RU2198381C2 - Parametric measurement converter with frequency output - Google Patents
Parametric measurement converter with frequency output Download PDFInfo
- Publication number
- RU2198381C2 RU2198381C2 RU2001104245/28A RU2001104245A RU2198381C2 RU 2198381 C2 RU2198381 C2 RU 2198381C2 RU 2001104245/28 A RU2001104245/28 A RU 2001104245/28A RU 2001104245 A RU2001104245 A RU 2001104245A RU 2198381 C2 RU2198381 C2 RU 2198381C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- amplifier
- frequency
- strip
- input
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования измеряемого физического параметра в электрический сигнал. The invention relates to measuring technique and can be used to convert a measured physical parameter into an electrical signal.
В качестве аналога изобретения может быть рассмотрено устройство для измерения перемещений с частотным выходом [1]. Устройство содержит задающий генератор, выход которого подключен к первым входам двух смесителей, два полосных усилителя, входы которых подключены соответственно к выходам смесителей, блок выделения сигнала с разностной частотой, входы которого подключены к выходам полосных усилителей, а выход - к регистратору, управляемый фазовращатель, включенный между выходом первого полосного усилителя и вторым входом второго смесителя, датчик, подключенный к управляющему входу фазовращателя, а выход второго полосного усилителя подключен ко второму входу первого смесителя. Недостатком аналога [1] является низкая чувствительность, которая определяется добротностью резонансных цепей полосных усилителей. As an analogue of the invention, a device for measuring displacements with a frequency output [1] can be considered. The device contains a master oscillator, the output of which is connected to the first inputs of two mixers, two strip amplifiers, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the mixers, a signal extraction unit with a differential frequency, the inputs of which are connected to the outputs of the strip amplifiers, and the output to the recorder, controlled by a phase shifter, connected between the output of the first strip amplifier and the second input of the second mixer, the sensor connected to the control input of the phase shifter, and the output of the second strip amplifier is connected to the second mu input of the first mixer. The disadvantage of the analogue [1] is the low sensitivity, which is determined by the quality factor of the resonant circuits of strip amplifiers.
Наиболее близким к изобретению аналогом является устройство для измерения перемещений с частотным выходом [2]. Устройство содержит задающий генератор, выход которого соединен с первыми входами двух смесителей, два полосных усилителя, входы которых подключены к выходам смесителей, а выходы - к вторым входам смесителей, блок выделения сигнала с разностной частотой, входы которого подключены к выходам полосных усилителей, а выход - к регистратору, датчик, подключенный к управляющему входу первого полосного усилителя. Основным недостатком прототипа является ограниченная чувствительность, которая определяется добротностью резонансных цепей полосных усилителей. Добротность не может быть высокой из-за включения в резонансные цепи датчика. The closest analogue to the invention is a device for measuring displacements with a frequency output [2]. The device contains a master oscillator, the output of which is connected to the first inputs of two mixers, two strip amplifiers, the inputs of which are connected to the outputs of the mixers, and the outputs to the second inputs of the mixers, a signal isolation unit with a difference frequency, the inputs of which are connected to the outputs of the strip amplifiers, and the output - to the recorder, a sensor connected to the control input of the first strip amplifier. The main disadvantage of the prototype is the limited sensitivity, which is determined by the quality factor of the resonant circuits of strip amplifiers. The quality factor cannot be high due to the inclusion in the resonant circuit of the sensor.
Цель изобретения - увеличение чувствительности параметрического измерительного преобразователя с частотным выходом при использовании низкодобротных резонансных цепей. The purpose of the invention is to increase the sensitivity of a parametric measuring transducer with a frequency output when using low-Q resonant circuits.
Техническим результатом, который может быть достигнут при использования изобретения, является измерение сверхмалых отклонений параметра датчика. The technical result that can be achieved by using the invention is the measurement of very small deviations of the sensor parameter.
На чертеже представлена структурная схема параметрического измерительного преобразователя с частотным выходом. The drawing shows a structural diagram of a parametric measuring transducer with a frequency output.
Преобразователь содержит датчик 1, управляемый полосный усилитель 2, полосные усилители 3, 4, 5, 6, смесители 7, 8, 9, 10, опорный генератор 11, блок выделения сигнала с разностной частотой 12 и регистратор 13. The converter contains a sensor 1, a controlled strip amplifier 2, strip amplifiers 3, 4, 5, 6, mixers 7, 8, 9, 10, a reference oscillator 11, a signal extraction unit with a difference frequency 12 and a recorder 13.
К управляющему входу управляемого полосного усилителя 2 подключен датчик 1. К первому входу смесителя 8 подключен выход управляемого полосного усилителя 2, а выход подключен к входу полосного усилителя 3. Выход смесителя 7 подключен к входу управляемого полосного усилителя 2. Выход опорного генератора 11 подключен ко вторым входам смесителей 7, 8. К первому входу блока выделения сигнала с разностной частотой 12 подключен выход управляемого полосного усилителя 2, а к выходу подключен регистратор 13. Оба входа смесителя 9 и вход полосного усилителя 4 подключены к выходу полосного усилителя 3. К выходу смесителя 9 подключен полосный усилитель 5. К входам смесителя 10 подключены выходы полосных усилителей 4 и 5, а к выходу смесителя подключен вход полосного усилителя 6, выход которого подключен к первому входу смесителя 7 и второму входу блока выделения сигнала с разностной частотой 12. A sensor 1 is connected to the control input of the controlled strip amplifier 2. The output of the controlled strip amplifier 2 is connected to the first input of the mixer 8, and the output is connected to the input of the strip amplifier 3. The output of the mixer 7 is connected to the input of the controlled strip amplifier 2. The output of the reference generator 11 is connected to the second the inputs of the mixers 7, 8. The output of the controlled strip amplifier 2 is connected to the first input of the signal isolation unit with a difference frequency of 12, and the recorder 13 is connected to the output. Both inputs of the mixer 9 and the input of the strip amplifier 4 are connected to the output of the strip amplifier 3. A strip amplifier 5 is connected to the output of the mixer 9. The outputs of the strip amplifiers 4 and 5 are connected to the inputs of the mixer 10, and the input of the strip amplifier 6 is connected to the mixer output, the output of which is connected to the first input of the mixer 7 and the second input block selection signal with a differential frequency of 12.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Изменение измеряемой физической величины вызывает изменение значения выходного параметра датчика 1, который, в свою очередь, смещает по оси частот фазочастотную характеристику φ1(ω1) управляемого полосного усилителя 2. Резонансная частота ω10 полосного усилителя 2 определяется по нулевому фазовому сдвигу гармонического сигнала. Если полосный усилитель 2 является фильтром второго порядка, то его фазочастотная характеристика описывается выражением
где Q1 - добротность фильтра.A change in the measured physical quantity causes a change in the value of the output parameter of the sensor 1, which, in turn, shifts the phase-frequency characteristic φ 1 (ω 1 ) of the controlled strip amplifier 2. The resonant frequency ω 10 of the strip amplifier 2 is determined by the zero phase shift of the harmonic signal. If the band amplifier 2 is a second order filter, then its phase-frequency characteristic is described by the expression
where Q 1 is the quality factor of the filter.
Полосные усилители 3, 4, 6 настроены на резонансную частоту ω20, усилитель 4 многокаскадный. Фазочастотные характеристики усилителей 3, 6 и каскадов усилителя 4 имеют аналогичный вид:
Полосный усилитель 5 настроен на удвоенную частоту 2ω20.Band amplifiers 3, 4, 6 are tuned to the resonant frequency ω 20 , amplifier 4 is multi-stage. The phase-frequency characteristics of the amplifiers 3, 6 and stages of the amplifier 4 have a similar form:
Band amplifier 5 is tuned to a double frequency of 2ω 20 .
Полосные усилители 3, 4, 5, 6 и смесители 9, 10 в совокупности соответствуют эквивалентному полосному усилителю с резонансной частотой ω20 и зеркальной относительно оси частот фазочастотной характеристикой
Покажем это на примере, когда добротности полосных усилителей 3, 5, 6 и каскадов полосного усилителя 4 одинаковые, а число каскадов равно четырем. Пусть частота ω2 входного гармонического сигнала усилителя 3 отличается от его резонансной частоты ω20. После прохождения сигнала через усилитель он приобретает дополнительный фазовый сдвиг ψ. После прохождения сигнала через четырехкаскадный усилитель 4, дополнительный фазовый сдвиг увеличивается до значения 5ψ. С помощью смесителя 9 происходит удвоение частоты и, соответственно, дополнительного фазового сдвига сигнала, поступающего с выхода усилителя 3. После фильтрации выходного сигнала смесителя 9 с помощью полосного усилителя 5, сигнал двойной частоты будет иметь дополнительный фазовый сдвиг 3ψ. С помощью смесителя 10 и полосного усилителя 6 выделяется сигнал разностной частоты и начальной фазы. Частота сигнала будет равна частоте входного сигнала, а дополнительный фазовый сдвиг, с учетом фазового сдвига в усилителе 6, будет равен -ψ, то есть знак дополнительного фазового сдвига стал противоположным по сравнению с обычным полосным усилителем при одной и той же расстройке.Band amplifiers 3, 4, 5, 6 and mixers 9, 10 collectively correspond to an equivalent band amplifier with a resonant frequency of ω 20 and a phase-frequency characteristic mirror-frequency relative to the axis of frequencies
We show this by an example when the Q factors of the band amplifiers 3, 5, 6 and the stages of the band amplifier 4 are the same, and the number of stages is four. Let the frequency ω 2 of the input harmonic signal of the amplifier 3 be different from its resonant frequency ω 20 . After the signal passes through the amplifier, it acquires an additional phase shift ψ. After the signal passes through the four-stage amplifier 4, the additional phase shift increases to 5ψ. Using the mixer 9, the frequency doubles and, accordingly, the additional phase shift of the signal from the output of the amplifier 3. After filtering the output signal of the mixer 9 using the strip amplifier 5, the double frequency signal will have an additional phase shift of 3ψ. Using the mixer 10 and the strip amplifier 6, the signal of the difference frequency and the initial phase is extracted. The frequency of the signal will be equal to the frequency of the input signal, and the additional phase shift, taking into account the phase shift in the amplifier 6, will be equal to -ψ, that is, the sign of the additional phase shift becomes opposite compared to a conventional strip amplifier with the same detuning.
При наличии сигнала опорного генератора с частотой ω3, выполнении условий баланса амплитуд и баланса фаз, замкнутая петля из смесителей 7, 8, управляемого полосного усилителя 2 и эквивалентного полосного усилителя с зеркальной фазочастотной характеристикой является автоколебательной системой с комбинационным взаимодействием сигналов трех частот [3]. Частоты генерируемых сигналов определяются системой уравнений:
Решая (4) с использованием (1) и (3), получим:
С помощью блока 12 выделяется выходной сигнал с разностной частотой ωВ = ω1-ω2, который подается на регистратор.In the presence of a reference oscillator signal with a frequency of ω 3 , the amplitude balance and phase balance conditions are satisfied, a closed loop of mixers 7, 8, a controlled strip amplifier 2 and an equivalent strip amplifier with a mirror phase-frequency characteristic is a self-oscillating system with a combination interaction of signals of three frequencies [3] . The frequencies of the generated signals are determined by the system of equations:
Solving (4) using (1) and (3), we obtain:
Using block 12, an output signal with a difference frequency ω B = ω 1 -ω 2 is extracted, which is fed to the recorder.
Чувствительность значения частоты выходного сигнала к отклонению резонансной частоты первого полосного усилителя
Из (8) видно, что в предлагаемом изобретении при низкодобротных полосных усилителях можно получить чувствительность значений частот генерируемых сигналов к изменению контролируемого датчиком 1 физического параметра, стремящуюся к бесконечности. Регулирование чувствительности осуществляется изменением добротности полосного усилителя.
The sensitivity of the output signal frequency to the deviation of the resonant frequency of the first band amplifier
From (8) it can be seen that in the present invention with low-Q band amplifiers, it is possible to obtain a sensitivity of the frequencies of the generated signals to a change in the physical parameter controlled by the sensor 1, tending to infinity. Sensitivity control is carried out by changing the quality factor of a strip amplifier.
Предлагаемый преобразователь позволяет увеличить точность измерения сверхмалых отклонений контролируемого физического параметра. The proposed Converter allows you to increase the accuracy of the measurement of ultra-small deviations of a controlled physical parameter.
Список источников для рассмотрения в ходе экспертизы
1. Шакурский В.К. Устройство для измерения перемещений с частотным выходом. А.с. СССР 916963, кл. G 01 В 7/00, 1982.List of sources for consideration during the examination
1. Shakursky V.K. A device for measuring displacements with a frequency output. A.S. USSR 916963, class G 01 B 7/00, 1982.
2. Шакурский В.К., Моргунов Ю.И. Устройство для измерения перемещений с частотным выходом. А.с. СССР 783566, кл. G 01 В 7/00, 1980. 2. Shakursky V.K., Morgunov Yu.I. A device for measuring displacements with a frequency output. A.S. USSR 783566, class G 01 B 7/00, 1980.
3. Уткин Г. М. Автоколебательные системы и волновые усилители. М.: Советское радио, 1978. 3. Utkin G. M. Self-oscillatory systems and wave amplifiers. M .: Soviet radio, 1978.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001104245/28A RU2198381C2 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Parametric measurement converter with frequency output |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001104245/28A RU2198381C2 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Parametric measurement converter with frequency output |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2198381C2 true RU2198381C2 (en) | 2003-02-10 |
Family
ID=20246044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001104245/28A RU2198381C2 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Parametric measurement converter with frequency output |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2198381C2 (en) |
-
2001
- 2001-02-13 RU RU2001104245/28A patent/RU2198381C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| УТКИН Г.М. Автоколебательные системы и волновые усилители. - М.: Советское радио, 1978, с. 64-65. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE461936B (en) | DEVICE FOR MEASURING MICROWAVE NOISE | |
| RU2198381C2 (en) | Parametric measurement converter with frequency output | |
| RU2198382C2 (en) | Phase generating instrument converter | |
| US3018439A (en) | Automatic wave analyzer | |
| RU2199090C1 (en) | Phase-generating measuring transducer | |
| SU783567A1 (en) | Frequency-output apparatus for measuring displacements | |
| SU974099A1 (en) | Device for measuring displacement with frequency output | |
| RU2233021C2 (en) | Device for converting periodic-signal frequency deviation to phase deviation | |
| US2721974A (en) | Magnetometer | |
| SU1137362A2 (en) | Pressure and temperature pickup | |
| RU1775680C (en) | Method of measuring triharmonic signal phase invariant | |
| RU2231210C2 (en) | Device for converting periodic-signal phase deviation to frequency deviation | |
| SU907463A1 (en) | Device for measuring frequency characteristics of microwave section transmission and reflection coefficients | |
| RU2224354C2 (en) | Method for converting periodic-signal phase deviation | |
| SU1223166A1 (en) | Microwave amplitude phasemeter | |
| SU513266A1 (en) | Device for measuring the resonant frequency of objects | |
| SU210903A1 (en) | METHOD OF TRANSFERING CHANGES IN PHASE SHIFT IN A RANGE OF FREQUENCIES TO FIXED LOW FREQUENCY | |
| SU916963A1 (en) | Frequency-output apparatus for measuring displacements | |
| RU2014623C1 (en) | Meter of detuning of shf resonator | |
| SU691679A1 (en) | Frequency output apparatus for measuring displacements | |
| SU1408321A1 (en) | Broad-line nmr spectrometer | |
| SU783566A1 (en) | Frequency-output apparatus for measuring displacements | |
| SU588513A1 (en) | Quartz resonator parameter meter | |
| RU1800377C (en) | Method of frequency-selected measuring peak value of power of microwave signal | |
| SU1408204A1 (en) | Instrument transducer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040214 |