RU2514158C1 - Способ преобразования сигналов с дифференциальных индуктивных или емкостных чувствительных элементов - Google Patents
Способ преобразования сигналов с дифференциальных индуктивных или емкостных чувствительных элементов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2514158C1 RU2514158C1 RU2012153618/28A RU2012153618A RU2514158C1 RU 2514158 C1 RU2514158 C1 RU 2514158C1 RU 2012153618/28 A RU2012153618/28 A RU 2012153618/28A RU 2012153618 A RU2012153618 A RU 2012153618A RU 2514158 C1 RU2514158 C1 RU 2514158C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridge
- potentials
- temperature
- adder
- ldc
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Abstract
Использование: для уменьшения температурной погрешности датчиков физических величин: микроперемещений, давлений, ускорений, сил, моментов. Сущность способа заключается в том, что в случае применения его для индуктивных и емкостных датчиков требуется преобразование изменения индуктивности при постоянной емкости или изменение емкости при постоянной индуктивности с применением повышающего LDC-моста в изменение потенциалов его выходной диагонали. У пьезодатчиков и тензорезисторных мостовых датчиков на выходе уже образуются потенциалы, изменение которых под воздействием измеряемой величины происходит в противофазе, а под воздействием температуры - синфазно. Это обстоятельство и используется для термокоррекции без применения термометров. С этой целью, кроме усиления разности потенциалов инструментальным усилителем, вычисляется также сумма этих потенциалов, которая вычитается из выходного сигнала усилителя. Причем коэффициент передачи сумматора K∑ рассчитывается из условия:
Kу - коэффициент инструментального усилителя,
и - коэффициенты зависимости дифференциальных потенциалов моста от температуры. Технический результат: снижение трудозатрат для настройки термокоррекции чувствительных дифференциальных индуктивных или емкостных элементов и расширение температурного диапазона, в котором корректируются эти погрешности. 1 ил.
Description
Предложенный способ преобразования сигналов может применяться для уменьшения температурной погрешности датчиков физических величин: микроперемещений, давлений, ускорений, сил, моментов. Изобретение относится к измерительной технике.
В связи с широким внедрением в приборостроение технологий МЭМС и LTCC, на рынке появилось множество микро- и наночувствительных элементов, основанных на преобразовании микроперемещений или микродеформаций в изменение индуктивности или емкости или активного сопротивления. Так, например, НИИФИ г.Пенза освоил на базе МЭМС технологий датчики давления, ускорения, температуры, сейсмоскорости, вибраций. Эти датчики описаны в журнале «Датчики и системы» №9, 2012 г. Преобразование емкости или индуктивности в аналоговое напряжение в этих датчиках основано на известных схемах с фазочувствительным выпрямителем. Ограничение применению этих датчиков накладывают температурные их погрешности. С целью исключения этих погрешностей в НИИФИ применяют нормирующие измерительные преобразователи для датчиков физических величин с применением микроконтроллеров. При этом температурные зависимости выходных сигналов первичных преобразователей закладываются в память микроконтроллера. Смотри, например, статью «Применение микроконтроллеров в современных бортовых измерительных системах» и «Нормирующие измерительные преобразователи для датчиков физических величин» в журнале «Датчики и системы» №9, 2012 г., стр.51-52 и стр.59. Технология настройки преобразователей по такому способу является трудоемкой.
Наиболее близким способом преобразования сигналов с дифференциальных индуктивных чувствительных элементов является способ, изложенный в статье «Малогабаритные вихретоковые датчики для бесконтактного измерения перемещений, вибраций, осевых и радиальных биений валов энергетических установок» (смотри указанный выше журнал на стр.12, 13).
Согласно этому известному способу температурную погрешность чувствительного индуктивного элемента корректируют путем измерения сопротивлений обмоток постоянному току. Это осуществляется программно-микропрорцессорной обработкой двух полученных сигналов о температуре каждой из обмоток и третьего сигнала об их разности. При этом способе на результат измерений влияют длины кабелей. С целью их исключения приходится усложнять алгоритмы обработки сигналов с обмоток чувствительного элемента.
Целью изобретения является снижение трудозатрат для настройки термокоррекции чувствительных дифференциальных индуктивных или емкостных элементов и расширение температурного диапазона, в котором корректируются эти погрешности.
Указанная цель достигается преобразованием изменения индуктивности или емкости, вызванного измеряемым параметром и температурой, в потенциалы выходной диагонали повышающего LDC моста, вычислением разности этих потенциалов с помощью инструментального дифференциального усилителя, вычислением суммы этих потенциалов с помощью аналогового сумматора с разделенными высокоомными входами и вычислением разности сигналов с выхода инструментального усилителя и сумматора. Причем коэффициент преобразования сумматора при этом обеспечивается равным K∑:
где Ky - коэффициент инструментального усилителя, а
При этом способе используется только один дифференциальный выход с диагонали LDC-моста и не требуется измерение температуры обмоток.
Предложенный способ реализуется с помощью повышающего LDC-моста. При этом коммутирующие транзисторы моста управляются импульсами со скважностью γ=0,5.
Изменение потенциалов Δφ1 и Δφ2 в выходной диагонали моста при этом зависят от измеряемого параметра и температуры так, что:
- от измеряемого параметра эти изменения имеют разные знаки;
- от температуры Δφ1 и Δφ2 имеют одинаковые знаки.
Это обстоятельство и используется в данном способе. Математически данный способ можно описать ниже следующими уравнениями:
где А - измеряемый параметр,
K1, K2 - градуируемые коэффициенты передач первичного элемента,
Обозначим: Δφ1+Δφ2=u∑.
Поскольку дифференциальные датчики выполняются таким образом, что u∑ на 3 порядка более, чем (K1-K2)·А, то можно записать:
Выше приведенное условие выполняется, если K1 стремится к K2, что достигается выполнением индуктивных обмоток или обкладок конденсаторов одинаковыми и одинаковыми параметрами диодов и транзисторных ключей LDC-моста. При этом можно записать:
Отличительными признаками предложенного способа в сравнении со способом-прототипом являются:
1. Преобразование с помощью повышающего LDC-моста изменение индуктивностей или емкостей в изменение потенциалов выходной диагонали моста.
2. Суммирование этих потенциалов с помощью сумматора с двумя раздельными высокоомными входами.
3. Вычитание выходных сигналов инструментального усилителя и сумматора с определенным коэффициентом передачи.
Общими признаками изобретения и прототипа является преобразование изменения индуктивности или емкости в дифференциальный аналоговый сигнал. Однако если в прототипе это выполнялось фазочувствительным выпрямителем, то здесь с помощью мостовой схемы, которая и позволила получить изменение потенциалов от температуры и изменяемого параметра согласно уравнению 1.
Благодаря отличительным признакам, удается без применения датчиков температур и микропроцессоров, а только с применением аналоговых вычислителей, устранить полностью температурную погрешность рассмотренных чувствительных элементов.
Работу устройств по этому способу можно описать на примере индуктивного дифференциального датчика. На рис.1 приведена его схема.
На рис.1 обозначены:
1 - LDC-мост повышающий.
2 - инструментальный дифференциальный усилитель.
3 - сумматор с раздельными высокоомными входами.
4 - вычитатель.
5 - операционные усилители в режиме «повторителя».
6 - суммирующий операционный усилитель.
7 - генератор, коммутирующий транзисторы повышающего моста.
LDC-мост запитан постоянным напряжением. Транзисторы моста коммутируются в противофазе. В индуктивных катушках датчика наводится ЭДС индукции, которая суммируется с напряжением источника питания и заряжает постоянные конденсаторы моста. Конденсаторы разряжаются на делителях резисторных. Изменение индуктивности при постоянной емкости или изменение емкости при постоянной индуктивности приводит к изменению потенциалов Δφ1 и Δφ2 в соответствии с уравнением 1. Схема из элементов 2, 3, 4 и обеспечивает описанное выше преобразование.
Техническая реализация данного способа, показанная на этом примере, требует гораздо меньше технических средств, чем прототип. При этом настройке подлежит только один параметр - коэффициент передачи сумматора. Реализация сумматора с раздельными входами также не представляется трудоемкой. Для этого используются три операционных усилителя, два из которых (усилители 5) реализуют «повторители» потенциалов, а в третьем (6) их сигналы суммируются. Как известно, входное сопротивление усилителей 5 в таком включении составляет сотни МОм, что исключает влияние сумматора на потенциалы Δφ1 и Δφ2.
Предложенный способ термокоррекции в упрощенном виде может быть применен также для термокоррекции дифференциальных пьезочувствительных элементов и мостовых тензорезисторных схем. В этом случае исключается преобразование с помощью повышающего LDC-моста.
Тем самым следует признать универсальность данного способа термокоррекции, а следовательно, и его техническую применимость. Последнее условие и является необходимым для признания данного способа соответствующим критерию «изобретательский уровень».
Claims (1)
- Способ преобразования сигналов с дифференциальных индуктивных или емкостных чувствительных элементов, характеризующийся тем, что с помощью повышающего LDC-моста преобразуют изменение индуктивности при постоянной емкости или изменение емкости при постоянной индуктивности в изменение потенциалов в выходной диагонали LDC моста, затем вычисление разности этих потенциалов с помощью инструментального усилителя и суммирование этих потенциалов с помощью сумматора с разделенными высокоомными входами и окончательно определение разности между сигналами с выхода инструментального усилителя и сумматора, причем коэффициент передачи сумматора K∑ определяется из условия:
где
Kу - коэффициент передачи инструментального усилителя,
, - температурные коэффициенты изменения потенциалов выходной диагонали LDC-моста.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012153618/28A RU2514158C1 (ru) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | Способ преобразования сигналов с дифференциальных индуктивных или емкостных чувствительных элементов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012153618/28A RU2514158C1 (ru) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | Способ преобразования сигналов с дифференциальных индуктивных или емкостных чувствительных элементов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2514158C1 true RU2514158C1 (ru) | 2014-04-27 |
Family
ID=50515536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012153618/28A RU2514158C1 (ru) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | Способ преобразования сигналов с дифференциальных индуктивных или емкостных чувствительных элементов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2514158C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641366C1 (ru) * | 2017-04-13 | 2018-01-17 | Акционерное Общество "Научно-Производственный Центр "Промэлектроника" | Способ повышения устойчивости работы датчика регистрации прохода колеса к воздействию температуры окружающей среды и бросков тягового тока и соответствующий датчик регистрации прохода колеса |
RU2675405C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2018-12-19 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс") | Способ косвенного измерения при помощи дифференциального датчика и устройство для его реализации |
RU2717904C1 (ru) * | 2019-09-13 | 2020-03-26 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс") | Способ измерения при помощи дифференциального датчика |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2168728C1 (ru) * | 1999-12-14 | 2001-06-10 | Смирнов Виталий Иванович | Способ и устройство преобразования сигналов от датчиков индуктивного и резисторного типов |
RU36507U1 (ru) * | 2003-11-13 | 2004-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" им. А.Я. Березняка" | Многоканальное тензометрическое устройство |
RU2395060C1 (ru) * | 2009-07-20 | 2010-07-20 | Валерий Анатольевич Васильев | Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста с уменьшенной температурной погрешностью |
-
2012
- 2012-12-11 RU RU2012153618/28A patent/RU2514158C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2168728C1 (ru) * | 1999-12-14 | 2001-06-10 | Смирнов Виталий Иванович | Способ и устройство преобразования сигналов от датчиков индуктивного и резисторного типов |
RU36507U1 (ru) * | 2003-11-13 | 2004-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" им. А.Я. Березняка" | Многоканальное тензометрическое устройство |
RU2395060C1 (ru) * | 2009-07-20 | 2010-07-20 | Валерий Анатольевич Васильев | Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста с уменьшенной температурной погрешностью |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.Н. Колганов и др., Малогабаритные вихретоковые датчики для бесконтактного измерения перемещений, вибраций, осевых и радиальных биений валов энергетических установок, Датчики и системы, N9, сентябрь 2012, стр. 12-14 . Д.В. Пена и др., Применение микроконтроллеров в современных бортовых измерительных системах, Датчики и системы, N9, сентябрь 2012, стр. 58-61. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641366C1 (ru) * | 2017-04-13 | 2018-01-17 | Акционерное Общество "Научно-Производственный Центр "Промэлектроника" | Способ повышения устойчивости работы датчика регистрации прохода колеса к воздействию температуры окружающей среды и бросков тягового тока и соответствующий датчик регистрации прохода колеса |
RU2675405C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2018-12-19 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс") | Способ косвенного измерения при помощи дифференциального датчика и устройство для его реализации |
RU2717904C1 (ru) * | 2019-09-13 | 2020-03-26 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс") | Способ измерения при помощи дифференциального датчика |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101610473B1 (ko) | 레졸버 위치 오차를 보상하기 위한 장치 및 방법 | |
CN108398142A (zh) | 用于电阻传感器结构的偏置和读出的方法和电路 | |
CN105277297B (zh) | 具有补偿的力传感器 | |
EP3012971B1 (en) | Amplifier circuit and amplifier circuit ic chip | |
CN107064561B (zh) | 一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法 | |
RU2514158C1 (ru) | Способ преобразования сигналов с дифференциальных индуктивных или емкостных чувствительных элементов | |
Maundy et al. | Strain gauge amplifier circuits | |
Philip et al. | Design and analysis of a dual-slope inductance-to-digital converter for differential reluctance sensors | |
KR20120082607A (ko) | 센서의 온도보상 방법 및 온도보상기능을 갖는 센서 | |
EP2972066B1 (en) | Linear capacitive displacement sensor | |
AU2012214000B2 (en) | Device and method for evaluating signals of load cells with strain gauges | |
EP2487476B1 (en) | Circuits for accurately measuring temperature of semiconductor junctions | |
CN103502775B (zh) | 用于校正传感器的端子上测得的电压的方法 | |
Narayanan et al. | A novel single-element inductance-to-digital converter with automatic offset eliminator | |
EP3296709B1 (en) | Temperature-to-digital converter | |
JP5531214B2 (ja) | 電流センサ | |
Kleckers | Force sensors for strain gauge and piezoelectric crystal-based mechatronic systems-a comparison | |
JP6245183B2 (ja) | アナログ信号処理回路、物理量測定装置および材料試験機 | |
JP4369909B2 (ja) | 磁気特性測定方法及び測定器 | |
EP4145099A1 (en) | Strain measuring assembly | |
RU2589771C1 (ru) | Измерительный преобразователь емкость-напряжение | |
Kokolanski et al. | Microcontroller-based interface circuit for inductive sensors | |
Dorofeev et al. | Accelerometric method of measuring the angle of rotation of the kinematic mechanisms of nodes | |
Narayanan et al. | An Enhanced Inductance-to-Digital Converter for Single-element and Differential-type Inductive Sensors with Automatic Offset Eliminator | |
JP2006170797A (ja) | 不平衝容量の検出装置、及びセンサの不平衝容量の検出方法、並びにこれらに用いる変換器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141212 |