CZ2008419A3 - Apparatus for continuous measuring vibrations of string strain gauges with two-conductor connection - Google Patents
Apparatus for continuous measuring vibrations of string strain gauges with two-conductor connection Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2008419A3 CZ2008419A3 CZ20080419A CZ2008419A CZ2008419A3 CZ 2008419 A3 CZ2008419 A3 CZ 2008419A3 CZ 20080419 A CZ20080419 A CZ 20080419A CZ 2008419 A CZ2008419 A CZ 2008419A CZ 2008419 A3 CZ2008419 A3 CZ 2008419A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- input
- output
- exciter
- excitation
- switch
- Prior art date
Links
Abstract
Uvedené rešení budice a jeho rízení umožnuje velmi úcinné vybuzení vlastních kmitu strunových tenzometrických snímacu. Budic (2) je navržen pro systémy pracující na principu merení tlumených kmitu snímacu se synchronním buzením. Pro buzení je použita série pulzu generovaných rídícím obvodem budice (2) obsahujícího cítac (79) a rídící obvod (75) pro jeho rízení. Ty jsou spojeny s výstupem napetím rízeného oscilátoru fázového závesu zarízení a generují signály pro vlastní budic (2). Ten pripojujev prubehu buzení na snímac (1) napájecí napetí pomocí ctyr rízených spínacu (S1, S2, S3, S4) a to strídave v obou smerech bez zavedení stejnosmerné složky buzení. Budic (2) se skládá z oddelovace (21), jednotlivých spínacu (S1, S2, S3, S4), které rídí a z bloku (22) ochran, které zamezují pruniku budicích pulzu do navazujícího rozdílového zesilovace, který je zarazen na vstupu aktivního RC filtru(3) a je pripojen na výstup budice (2). Vzhledem k symetrické konstrukci budice lze tento zesilovackonstruovat jako rozdílový, zesilující užitecný indukovaný signál s potlacením souhlasného rušení.Said excitation solution and its control enable very efficient excitation of the own vibrations of string strain gauges. The exciter (2) is designed for systems operating on the principle of measuring the damped oscillation of the sensor with synchronous excitation. For excitation, a series of pulses are generated generated by the driver control circuit (2) containing the sensor (79) and the control circuit (75) for controlling it. These are connected to the output of the voltage controlled oscillator of the phase hinge of the device and generate signals for the actual driver (2). This connects to the sensor (1) the supply voltage via the four controlled switches (S1, S2, S3, S4) during the excitation (1) in both directions without the DC excitation. The exciter (2) consists of a separator (21), individual switches (S1, S2, S3, S4) that control and from a protection block (22) which prevents the excitation pulse from penetrating into the downstream amplifier that is input to the active RC filter (3) and is connected to the exciter output (2). Due to the symmetrical construction of the exciter, this amplifier can be designed as a differential amplifying useful inductive signal with the suppression of consistent interference.
Description
Zařízeni pro kontinuální měření kmitů strunových tenzometrických snímačů s dvouvodičovým připojenímDevice for continuous oscillation measurement of string strain gauges with two-wire connection
Oblast technikyTechnical field
Předkládané řešení se týká zařízení pro měření kmitů strunových tenzometrických snímačů s dvouvodičovým připojením a popisuje nový princip budiče pro buzení vlastních kmitů strunových tenzometrických snímačů.The present invention relates to a device for measuring the oscillations of string strain gauges with a two-wire connection and describes a new exciter principle for excitation of the natural oscillations of string strain gauges.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Princip stávajících budičů jednocívkových snímačů vychází ze známého principu, kdy se kmity struny vybudí impulzem v budicí cívce a následně se snímá napětí generované v cívce vlivem dokmitávání struny. Zde existují různé modifikace, místo jednoho pulzu lze použit sérií pulzů, aby se dosáhlo dobrého vybuzení struny. Pokud bylo v některých typech budičů použito tohoto typu buzení sérií pulzů, jednalo se vždy o systémy, kdy byl budicí signál vždy stejný, nezávislý na vlastnostech snímače, čímž však nelze zaručit optimální vybuzeni pro různé typy snímačů. Pro zpracováni generovaného napětí se používá buď širokopásmový zesilovač nebo selektivní zesilovač s omezeným kmitočtovým pásmem. Přesná zapojení firemních budičů jsou většinou nedostupná, ale lze konstatovat, že se jedná většinou pouze o tento jednoduchý princip realizovaný výše uvedeným způsobem.The principle of existing single-coil pick-up drivers is based on the known principle whereby the line oscillations are excited by a pulse in the excitation coil and subsequently the voltage generated in the coil is sensed due to the line vibrating. There are various modifications, instead of a single pulse, a series of pulses can be used to achieve good string excitation. When this type of exciter has been used with this type of pulse series excitation, these have always been systems where the excitation signal has always been the same, independent of the sensor characteristics, but this does not guarantee optimum excitation for different sensor types. Either a broadband amplifier or a limited frequency band selective amplifier is used to process the generated voltage. Exact wiring of company drivers is usually unavailable, but it can be stated that it is mostly only this simple principle realized in the above way.
Princip popsaný v CZ patentu ¢. 298425 je založen na uvedeném vybuzení struny proudovým pulzem, přičemž k zesílení indukovaného signálu se využívá jednak aktivního RC filtru typu pásmová propust s pevně daným propustným pásmem, jednak přeladitelného úzkopásmového zesilovacího SC filtru, tedy filtru se spínanými kapacitory zapojeného v kaskádě. Tento filtr je realizován technikou spínaných kapacitorů a je přelaďován kmitočtem fázového závěsu, který je v zasynchronizovaném stavu přesně naladěn na násobek rezonančního kmitočtu struny. Pro správnou funkci celého zařízení je nutný blok ovládání, který jednak řídi uvedené bloky, jednak zajistí přechod do synchronního stavu po zapnutí zařízení nebo připojení snímače.The principle described in CZ patent ¢. 298425 is based on said pulse current excitation, using an active RC filter of fixed pass filter type and a tunable narrowband amplifier SC filter, a cascade switched capacitor filter, to amplify the induced signal. This filter is realized by switching capacitors and is tuned by the phase lock frequency, which in the synchronized state is precisely tuned to a multiple of the resonant frequency of the string. For the correct functioning of the whole device is necessary control block, which both controls the blocks, and ensures transition to synchronous state after switching on the device or connecting the sensor.
Pro přechod do synchronního stavu je nutné naladit oscilátor fázového závěsu na požadovaný kmitočet tak, aby byl přeladitelný úzkopásmový zesilovací filtr naladěn právě na rezonanční kmitočet struny snímače. To zajišťuje, jak bylo uvedeno, blok ovládání. Oscilátor fázového závěsu je přelaďován pomocí pomaloběžného generátoru, přičemž snímač je buzen prostřednictvím pulzů z řídícího obvodu, který je zde tvořen monostabilním obvodem. Ten je synchronním stavu zařízení periodicky aktivovaný astabiiním klopným obvodem a zároveň je sledována velikost indukovaného napětí po průchodu filtry. Pokud toto napětí dosáhne požadované úrovně, znamená to, že přeladitelný úzkopásmový zesilovací filtr, resp. oscilátor fázového závěsu je správně naladěn a obvod se přepne do synchronního stavu. Oscilátor fázového závěsu se začne řídit výstupem fázového detektoru závěsu, který porovnává jednak kmitočet indukovaného signálu struny a jednak příslušně vydělený kmitočet oscilátoru fázového závěsu. Dělící poměr děliče kmitočtu je shodný s poměrem kmitočtu středu propustného pásma přeladitelného úzkopásmového zesilovacího filtru kjeho ladicímu kmitočtu. Při přechodu do synchronním stavu se zároveň deaktivuje astabilní klopný obvod a monostabilní klopný obvod je aktivován prostřednictvím komparátoru v závislosti na velikosti indukovaného napětí, zesíleného v kaskádě filtrů. Pokud toto napětí klesne pod nastavenou mez, tedy když struna snímače již kmitá s malou amplitudou, kompatátor aktivuje monostabilní klopný obvod, jehož pulzem je řízen vlastní budič snímače a tím dojde k vybuzeni struny.To switch to the synchronous state, it is necessary to tune the phase locked oscillator to the desired frequency so that the tunable narrowband amplification filter is tuned just to the resonant frequency of the sensor string. This ensures, as mentioned, the control block. The phase locked oscillator is tuned using a low-speed generator, the sensor being driven by pulses from the control circuit, which here is a monostable circuit. This is a synchronous state of the device periodically activated by an astabine flip-flop circuit, while the magnitude of the induced voltage is monitored after passing through the filters. If this voltage reaches the desired level, it means that the tunable narrowband amplifier filter or the amplifier can be switched off. the phase lock oscillator is tuned correctly and the circuit switches to synchronous state. The phase locked oscillator is controlled by the output of the phase locked phase detector, which compares both the frequency of the induced string signal and the correspondingly divided frequency of the phase locked oscillator. The dividing ratio of the frequency divider is equal to the ratio of the center of the passband of the tunable narrowband amplifier filter to its tuning frequency. At transition to synchronous state, the astable flip-flop is also deactivated and the monostable flip-flop is activated by a comparator depending on the magnitude of the induced voltage amplified in the filter cascade. If this voltage drops below the set limit, ie when the string of the sensor is already oscillating with a small amplitude, the compatibilizer activates a monostable flip-flop whose pulse controls the sensor's own exciter and thus excites the string.
Uvedený princip je použitelný na buzení většiny vyráběných typů snímačů, na jejichž vlastnosti jako je rezonanční kmitočet struny a dekrement útlumu kmitů se adaptuje. Má však i jisté nevýhody. Mezi ty patří nízká míra vybuzení struny a konstantní šířka budicího pulzu dané monostabilním klopným obvodem. Pro dostatečné vybuzení je pak nutné použít poměrně vysoké napětí 20V. Tyto nevýhody odstraňuje dále popisovaná úprava zařízení.This principle is applicable to the excitation of most types of sensors produced, whose properties such as the resonant frequency of the string and decrement of the vibration attenuation are adapted. However, it also has certain disadvantages. These include the low string excitation rate and the constant excitation pulse width given by the monostable flip-flop. For sufficient excitation it is then necessary to use a relatively high voltage of 20V. These disadvantages are overcome by the apparatus described below.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro kontinuální měření kmitů strunových tenzometrických snímačů s dvouvodičovým připojením podle předkládaného řešení. Toto zařízeni vychází z CZ patentu d.298425 a jeho společná část je tvořena budičem propojeným s aktivním RC filtrem typu pásmová propust s pevně daným propustným pásmem, jehož výstup je pres přeladitelný úzkopásmový zesilovací SC filtr spojen se zesilovačem a prvním komparátorem. Jeho výstup je zapojen jednak na vstup fázového závěsu, jednak na vstup dolní propusti bloku ovládáni. Fázový závěs je tvořen fázovým detektorem, napětím řízeným oscilátorem se vstupním filtrem a děličem kmitočtu, přičemž výstup jeho oscilátoru je propojen s ladicím vstupem zesilovacího SC filtru. Ovládací jednotka přepíná pomoci elektronického přepínače vstup řízeného oscilátoru fázového závěsu buď na výstup pomaloběžného generátoru nebo přes vstupní filtr na výstup fázového detektoru. Ovládací jednotka je dále tvořena zmíněnou dolní propustí, jejíž výstup je propojen s druhým a třetím komparátorem. Druhý komparátor ovládá elektronický přepínač a blokovací vstup třetího komparátoru a astabilního klopného obvodu. Výstup astabilniho klopného obvodu je spolu s výstupem třetího komparátoru připojen na řídící blok budiče. Výchozí stav je nastavován resetovacim obvodem, jehož výstupy inicializují jednak pomaloběžný generátor, jednak $ řídicí blok budiče.The above disadvantages are overcome by the device for continuous oscillation measurement of string strain gauges with two-wire connection according to the present solution. This device is based on CZ patent d.298425 and its common part is formed by an exciter connected to an active RC filter of the fixed band pass filter type, whose output is connected to the amplifier and the first comparator via a tunable narrowband amplifier SC filter. Its output is connected both to the input of the phase lock and the input of the low pass filter of the control block. The phase lock consists of a phase detector, a voltage controlled oscillator with an input filter and a frequency divider, the output of its oscillator being connected to the tuning input of the amplifying SC filter. Using the electronic switch, the control unit switches the input of the controlled phase locked oscillator either to the output of the low-speed generator or via the input filter to the output of the phase detector. The control unit further comprises said low-pass filter, the output of which is connected to the second and third comparators. The second comparator controls the electronic switch and blocking input of the third comparator and the astable flip-flop. The output of the astable flip-flop is connected to the exciter control block together with the output of the third comparator. The initial state is set by a reset circuit whose outputs are initiated by both a slow-running generator and an exciter control block.
Podstatou nového řešení je, že aktivní RC filtr je buzen symetricky a má na svém vstupu rozdílový zesilovač, který je zapojen na výstup budiče. Dále je změněno zapojení budiče, který tvořen oddělovačem pro napěťové přizpůsobení vstupních signálů, tj. budícího signálu EXCT a signálu čítání COUNT. Jeho výstupy ovládají elektronické spínače, které připojují na snímač napájecí napětí, a to střídavě v obou směrech, podle signálu EXCT, čímž je struna snímače buzena. Uvedené signály EXCT a COUNT jsou generovány v řídícím bloku budiče. Ten je tvořen řídicím obvodem čítače a k němu připojeným čítačem. Výstup E přetečení čítače je propojen se vstupem stavu čítače řídicího obvodu. Hlavní vstup čítače je propojen, spolu se vstupem budicích pulzů řídícího obvodu, s výstupem děliče kmitočtu fázového závěsu. Resetovaci vstup čítače je signálem COUNT propojen s výstupem čítání řídícího obvodu, který je spojen s vlastním budičem, se vstupem čítáni jeho oddělovače a zároveň s řídicím vstupem jeho bloku ochran, Výstup spínacích pulzůThe essence of the new solution is that the active RC filter is excited symmetrically and has a differential amplifier at its input, which is connected to the exciter output. Furthermore, the wiring of the exciter, which is a separator for voltage matching the input signals, i.e. the EXCT excitation signal and the COUNT count signal, is changed. Its outputs are controlled by electronic switches that connect the supply voltage to the sensor, alternately in both directions, according to the EXCT signal, which excites the sensor string. The indicated EXCT and COUNT signals are generated in the exciter control block. This consists of a counter control circuit and a counter connected to it. Counter overflow output E is coupled to the counter input state of the control circuit. The main input of the counter is coupled, together with the input of the control pulses, with the output of the phase locked frequency divider. The reset input of the counter is connected with the COUNT signal to the counter output of the control circuit, which is connected to its own exciter, to the count input of its separator, and to the control input of its protection block.
EXCT řídícího obvodu je spojen s budicím vstupem oddělovače vlastního budiče.The EXCT of the control circuit is connected to the excitation input of the exciter separator.
Budič je tedy tvořen oddělovačem, blokem ochran a dále čtyřmi spínači, přičemž oddělovač má dva vstupy, vstup budícího signálu EXCT a vstup signálu čítáni COUNT. Jeho první výstup je spojen s ovládacím vstupem prvního spínače, jehož jedna svorka je připojena na kladné napájecí napětí a druhá je propojena jednak s jedním vstupem bloku ochran, jednak s jednou svorkou čtvrtého spínače, jehož druhá svorka je uzemněna a jehož ovládací vstup je spojen se čtvrtým výstupem oddělovače a jednak je opatřen svorkou pro připojení jednoho konce strunového snímače. Dále je třetí výstup oddělovače spojen s ovládacím vstupem třetího spínače, jehož jedna svorka je připojena na kladné napájecí napětí a druhá je propojena jednak s druhým vstupem bloku ochran, jednak s jednou svorkou druhého spínače, jehož druhá svorka je uzemněna a jehož ovládací vstup je spojen s druhým výstupem oddělovače a jednak je opatřen svorkou pro připojení druhého konce strunového snímače.Thus, the exciter consists of a separator, a protection block, and four switches, the separator having two inputs, an EXCT excitation signal input and a COUNT counting signal input. Its first output is connected to the control input of the first switch, one terminal of which is connected to the positive supply voltage and the other is connected to one input of the protection block and to one terminal of the fourth switch, the other terminal of which is grounded and whose control input is connected the fourth output of the separator and secondly has a clamp for connecting one end of the string pickup. Furthermore, the third output of the separator is connected to the control input of the third switch, one terminal of which is connected to a positive supply voltage and the other is connected to the other input of the protection block and to one terminal of the other switch. with a second separator output and secondly with a clamp for connecting the other end of the string pickup.
Blok ochran slouží k tomu, že zkratuje výstup budiče po dobu buzení snímače. Po ukončení buzení snímače a po odeznění přechodového děje na budicí cívce se indukované napětí snímače připojí na vstup aktivního RC filtru.The relay block serves to short-circuit the exciter output while the sensor is energizing. When the sensor excitation is complete and the transient response on the excitation coil has subsided, the induced sensor voltage is connected to the active RC filter input.
Nový budící obvod strunových tenzometrických snímačů je realizován tak, že struna snímače je buzena prostřednictvím proudového pulzu, jehož šířka je odvozena od rezonančního kmitočtu struny, tj. je přizpůsobena vlastnostem snímače tak, aby vybuzení první harmonické struny snímače tímto pulzem bylo co největší. Místo jednoho pulzu je dále použita série pulzů EXCT, přičemž jejich perioda splňuje kritérium maximálního vybuzení. Zapojeni vlastního budiče je striktně symetrické, což umožňuje jednak aktivní buzeni snímače v obou fázích signálu EXCT a jednak navázání přístrojového rozdílového zesilovače pro zesíleni užitečného signálu a potlačení jeho rušivých souhlasných složek. Buzení v obou fázích dále zdvojnásobuje vybuzeni struny snímače. Výsledné indukované napětí snímače je pak větší a tím se zvětšuje i odstup užitečného signálu od rušení.The new excitation circuit of string strain gauges is realized in such a way that the string of the sensor is excited by a current pulse whose width is derived from the resonant frequency of the string, ie it is adapted to the sensor properties. In addition, a series of EXCT pulses is used instead of a single pulse, and their period meets the maximum excitation criterion. The excitation of the driver itself is strictly symmetrical, which enables both active excitation of the sensor in both phases of the EXCT signal and also connection of the instrument differential amplifier to amplify the useful signal and suppress its interfering common components. The excitation in both phases further doubles the excitation of the sensor string. The resulting inductive sensor voltage is then greater, and thus the useful signal to interference ratio increases.
Pro maximální vybuzení první harmonické struny snímače je nutné, aby šířka budicího pulzu odpovídala polovině rezonanční periody kmitů struny snímače a frekvence puízů při buzení pomocí série pulzů byla shodná s vlastním rezonančním kmitočtem struny snímače. Z tohoto důvodu je možné tento typ buzení použít pouze u systému se synchronizací.For maximum excitation of the first harmonic sensor string, it is necessary that the excitation pulse width corresponds to half the resonance period of the sensor string oscillation and the frequency of pulses when excited by means of a series of pulses is identical with the resonant frequency of the sensor string. For this reason, this type of excitation can only be used on a system with synchronization.
Princip celého zařízení zůstává vzhledem k řešení v patentu CZ 298425 nezměněn, mění se však systém buzení a zapojení vlastního budiče včetně příslušných ochran.The principle of the whole device remains unchanged due to the solution in patent CZ 298425, however, the system of excitation and wiring of the exciter itself, including the corresponding protections, changes.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Vlastni budič a úprava zařízení pro kontinuální měření kmitů strunových tenzometrických snímačů s dvouvodičovým připojením podle předkládaného řešení bude blíže popsán pomocí přiložených výkresů. Na obr.1 je blokové schéma vlastního budiče, jehož možnou konkrétní obvodovou realizaci ukazuje obrázek 2. Na obrázku 3 je uvedeno celkové blokové schéma zařízení z CZ 298425, které je upraveno podle zde uvedeného popisu, přičemž bloky, u kterých došlo ke změnám jsou zakresleny tučně.The actual exciter and modification of the device for continuous measurement of oscillations of string strain gauges with two-wire connection according to the present solution will be described in more detail by the attached drawings. Fig. 1 is a block diagram of the actual exciter, the possible specific circuit implementation of which is shown in Fig. 2. Fig. 3 shows an overall block diagram of the apparatus of CZ 298425, which is modified according to the description herein; in bold.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Celéhq zařízení vychází, jak již bylo uvedeno, z modifikace systému zCZ 298425. Podstatou vynálezu je změna činnosti a zapojení některých bloků, a to zapojení vlastního budiče a jeho řízení a doplnění aktivního RC filtru o rozdílový zesilovač.The whole device is based on a modification of the system of the CZ 298425, as mentioned above.
Zapojení vlastního budiče ukazuje blokové schéma na Obr. 1. Budič je tvořen oddělovačem 21 s budícím vstupem a se vstupem čítání jehož výstupy ovládají jednotlivé spínače, první výstup ovládá první spínač Sl, druhý výstup ovládá druhý spínač S2, třetí výstup ovládá třetí spínač S3 a čtvrtý výstup ovládá čtvrtý spínač S4. Další propojení je následující. Jedna svorka prvního spínače S1 je připojena na kladné napájecí napětí a druhá je propojena jednak s první svorkou strunového snímače 1_, jednak s jednou svorkou čtvrtého spínače S4, jehož druhá svorka je uzemněna a dále s jedním vstupem bloku 22 ochran. Druhá svorka strunového snímače 1 je připojena jednak k jedné svorce druhého spínače S2, jehož druhá svorka je uzemněna, jednak k druhé svorce třetího spínače S3 jehož první svorka je připojena na kladné napájecí napětí a dále k druhému vstupu bloku 22 ochran.The wiring of the exciter itself is shown in the block diagram in FIG. The exciter is formed by a divider 21 with an excitation input and a counting input whose outputs control individual switches, the first output controls the first switch S1, the second output controls the second switch S2, the third output controls the third switch S3, and the fourth output controls the fourth switch S4. The next link is as follows. One terminal of the first switch S1 is connected to the positive supply voltage and the other is connected both to the first terminal of the string sensor 7 and to one terminal of the fourth switch S4, the other terminal of which is grounded and to one input of the protection block 22. The second terminal of the string sensor 1 is connected both to one terminal of the second switch S2, the second terminal of which is grounded, and to the other terminal of the third switch S3, the first terminal of which is connected to the positive supply voltage and to the second input of the relay block 22.
Na obr.3 je celkové blokové schéma zařízení. Toto schéma z velké části odpovídá řešeni podle CZ 298425. Stručně popsáno, jedná se o zařízeni pro kontinuální měření kmitů strunových tenzometrických snímačů s dvouvodičovým připojením tvořené nově uspořádaným, výše popsaným, budičem 2 propojeným s aktivním RC filtrem 3 typu pásmová propust s pevně daným propustným pásmem, jehož výstup je přes přeladitelný úzkopásmový zesilovací SC filtr 4 spojen se zesilovačem a prvním komparátorem 5. První komparátor 5 je spojen jednak s jedním vstupem fázového detektoru 61 fázového závěsu obsahujícím dále napětím řízený oscilátor 64, dělič kmitočtu 65 a vstupní filtr tvořený odporem 62 a kondenzátorem 63 paralelně připojeným ke vstupu oscilátoru 64. Výstup oscilátoru 64 je propojen s ladicím vstupem zesilovacího filtru 4 a současně s děličem kmitočtu 65, jehož výstup je připojen na druhý vstup fázového detektoru 61. Vstup oscilátoru 64 je připojen na výstup dvoupolohového elektronického přepínače 78 ovládací jednotky, která na vstup oscilátoru připojuje buď výstup fázového detektoru 61 přes odpor 62 nebo výstup pomaloběžného generátoru 77. Ovládací jednotka je dále tvořena dolní propustí 71 propojenou s druhým komparátorem 72 a s třetím komparátorem 73. Druhý komparátor 72 je propojen s řídící svorkou elektronického přepínače 78, s blokovacím vstupem druhého komparátoru 73 a s blokovacím vstupem astabilního klopného obvodu 74. Výstup astabilního klopného obvodu 74 je spolu s výstupem třetího komparátoru 73 připojen na řídící blok budiče. Tento řídicí blok budiče je spojen s invertovaným výstupem resetovacího obvodu 76, na jehož neinvertujíci výstup je připojen nulovací vstup pomaloběžného generátoru 77. Kromě nově vytvořeného budiče 2 je dále nové vytvořen RC filtr 3, který má nyní na svém vstupu rozdílový zesilovač, a pak řídící blok 75 budiče. Tento řídící blok budiče 2 je zde tvořen řídicím obvodem 75 a k němu připojeným čítačem 79. Čítač 79 je opatřen výstupem přečteni E, který je propojen se vstupem stavu čítače řídícího obvodu 75. Hlavní vstup čítače 79 je spolu se vstupem budicích pulzů řídícího obvodu 75 propojen s výstupem děliče kmitočtu 65 a resetovací vstup čítače 79 je signálemFig. 3 is an overall block diagram of the device. This scheme largely corresponds to the solution according to CZ 298425. Briefly described, it is a device for the continuous measurement of oscillations of string strain gauges with two-wire connection consisting of a newly arranged, above described, exciter 2 connected with an active RC filter 3 of bandpass filter with fixed The first comparator 5 is connected to one input of a phase locked phase detector 61 further comprising a voltage-controlled oscillator 64, a frequency divider 65 and an input filter formed by a resistor 62 and a capacitor 63 connected in parallel to the input of the oscillator 64. The output of the oscillator 64 is coupled to the tuning input of the amplifier filter 4 and simultaneously to the frequency divider 65 whose output is connected to the second input of the phase detector 61. only to the output of the two-position electronic switch 78 of the control unit, which connects to the oscillator input either the output of the phase detector 61 via a resistor 62 or the output of the low-speed generator 77. The control unit is further formed by a lowpass 71 connected to the second comparator 72 and the third comparator it is coupled to the control switch of the electronic switch 78, the blocking input of the second comparator 73, and the blocking input of the astable flip-flop 74. The astable flip-flop 74 output is coupled to the exciter control block output. This exciter control block is coupled to the inverted output of the reset circuit 76, the non-inverting output of which is connected to the zero input of the low-speed generator 77. In addition to the newly created exciter 2, a new RC filter 3 is now provided. exciter block 75. This exciter control block 2 is here comprised of a control circuit 75 and a counter 79 connected thereto. The counter 79 is provided with a readout output E, which is coupled to a state input of the control circuit 75. The main input of the counter 79 is coupled with the output of the frequency divider 65 and the reset input of the counter 79 is a signal
COUNT propojen s výstupem čítání řídicího obvodu 75. Ten je spojen se vstupem čítání oddělovače 21. Výstup spínacích pulzů EXOT řídicího obvodu 75 je spojen s budicím vstupem oddělovače 2TCOUNT coupled to control circuit counting output 75. This is coupled to separator counting input 21. The EXOT switching pulse output of control circuit 75 is coupled to the 2T field driver input.
Snímač 1 je buzen přivedením napájecího napětí +Ucc a to v obou směrech pomocí prvního až čtvrtého spínače S1 až S4. Ty jsou řízeny signály EXCT a COUNT, upravenými v bloku oddělovače 21 na potřebnou velikost. Spínače S1 až S4 jsou řízeny následovně. Pokud je signál COUNT v log. 1, jsou spínány signálem EXCT tak, že při jedné úrovni je sepnut první spínač S1 spolu s druhým spínačem S2, přičemž třetí spínač S3 a čtvrtý spínač S4 jsou rozepnuté. Při opačné úrovni signálu EXCT se stavy spínačů zamění. To znamená, že budicí napětí daného snímače se periodicky mění s amplitudou +Ucc a s nulovou stejnosměrnou složkou. Při dané velikosti napájecího napětí tak lze dosáhnout maximálního vybuzení snímače. Díky tomuto principu a díky buzení sérií pulzů může být velikost napájecího napětí výrazně nižší i pro dosaženi podstatně vyššího vybuzeni. Pokud je signál EXCT v log. 1 je tedy snímač 1 buzen a zároveň je pomocí bloku ochran 22 blokován výstup, aby nedošlo k přebuzení následných selektivních zesilovačů, tj, aktivního RC filtru 3 a přeladitelného úzkopásmového SC filtru 4. Jestliže přejde signál COUNT do log. 0, rozpojí se všechny čtyři spínače S1 až S4 a zároveň se po odeznění přechodného stavu připojí v bloku ochran 22 výstup snímače 1 na vlastní výstup budiče 2. Možný příklad obvodové realizace budiče 2 je zakreslen na obrázku 2. Oddělovač 21 je realizován logickým obvodem 101 s třístavovým výstupem, který je řízen signálem COUNT přes oddělovací invertor, tvořeným prvním unipolárním tranzistorem T1 a prvním zatěžovacim odporem RL Na vstupy řídicích hradel obvodu 101 je připojen signál EXCT opět přes oddělovací invertor, tvořeným druhým unipolárním tranzistorem T2 a druhým zatěžovacim odporem R2. První až čtvrtý spínač S1 až S2 jsou realizovány třetím až šestým unipolárním tranzistorem T3 až T6 s prvním až čtvrtým nastavovacím odporem R3 až R6. Třetí až šestý unipolárni tranzistor T3 až T6 jsou uzavřeny, pokud nejsou buzeny logickým obvodem 101. Blok ochran 22 je tvořen jednak diodami, a to první Shotkyho diodou D2 a druhou Schotkyho diodou D3 a jednak sedmým unipolárním tranzistorem T7 a osmým unipolárním tranzistorem T8, které prostřednictvím prvního ochranného odporu R11 a druhého ochranného odporu R12 odpojují snímač 1 od následného rozdílového zesilovače v bloku aktivního RC filtru 3, jehož vstup je sedmým unipolárním tranzistorem T7 a osmým unipolárním tranzistorem T8 ochrany připojován na zemnící svorku v případě buzeni snímače. Článek složený z diody D1_, odporu R7 a kondenzátoru C1 zajišťuje okamžité sepnutí sedmého a osmého unipoíárního tranzistoru T7 a T8 ochran při počátku buzení snímače 1 a naopak zpožděné odpojení po ukončení buzení. Udržovací kondenzátor C2 zajišťuje spolu s oddělovacím odporem R8 filtraci napájecího napětí proti pronikání budicích pulzů. Výstupní signál je pak odebírán symetricky a je veden k aktivnímu RC filtru 3. Na jeho vstupu je nutné zapojit přístrojový rozdílový zesilovač, který jednak zesílí užitečný signál snímače 1 a jednak potlačí souhlasnou složku - rušení.Sensor 1 is energized by supplying a + Ucc supply voltage in both directions using the first to fourth switches S1 to S4. These are controlled by the EXCT and COUNT signals adjusted in the separator block 21 to the required size. Switches S1 to S4 are controlled as follows. If the COUNT signal is in log. 1, they are switched by an EXCT signal such that at one level the first switch S1 is closed together with the second switch S2, the third switch S3 and the fourth switch S4 being open. If the EXCT signal level is opposite, the switch states are reversed. This means that the excitation voltage of the sensor changes periodically with an amplitude of + Ucc and a zero DC component. This gives the sensor maximum excitation at a given supply voltage. Thanks to this principle and thanks to excitation of the series of pulses, the magnitude of the supply voltage can be considerably lower even to achieve a significantly higher excitation. If the EXCT signal is in log. 1, the sensor 1 is excited and at the same time the output is blocked by the protection block 22 in order to prevent the subsequent selective amplifiers, i.e. the active RC filter 3 and the tunable narrowband SC filter 4 from being excited. 0, all four switches S1 to S4 are opened and at the same time, after the transient state has elapsed, the sensor 1 output is connected to the exciter output 2 in the protection block 22. A possible example of the excitation circuit 2 is shown in Figure 2. With a three-state output which is controlled by a COUNT signal through a decoupling inverter consisting of a first unipolar transistor T1 and a first load resistor RL. The control gate inputs of circuit 101 are coupled again with a decoupling inverter consisting of a second unipolar transistor T2 and a second resistor R2. The first to fourth switches S1 to S2 are realized by a third to sixth unipolar transistor T3 to T6 with a first to fourth adjusting resistor R3 to R6. The third to sixth unipolar transistors T3 to T6 are closed unless they are excited by the logic circuit 101. The protection block 22 is made up of diodes, namely the first Shotky diode D2 and the second Schotky diode D3 and the seventh unipolar transistor T7 and the eighth unipolar transistor T8. by means of the first protective resistor R11 and the second protective resistor R12, they disconnect the sensor 1 from the subsequent differential amplifier in the active RC filter block 3, the input of which is connected by the seventh unipolar transistor T7 and the eighth unipolar transistor T8. The cell, consisting of diode D1, resistor R7 and capacitor C1, provides instantaneous closing of the seventh and eighth unipolar transistors T7 and T8 of the protections at the start of the excitation of the sensor 1 and vice versa delayed disconnection after the excitation. The holding capacitor C2, together with the decoupling resistor R8, filters the supply voltage against excitation pulses. The output signal is then taken symmetrically and is led to the active RC filter 3. At its input it is necessary to connect the instrument differential amplifier, which both amplifies the useful signal of sensor 1 and also suppresses the common component - interference.
Začlenění nového budiče 2 a generování signálů EXCT a COUNT v blokovém Γ schématu původního budiče z CZ 298425 ukazuje Obr. 3. Postavení bloků budiče 2 a aktivního RC filtru 3 se nezměnilo, ale jak vyplývá zvýše uvedeného popisu, změnila se obvodová realizace budiče 2 a uspořádání aktivního RC filtru 3. Budič 2 umožňuje výše popsaný nový způsob buzeni. Aktivní RC filtr 3 je na vstupu vybaven navíc rozdílovým zesilovačem. Dále se diametrálně změnilo zapojení řídícího bloku budiče, který byi původně realizován pouze monostabilním klopným obvodem. Nyní je tento řídící blok tvořen čítačem pulzů 79 a je ovládán řídicím obvodem 75. Oba tyto bloky mají na jeden ze vstupů přiveden výstupní signál f0, tj. výstup děliče kmitočtu 65. Řídící obvod 75 čítače se aktivuje stejně jako původní obvod, tedy náběžnou hranou signálu IMP ze třetího komparátoru 73 nebo sestupnou hranou pomocného astabilniho klopného obvodu 74. Po aktivaci se s náběžnou hranou signálu f0 zrněni výstupní signál COUNT řídicího obvodu 75 z log. O na log. 1. Zároveň se signál f0 objeví na výstupu EXCT, jehož pulzy řídí buzení snímače 1. S náběžnou hranou signálu COUNT začne čítač 79 čítat pulzy signálu íq. Pokud jejich počet dosáhne přednastaveného čísla, obvykle 10, změní řídící obvod 75 ovládání čítače 79 na základě signálu E výstupní signál COUNT úroveň na log. 0. Snímač 1 přestane být buzen a čítač 79 je tímto znovu inicializován. Poslední vstup řídícího obvodu 75 ovládání čítače 79 je určen pro invertovaný signál RESET, který slouží pro nastavení počátečního stavu jak řídícího obvodu 75, tak jeho prostřednictvím i čítače 79.The integration of the new exciter 2 and the generation of the EXCT and COUNT signals in the block diagram of the original exciter of CZ 298425 is shown in FIG. 3. The position of the exciter 2 and active RC filter 3 blocks has not changed, but as shown above, the peripheral realization of the exciter 2 and the active RC filter 3 configuration has changed. The exciter 2 allows the above-described new excitation method. Active RC filter 3 is equipped with differential amplifier. Furthermore, the connection of the exciter control block, which was originally realized only by a monostable flip-flop circuit, has changed diametrically. Now the control block 79 consists of a pulse counter and is controlled by a control circuit 75. Both of these blocks have one of the inputted output signal f 0, i.e. the output of the frequency divider 65. The counter control circuit 75 is activated as the original circuit, thus leading IMP edge of the signal from the third comparator 73 or trailing edge of the auxiliary astable flip-flop 74. After the activation, the rising edge of the signal f 0 output signal COUNT grain size control circuit 75 from the log. O to log. 1. At the same time, the signal f 0 appears on the EXCT output, whose pulses control the excitation of the sensor 1. With the rising edge of the COUNT signal, the counter 79 starts to count the pulses of the signal q. When their number reaches a preset number, usually 10, the control circuit 75 changes the counter control 79 based on the E signal to the output signal COUNT level to log. The sensor 1 stops being energized and the counter 79 is reinitialized. The last input of the control circuit 75 of the counter control 79 is for the inverted RESET signal, which serves to set the initial state of both the control circuit 75 and through it the counter 79.
Výše uvedeným postupem je zajištěno buzení sérii pulzů. V zasynchronizovaném stavu pak jejich šířka přesně odpovídá šířce pro optimální buzeni, tj. polovině rezonanční periody struny. Pokud není systém v zasynchronizovaném stavu, buzeni není efektivní a navíc není přeladitelný úzkopásmový zesilovací SC filtr 5 naladěn. Nedojde tedy ke změně stavu, pokud pomaloběžný generátor 77 nenaladí napětím řízený oscilátor 64 na požadovaný kmitočet, tj. stonásobek rezonančního kmitočtu struny. Tím jsou splněny podmínky přechodu zařízení do synchronního stavu a snímač 1 je buzen optimálně. Mimo popsané změny zůstává činnost systému nezměněna.The above-described procedure ensures excitation of a series of pulses. In the synchronized state their width exactly corresponds to the width for optimal excitation, ie half the resonant period of the string. If the system is not in the synchronized state, the excitation is not efficient and, moreover, the tunable narrowband amplifier SC filter 5 is not tuned. Thus, there is no change in state unless the low-speed generator 77 tunes the voltage-controlled oscillator 64 to the desired frequency, i.e., 100 times the resonant frequency of the string. This fulfills the conditions for the device to be synchronized and the sensor 1 is excited optimally. Except for the changes described, the operation of the system remains unchanged.
Uvedené změny byly ověřeny funkčním vzorkem a bylo prokázáno deklarované mnohonásobně vyšší vybuzení všech dostupných typů strunových tenzometrických snímačů.The above mentioned changes were verified by a functional sample and it was proved that the excitation of all available types of string strain gauges was proven much higher.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Popisované zařízení lze využít všude tam, kde se monitoruje a měří pomocí uvedených strunových tenzometrických snímačů, tj. různé stavební konstrukce jako jsou tunely, mosty, apod.The described equipment can be used wherever it is monitored and measured using the mentioned string strain gauges, ie various building structures such as tunnels, bridges, etc.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20080419A CZ300136B6 (en) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Apparatus for continuous measuring vibrations of string strain gauges with two-conductor connection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20080419A CZ300136B6 (en) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Apparatus for continuous measuring vibrations of string strain gauges with two-conductor connection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2008419A3 true CZ2008419A3 (en) | 2009-02-18 |
| CZ300136B6 CZ300136B6 (en) | 2009-02-18 |
Family
ID=40351522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20080419A CZ300136B6 (en) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Apparatus for continuous measuring vibrations of string strain gauges with two-conductor connection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ300136B6 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ2015223A3 (en) * | 2015-03-30 | 2016-06-08 | České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elektrotechnická | Device to measure resonance frequency of stringed strain gauges with two-wire connection and automatic setting |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB509647A (en) * | 1937-06-21 | 1939-07-19 | Maihak Ag | Electromagnetic device for measuring mechanical forces and moments |
| GB920668A (en) * | 1960-10-10 | 1963-03-13 | Borg Warner | Transducer systems |
| GB1105794A (en) * | 1965-07-10 | 1968-03-13 | Vyskumny Ustav Automatisacnich | A vibrating wire apparatus with phase resonance indication |
| US3889525A (en) * | 1974-08-07 | 1975-06-17 | Us Interior | Vibrating wire meter |
| US4041783A (en) * | 1975-03-05 | 1977-08-16 | Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha | System for measuring vibration frequency of vibrating object |
| US4150568A (en) * | 1978-03-28 | 1979-04-24 | General Electric Company | Apparatus and method for down hole vibration spectrum analysis |
| JPH0643929B2 (en) * | 1984-03-31 | 1994-06-08 | 株式会社島津製作所 | Vibration type force detector |
| JPH0750001B2 (en) * | 1988-09-30 | 1995-05-31 | 株式会社島津製作所 | String vibration type force measuring device |
| JPH07110687A (en) * | 1993-10-08 | 1995-04-25 | Roland Corp | Pitch information detecting device |
| GB9910932D0 (en) * | 1999-05-11 | 1999-07-07 | Gravitec Instr Ltd | Measurement of magnetic fields |
| CZ2006439A3 (en) * | 2006-07-03 | 2007-09-26 | Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická | Device for continuous measurement of oscillations of string-type strain-gauge sensors with two-wire connection |
-
2008
- 2008-07-03 CZ CZ20080419A patent/CZ300136B6/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ300136B6 (en) | 2009-02-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8875577B2 (en) | Oscillator circuit, method for manufacturing oscillator circuit, inertial sensor using the oscillator circuit, and electronic device | |
| JP4138091B2 (en) | Ultrasonic transmission device for bubble detector | |
| US20110037527A1 (en) | Fast start-up crystal oscillator | |
| US6570457B2 (en) | Phase locked loop using sample and hold after phase detector | |
| JP2008527340A (en) | Vibration circuit | |
| CZ2008419A3 (en) | Apparatus for continuous measuring vibrations of string strain gauges with two-conductor connection | |
| US6429571B2 (en) | Method to control piezoelectric drives | |
| JP2009508128A (en) | Driving method and sensor device of vibration gyroscope | |
| JP4321825B2 (en) | How to monitor a vibratory gyroscope | |
| CZ18833U1 (en) | Apparatus for continuously measuring vibrations of stringed strain gauges with twin wire connection | |
| US20030210108A1 (en) | Lumped element transmission line frequency multiplexer | |
| CZ2015223A3 (en) | Device to measure resonance frequency of stringed strain gauges with two-wire connection and automatic setting | |
| Marchetti et al. | Bidirectional front-end for piezoelectric resonator | |
| Marchetti et al. | A discrete implementation of a bidirectional circuit for actuation and read-out of resonating sensors | |
| CZ298425B6 (en) | Apparatus for continuous measurement of oscillations of string-type strain gauge pick-ups with two-wire connection | |
| CZ16806U1 (en) | Apparatus for continuous measurement of oscillations of string-type strain gauge sensors with two-wire connection | |
| US20150166332A1 (en) | Nems control device having a digital delay module | |
| CZ28235U1 (en) | Device to measure resonance frequency of string strain-gauge sensing elements with two-wire connection and automatic setting | |
| US8803622B1 (en) | Microelectromechanical-based oscillators having adjustable gain amplifiers therein that support Q-factor control | |
| US10021491B2 (en) | Frequency modulated microphone system | |
| Zhou et al. | Fish scale-shaped acoustic reflector array for quality factor enhancement of aln-on-silicon mems resonator | |
| Gourlat et al. | Dual-mode NEMS self-oscillator for mass sensing | |
| GB2491043A (en) | Ultrasound measurement system and method of detecting an obstacle by means of ultrasound | |
| Sell et al. | Digital phase-locked loop circuit for driving resonant sensors | |
| SU1270604A1 (en) | Self-sustained vibration-testing machine for programmed tests |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20160703 |