, which are connected to a transducer to which a low-pass filter connected to an amplifier according to the invention is connected. It consists of a piezoceramic or piezoelectric crystal plate on which it is provided with first sensing electrodes at one end and second sensing electrodes at the other end and excitation electrodes in the middle. A first upper control electrode is positioned between the excitation electrodes and the first sensing electrodes, and a first lower control electrode is disposed opposite the plate, and a second upper control electrode is disposed between the excitation electrodes and the second sensing electrodes, and a second upper control electrode is opposite. lower control electrode. Preferably, a first oscillator may be connected between the first sensing electrode and the excitation electrode, and between the second sensing electrode and the excitation electrode is

240 192240 192

- 3 připojen druhý oscilátor a jednu přívodní svorku mohou tvořit paralelně spojené první dolní řídící elektroda a druhá horní řídící elektroda a druhou přívodní svorku mohou tvořit paralelně spojené první horní řídící elektroda a druhá dolní řídící elektroda.A second oscillator and one supply terminal may be connected in parallel to the first lower control electrode and the second upper control electrode and the second supply terminal may be formed in parallel to the first upper control electrode and the second lower control electrode.

Převodník napětí na frekvenci podle vynálezu pracuje na bázi převodu analogově proměnného napětí na kmitočet a umožňuje zvětšit vstupní napětí až na několik desítek V a nevyžaduje referenční zdroj napětí.The voltage to frequency converter according to the invention operates on the basis of the conversion of analog variable voltage to frequency and allows to increase the input voltage up to several tens of V and does not require a reference voltage source.

Převodník podle vynálezu a jeho účinky jsou blíže popsány na příkladu jeho provedení pomocí výkresu, kde obr. 1 představuje schéma zapojení převodníku napětí na frekvenci podle vynálezu a obr. 2 představuje schéma zapojení doplňkové vyhodnocovací části převodníku napětí na frekvenci podle vynálezu, opatřeného směšovačem, dolnofrekvenční propustí a zesilovačem.The converter according to the invention and its effects are described in more detail by way of example with reference to the drawing, in which Fig. 1 represents a circuit diagram of a voltage to frequency converter according to the invention and Fig. 2 shows a circuit diagram of an additional low frequency frequency converter according to the invention. and amplifier.

převodník napětí na frekvenci podle vynálezu sestává z destičky 1 z piezokeramiky nebo piezoelektrického krystalu. Destička 1 je na jednom konci opatřena prvními snímacími elektrodami 2» na druhém konci je opatřena druhými snímacími elektrodami £ a uprostřed jsou na ní umístěny budící elektrody 2. Mezi budícími elektrodami 2 a prvními snímacími elektrodami 2, j® umístěna první horní řídící elektroda 2 ^a proti ní na opačné straně destičky 1 je umístěna první dolní řídicí elektroda 15» Mezi budicími elektro dami 2~ a druhými snímacími elektrodami £ je umístěna druhá horní řídicí elektroda 6 a proti ní na opačné straně destičky 1 je umístěna druhá dolní řídící elektroda 16. Mezi první snímací elektrody 2 ^a budící elektrody 2 je připojen první oscilátor 2* Mezi druhé snímací elektrody £ a budicí elektrody 2 je připojen druhý oscilátor 8. První přívodní svorku 12 tvoří paralelně spojené první dolní řídící elektroda 15 a druhá horní řídící elektrodaThe voltage to frequency converter according to the invention consists of a piezoceramic or piezoelectric crystal plate 1. The plate 1 is provided with first sensing electrodes 2 at one end and second sensing electrodes 6 at the other end, and excitation electrodes 2 are disposed in the middle thereof ^. opposite to the opposite side of the plate 1, a first lower control electrode 15 is disposed. a first oscillator 2 is connected between the first sensing electrode 2 ^{and the} excitation electrode 2. * A second oscillator 8 is connected between the second sensing electrode 6 and the excitation electrode 2.

6. Druhou přívodní svorku 15 tvoří paralelně spojené první horní řídící elektroda 2 ^a druhé dolní řídící elektroda 16. První oscilátor 7 a druhý ^scilátor 8 jsou připojeny ke směěovači 2» k němuž je připojena dolnofrekvenční propusí 10 a zesilovač 11.6. The second supply terminal 15 is formed by the first upper control electrode 2 ^{and the} second lower control electrode 16 connected in parallel.

Destička 1, na které je realizován převodník, může být Vybroušena bu3 z piezoelektrických krystalů, například krystaluThe plate 1 on which the transducer is realized can be ground either from piezoelectric crystals, for example a crystal

240 křemene, LiNbO-j, LiTaOj, Bi^GeOjo» B112SÍO2O» berlinitu, nebo může být vybroušena z piezokeramiky. přitom je Žádoucí, aby přísluš ný lineární a nelineární piezoelektrický modul pro uvažovanou orientaci destičky 1 byl co největší.240 of quartz, LiNbO-j, LiTaOj, Bi2O4O, B112SiO2O3, or may be ground from piezoceramics. in this case, it is desirable that the respective linear and non-linear piezoelectric module for the intended orientation of the plate 1 be as large as possible.

Tak například při realizaci převodníku na destičce 1 z krystalu z LiNbO^ o tloušlce destičky 1 rovnoběžné s ©sou Y a při ose destičky rovnoběžné s osou X při jmenovitém kmitočtu prvního osci látoru 7 a druhého oscilátoru 8 25 MHz» analogovém napětí 25 V přivedeném na první horní řídící elektrodu £, první dolní řídící elektrodu lí. druhou horní řídicí elektrodu 6 a druhou dolní řídicí elektrodu 16 bude na výstupu směšovače £ napětí o kmitočtu 2 f - 50 Hz. Vzhledem k tomu, že oba na destičce 1 realizované přenosové systémy působí proti sobě, změna rychlosti šíření ultra zvukových vln vyvolaná změnou teploty nebo stárnutím se neuplatníFor example, when implementing a transducer on a LiNbO ^ crystal plate 1 with a plate thickness 1 parallel to the Y axis and a plate axis parallel to the X axis at a nominal frequency of the first oscillator 7 and the second oscillator 8 25 MHz analogue voltage 25 V applied to a first upper control electrode 6; the second upper control electrode 6 and the second lower control electrode 16 will be at the output of the mixer 6 at a frequency of 2 - 50 Hz. Since the two transmission systems implemented on the plate 1 act against each other, the change in ultrasonic wave velocity caused by temperature change or aging does not apply

Na první horní řídící elektrodu £, první dolní řídící elektrodu 15, druhou horní řídící elektrodu 6 a druhou dolní řídící elektrodu 16 se přivádí vstupní analogové napětí, které působením vzniklého elektrického pole prostřednictvím lineárního a nelineárního piezoelektrického jevu jednak mění vzdálenost mezi budícími elektrodami 2 a snímacími elektrodami £ a £, jednak rychlost šíření povrchových ultrazvukových vln. první horní řídicí elektro da £, první dolní řídicí elektroda 15, druhá horní řídicí elektroda 6 a druhé dolní řídicí elektroda 16 jsou propojeny tak, aby se při přiložení analogového napětí vzdálenost mezi budicími elektrodami 2 a prvními snímacími elektrodami £ zvětšila a současně, aby se vzdálenost mezi budícími elektrodami 2 a druhými snímacími elektrodami £ zmenšila. Tím se dosáhne zpoždění signálu na prvním snímacích elektrodách £ o + a/ a na druhých snímacích elektrodách £ o -Af · Přenosový systém mezi budicími elektrodami 2 a prvními snímacími elektrodami £ je součástí prvého oscilátoru 7 a přenosový systém mezi budicími elektrodami 2 a druhými snímacími elektrodami £ je součástí druhého oscilátoru 8. V důsledku poměrné změny zpoždění mezi budícími, elektrodami 2 a snímacími elektrodami £, £ se změní kmitočet prvního oscilátoru 7 o hodnotu -Δ f a druhého oscilátoru 8 o hodnotu + £f. Výstupní napětí dvou oscilátorů 7 a 8 jsou přivedena do směšova240 192, če 9, na jehož výstupu dostaneme napětí o kmitočtu 2 Δ f.An input analog voltage is applied to the first upper control electrode 6, the first lower control electrode 15, the second upper control electrode 6, and the second lower control electrode 16, which on the one hand changes the distance between the excitation electrodes 2 and the sensing electrodes. electrodes 6 and 6, and the velocity of surface ultrasonic waves propagation. the first upper control electrode 6, the first lower control electrode 15, the second upper control electrode 6 and the second lower control electrode 16 are interconnected such that when the analog voltage is applied, the distance between the excitation electrodes 2 and the first sensing electrodes 6 increases and simultaneously the distance between the excitation electrodes 2 and the second sensing electrodes 6 has decreased. The transmission system between the excitation electrodes 2 and the first pickup electrodes 6 is part of the first oscillator 7 and the transmission system between the excitation electrodes 2 and the second pickup electrodes 2 and 2 is also achieved. As a result of the relative change in the delay between the excitation electrodes 2 and the sensing electrodes, the frequency of the first oscillator 7 is changed by -f and the second oscillator 8 by + £ f. The output voltages of two oscillators 7 and 8 are supplied to a mixer240 192, 9, at the output of which a voltage of 2 Δ f is obtained.

převodník napětí na frekvenci podle vynálezu je využitelný tam, kde je třeba převádět napětí na frekvenci a vstupní napětí je vyšší než 10 V.The voltage to frequency converter according to the invention is useful where it is necessary to convert the voltage to frequency and the input voltage is higher than 10 V.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

240 192

A voltage to frequency converter consisting of a first oscillator and a second oscillator connected to a mixer to which a low-pass filter coupled to an amplifier is connected, characterized in that it seps from a piezoceramic or piezoelectric crystal plate which is connected to a one end provided with first sensing electrodes (3) and at the other end provided with second sensing electrodes (4), and provided with excitation electrodes (2) in the middle and a first upper control electrode positioned between the excitation electrodes (2) and the first sensing electrodes (3) (5) and on the opposite side of the plate (1) a first lower control electrode (15) is placed and between the excitation electrodes (2) and the second sensing electrodes (4) a second upper control electrode (6) is placed and opposite thereto a second lower control electrode (16) is disposed on the side of the plate (1), between the first sensor a first oscillator (7) is connected to the electrode (3) and the excitation electrode (2) and a second oscillator (8) is connected between the second sensing electrodes (4) and the second electrode (8) and the first supply terminal (12) forms a parallel lower first the control electrode (15) and the second upper control electrode (6) and the second lead terminal (13) form a parallel connected first upper control electrode (5) and a second lower control electrode (16).