RU2556327C1 - Device for measurement of peak values - Google Patents
Device for measurement of peak values Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556327C1 RU2556327C1 RU2014106803/28A RU2014106803A RU2556327C1 RU 2556327 C1 RU2556327 C1 RU 2556327C1 RU 2014106803/28 A RU2014106803/28 A RU 2014106803/28A RU 2014106803 A RU2014106803 A RU 2014106803A RU 2556327 C1 RU2556327 C1 RU 2556327C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- resistor
- capacitor
- inverting input
- operational amplifier
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для выделения одиночных импульсов на фоне низкочастотного шума, например, в оптоэлектронике или выделения ударных импульсов на фоне вибрации.The invention relates to measuring technique and can be used to isolate single pulses against a background of low-frequency noise, for example, in optoelectronics or to isolate shock pulses against a background of vibration.
Известно устройство для измерения пиковых значений (см. ж. «Приборы и техника эксперимента» №4, 1978, стр.112, В.Г. Гольдорт и др.), содержащее датчик, выход которого подключен к неинвертирующему зарядочувствительному усилителю, выполненному на интегрирующем конденсаторе и истоковом повторителе, выход которого через первый аналоговый ключ подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к точке объединения анода диода, неинвертирующего входа второго операционного усилителя, первой обкладки первого конденсатора и входа второго аналогового ключа, выход которого подключен к общей шине, подключенной ко второй обкладке первого конденсатора, катод диода подключен к выходу первого операционного усилителя, инвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к точке объединения выхода пикового вольтметра, входа третьего аналогового ключа и первой обкладки второго конденсатора, вторая обкладка которого подключена к общей шине, выход третьего аналогового ключа подключен к выходу второго операционного усилителя, управляющие входы первого, третьего и второго ключа подключены соответственно к первому, второму, третьему выходам формирователя командных импульсов, вход которого подключен к шине запуска.A device for measuring peak values (see. Well. "Instruments and experimental techniques" No. 4, 1978, p. 112, VG Goldort and others), containing a sensor, the output of which is connected to a non-inverting charge-sensitive amplifier, made on an integrating a capacitor and a source follower, the output of which through the first analog switch is connected to the non-inverting input of the first operational amplifier, the inverting input of which is connected to the combining point of the anode of the diode, non-inverting input of the second operational amplifier, the first the first capacitor and the input of the second analog key, the output of which is connected to a common bus connected to the second plate of the first capacitor, the cathode of the diode is connected to the output of the first operational amplifier, the inverting input of the second operational amplifier is connected to the combination point of the output of the peak voltmeter, the input of the third analog key and the first plate of the second capacitor, the second plate of which is connected to a common bus, the output of the third analog key is connected to the output of the second operational amplifier , the control inputs of the first, third and second keys are connected respectively to the first, second, third outputs of the command pulse shaper, the input of which is connected to the start bus.
Недостатки данного устройства:The disadvantages of this device:
1. Низкая помехоустойчивость в области низких частот (например, помех от фоновой засветки или стационарной вибрации) из-за отсутствия встроенных фильтров верхних частот.1. Low noise immunity in the low-frequency region (for example, interference from background illumination or stationary vibration) due to the lack of built-in high-pass filters.
2. Ограничение динамического диапазона сверху и снизу и пониженная помехоустойчивость из-за отсутствия сжатия информации (вызывает ограничение сигнала) и встроенных фильтров верхних частот.2. Limitation of the dynamic range above and below and reduced noise immunity due to the lack of information compression (causes signal limitation) and built-in high-pass filters.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для измерения пиковых значений (патент РФ №2343429, приоритет от 16.04.2007, «Устройство для измерения пиковых значений» авторы Гутников А.И., Гусев В.Е, МПК9: G01J 1/44, опубл. 10.01.2009, БИ №1), содержащее датчик, подключенный к усилителю-преобразователю, одновибратор с управляющим входом, три операционных усилителя, неинвертирующий операционный усилитель постоянного или переменного напряжения, первый и второй выпрямители (выполненные на диодах), диод, два аналоговых ключа, восемь резисторов, RC-цепь, конденсатор, активный или пассивный Г-образный RC-фильтр верхних частот, шину опорного напряжения. Зарядочувствительный усилитель выполнен на инвертирующем операционном усилителе с интегрирующим конденсатором и параллельным ему резистором в цепи отрицательной обратной связи. Выход первого операционного усилителя подключен к выходу первого выпрямителя и входу второго выпрямителя, выход которого подключен к входу первого аналогового ключа, неинвертирующему входу второго операционного усилителя, первому выводу первого резистора и через последовательную RC-цепь к общей шине, к которой подключен выход первого аналогового ключа. Выход второго операционного усилителя через второй резистор подключен к входу первого выпрямителя и инвертирующему входу первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к первому выводу третьего резистора. Выход второго аналогового ключа подключен к общей шине, а управляющий вход соединен с выходом одновибратора и управляющим входом первого аналогового ключа, вход второго аналогового ключа соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого через активный или пассивный Г-образный RC-фильтр верхних частот соединен с выходом зарядочувствительного усилителя. Шина опорного напряжения соединена с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход которого соединен с катодом (анодом) диода, анод (катод) которого соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя и через четвертый резистор с первым выводом конденсатора, с неинвертирующим входом неинвертирующего операционного усилителя и с первым выводом пятого резистора. Второй вывод пятого резистора соединен с первыми выводами шестого и седьмого резисторов и с выходом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен со вторым выводом шестого резистора. Второй вывод седьмого резистора соединен со вторым выводом первого резистора и через восьмой резистор с общей шиной, к которой подключен второй вывод конденсатора.Closest to the proposed invention in terms of essential features is a device for measuring peak values (RF patent No. 2343429, priority of 04/16/2007, "Device for measuring peak values" authors Gutnikov AI, Gusev V.E., IPC9: G01J 1 / 44, published January 10, 2009, BI No. 1), comprising a sensor connected to an amplifier-converter, a single-shot with a control input, three operational amplifiers, a non-inverting operational amplifier of direct or alternating voltage, the first and second rectifiers (made on diodes), dio e, two analog switches, eight resistors, an RC circuit, a capacitor, an active or passive L-shaped high-pass RC filter, a voltage reference bus. The charge-sensitive amplifier is made on an inverting operational amplifier with an integrating capacitor and a parallel resistor in the negative feedback circuit. The output of the first operational amplifier is connected to the output of the first rectifier and the input of the second rectifier, the output of which is connected to the input of the first analog key, the non-inverting input of the second operational amplifier, the first output of the first resistor and through a serial RC circuit to the common bus to which the output of the first analog key is connected . The output of the second operational amplifier through a second resistor is connected to the input of the first rectifier and the inverting input of the first operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the first output of the third resistor. The output of the second analog key is connected to the common bus, and the control input is connected to the output of the one-shot and the control input of the first analog key, the input of the second analog key is connected to the first output of the third resistor, the second output of which is connected through an active or passive L-shaped RC high-pass filter with the output of a charge-sensitive amplifier. The reference voltage bus is connected to the non-inverting input of the third operational amplifier, the output of which is connected to the cathode (anode) of the diode, the anode (cathode) of which is connected to the inverting input of the third operational amplifier and through the fourth resistor with the first output of the capacitor, with the non-inverting input of the non-inverting operational amplifier and with the first output of the fifth resistor. The second terminal of the fifth resistor is connected to the first terminals of the sixth and seventh resistors and to the output of the second operational amplifier, the inverting input of which is connected to the second terminal of the sixth resistor. The second terminal of the seventh resistor is connected to the second terminal of the first resistor and through the eighth resistor with a common bus to which the second terminal of the capacitor is connected.
Активный Г-образный RC-фильтр верхних частот содержит первый конденсатор, первая обкладка которого является входом активного Г-образного RC-фильтра верхних частот, а вторая обкладка конденсатора подключена к первым выводам первого и второго резисторов, второй вывод первого резистора подключен к первой обкладке второго конденсатора и инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через третий резистор подключен к общей шине, которая через четвертый резистор подключена ко второй обкладке второго конденсатора и первой обкладке третьего конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко второму выводу второго резистора и выходу операционного усилителя.The active L-shaped RC high-pass filter contains a first capacitor, the first lining of which is the input of the active L-shaped RC high-pass filter, and the second capacitor lining is connected to the first terminals of the first and second resistors, the second terminal of the first resistor is connected to the first lining of the second the capacitor and the inverting input of the operational amplifier, the non-inverting input of which is connected through a third resistor to a common bus, which is connected through a fourth resistor to the second plate of the second condensate and a first electrode of the third capacitor, the second plate of which is connected to the second terminal of the second resistor and the output of the operational amplifier.
Устройство позволяет выделить пиковое значение сигнала датчика, величина которого пропорциональна как амплитуде сигнала, так и его длительности, и обеспечивает сжатие путем кусочно-линейной аппроксимации.The device allows you to select the peak value of the sensor signal, the value of which is proportional to both the amplitude of the signal and its duration, and provides compression by piecewise linear approximation.
Недостатки данного устройства:The disadvantages of this device:
1. Сложность, большие габариты за счет большого числа последовательно включенных каскадов, таких как: зарядочувствительный усилитель на инвертирующем операционном усилителе с интегрирующим конденсатором и резистором, активный фильтр верхних частот на другом операционном усилителе, двухкаскадный пиковый детектор на двух следующих операционных усилителях, кусочно-линейный аппроксиматор на последующем операционном усилителе, выходной неинвертирующий усилитель. Итого: шесть операционных усилителей, четырнадцать резисторов, шесть конденсаторов и три диода.1. Complexity, large dimensions due to the large number of cascades in series, such as: a charge-sensitive amplifier on an inverting operational amplifier with an integrating capacitor and resistor, an active high-pass filter on another operational amplifier, a two-stage peak detector on the following two operational amplifiers, piecewise linear an approximator on a subsequent operational amplifier, an output non-inverting amplifier. Total: six operational amplifiers, fourteen resistors, six capacitors and three diodes.
2. Пониженная точность преобразования за счет большого числа последовательно соединенных каскадов, накапливающих ошибки по мере прохождения сигнала.2. The reduced accuracy of the conversion due to the large number of series-connected cascades that accumulate errors as the signal passes.
Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в упрощении устройства, уменьшении габаритов и повышении надежности за счет совмещения функций зарядочувствительного усилителя, фильтра верхних частот, пикового детектора, кусочно-линейного аппроксиматора и согласования с емкостной нагрузкой каскадами на двух операционных усилителях, встроенных в них двух выпрямителях, и кусочно-линейном аппроксиматоре.The technical results to which the claimed invention is directed are to simplify the device, reduce the size and increase reliability by combining the functions of a charge-sensitive amplifier, high-pass filter, peak detector, piecewise linear approximator and matching with capacitive load cascades on two operational amplifiers, built-in they have two rectifiers, and a piecewise linear approximator.
Для достижения данного технического результата в устройстве для измерения пиковых значений, содержащем датчик, первый операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого резистора, а выход соединен с входом первого выпрямителя, выход которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом второго резистора, а выход - с первым выводом третьего резистора, четвертый, пятый и шестой резисторы, второй выпрямитель, первый, второй, третий, четвертый и пятый конденсаторы, первый вывод первого конденсатора соединен с общей шиной, новым является то, что дополнительно введены шина смещения и ограничитель, выход которого через второй конденсатор соединен либо с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, либо с выходом датчика, который через последовательно соединенные третий конденсатор и четвертый резистор соединен со вторым выводом третьего резистора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен через четвертый конденсатор с выходом датчика и непосредственно с входом ограничителя и выходом первого выпрямителя, который через последовательно соединенные пятый и шестой резисторы соединен со вторым выводом первого конденсатора и выходом второго выпрямителя, вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя, второй вывод второго резистора соединен с общей шиной, а первый вывод - через пятый конденсатор с первым выводом третьего резистора, при этом точка объединения пятого и шестого резисторов подключена к шине смещения.To achieve this technical result, in a device for measuring peak values containing a sensor, the first operational amplifier, the inverting input of which is connected to the first output of the first resistor, and the output is connected to the input of the first rectifier, the output of which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier, the inverting input of which connected to the first output of the second resistor, and the output to the first output of the third resistor, the fourth, fifth and sixth resistors, the second rectifier, the first, second, three the fourth, fifth and fifth capacitors, the first output of the first capacitor is connected to a common bus, the new one is that an offset bus and a limiter are introduced, the output of which through the second capacitor is connected either to the inverting input of the first operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the common bus, or with the output of the sensor, which is connected through a series-connected third capacitor and fourth resistor to the second terminal of the third resistor and the first terminal of the first resistor, the second terminal of which the second is connected through the fourth capacitor to the output of the sensor and directly to the input of the limiter and the output of the first rectifier, which is connected through a series of fifth and sixth resistors to the second output of the first capacitor and the output of the second rectifier, the input of which is connected to the output of the first operational amplifier, the second output of the second resistor connected to a common bus, and the first output through the fifth capacitor with the first output of the third resistor, while the connection point of the fifth and sixth resistors is connected on to the offset bus.
Выпрямитель может быть выполнен на диоде, анод которого является входом, а катод - выходом или на n-p-n транзисторе, база которого является входом, а эмиттер выходом выпрямителя, коллектор которого подключен к положительной шине питания.The rectifier can be made on the diode, the anode of which is the input, and the cathode is the output or on the npn transistor, the base of which is the input, and the emitter is the output of the rectifier, the collector of which is connected to the positive power bus.
Ограничитель может быть выполнен на стабилитроне или двух диодах, катоды которых объединены и являются выходом ограничителя, анод одного из них является входом ограничителя, а анод другого подключен к клемме (регулируемого извне) напряжения ограничения.The limiter can be made on a zener diode or two diodes, the cathodes of which are combined and are the output of the limiter, the anode of one of them is the input of the limiter, and the anode of the other is connected to the limit voltage terminal (externally adjustable).
Датчик может быть выполнен на фотодиоде с обратным смещением (начальным обратным током через переход катод-анод) или на пьезоакселерометре.The sensor can be performed on a photodiode with a reverse bias (initial reverse current through the cathode-anode junction) or on a piezo accelerometer.
Указанная совокупность существенных признаков позволяет упростить устройство, уменьшить габариты, повысить надежность за счет совмещения функций зарядочувствительного усилителя, фильтра верхних частот, пикового детектора, кусочно-линейного аппроксиматора и согласования с емкостной нагрузкой пикового детектирования каскадами на двух операционных усилителях, встроенных в них двух выпрямителях и ограничителе напряжения аппроксиматора.The indicated set of essential features allows us to simplify the device, reduce dimensions, and increase reliability by combining the functions of a charge-sensitive amplifier, high-pass filter, peak detector, piecewise linear approximator and matching peak capacitance detection with cascades on two operational amplifiers, two rectifiers and two rectifiers built into them approximator voltage limiter.
На фиг.1 представлена схема заявляемого устройства для измерения пиковых значений. На фиг.2 приведен вариант выполнения выпрямителей. На фиг.3 вариант выполнения ограничителя. На фиг.4 приведена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) на выходе первого выпрямителя (выполненного на соответствующем диоде). На фиг.5 приведена зависимость сигнала на выходе первого или второго выпрямителя (выполненных на диодах) от величины сигнала короткого импульса тока (1вх) от датчика.Figure 1 presents a diagram of the inventive device for measuring peak values. Figure 2 shows an embodiment of rectifiers. Figure 3 an embodiment of the limiter. Figure 4 shows the amplitude-frequency characteristic (AFC) at the output of the first rectifier (made on the corresponding diode). Figure 5 shows the dependence of the signal at the output of the first or second rectifier (made on diodes) on the magnitude of the signal of a short current pulse (1 in) from the sensor.
Устройство для измерения пиковых значений (фиг.1) содержит датчик 1, первый 2 и второй 3 операционные усилители, первый 4, второй 5, третий 6, четвертый 7, пятый 8 и шестой 9 резисторы, первый 10, второй 11, третий 12, четвертый 13 и пятый 14 конденсаторы, первый 15 и второй 16 выпрямители, ограничитель 17, шину 18 смещения.The device for measuring peak values (figure 1) contains a sensor 1, first 2 and second 3 operational amplifiers, first 4, second 5, third 6, fourth 7, fifth 8 and sixth 9 resistors, first 10, second 11, third 12, fourth 13 and fifth 14 capacitors, first 15 and second 16 rectifiers, limiter 17, bias bus 18.
Инвертирующий вход первого операционного усилителя 2 соединен с первым выводом первого резистора 4, а выход соединен с входами первого 15 и 16 второго выпрямителей. Выход первого выпрямителя 15 соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя 3 и через последовательно соединенные пятый 8 и шестой 9 резисторы с выходом второго выпрямителя 16 и вторым выводом первого конденсатора. Первый вывод первого конденсатора 10 соединен с общей шиной. Инвертирующий вход второго операционного усилителя 3 соединен через пятый конденсатор 14 с первым выводом третьего резистора 6 и первым выводом второго резистора 5, второй вывод которого соединен с общей шиной. Выход второго операционного усилителя 3 соединен с первым выводом третьего резистора 6. Выход ограничителя 17 через второй конденсатор 11 соединен либо с инвертирующим входом первого операционного усилителя 2, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, либо с выходом датчика 1. Выход датчика 1 через последовательно соединенные третий конденсатор 12 и четвертый резистор 7 соединен со вторым выводом третьего резистора 6 и первым выводом первого резистора 4. Второй вывод первого резистора 4 соединен через четвертый конденсатор 13 с выходом датчика 1 и непосредственно с входом ограничителя 17 и выходом первого выпрямителя 15, который через последовательно соединенные пятый 8 и шестой 9 резисторы соединен с выходом второго выпрямителя 16 и вторым выводом первого конденсатора 10. При этом точка объединения пятого 8 и шестого 9 резисторов подключена к шине 18 смещения.The inverting input of the first operational amplifier 2 is connected to the first output of the first resistor 4, and the output is connected to the inputs of the first 15 and 16 of the second rectifiers. The output of the first rectifier 15 is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier 3 and through series-connected fifth 8 and sixth 9 resistors with the output of the second rectifier 16 and the second output of the first capacitor. The first terminal of the first capacitor 10 is connected to a common bus. The inverting input of the second operational amplifier 3 is connected through the fifth capacitor 14 to the first terminal of the third resistor 6 and the first terminal of the second resistor 5, the second terminal of which is connected to a common bus. The output of the second operational amplifier 3 is connected to the first output of the third resistor 6. The output of the limiter 17 through the second capacitor 11 is connected either to the inverting input of the first operational amplifier 2, the non-inverting input of which is connected to the common bus, or to the output of the sensor 1. The output of the sensor 1 is connected in series the third capacitor 12 and the fourth resistor 7 are connected to the second terminal of the third resistor 6 and the first terminal of the first resistor 4. The second terminal of the first resistor 4 is connected through the fourth capacitor 13 to the output the sensor house 1 and directly with the input of the limiter 17 and the output of the first rectifier 15, which through series-connected fifth 8 and sixth 9 resistors is connected to the output of the second rectifier 16 and the second output of the first capacitor 10. In this case, the combination point of the fifth 8 and sixth 9 resistors is connected to 18 offset bus.
Датчик 1 выполняют на фотодиоде 19 с обратным смещением (-) (т.е. с рабочим обратным током через переход катод-анод).The sensor 1 is performed on a photodiode 19 with a reverse bias (-) (i.e., with a working reverse current through the cathode-anode junction).
Первый 15 и второй 16 выпрямители выполняют на диодах, анод которых является входом, а катод - выходом соответствующего выпрямителя.The first 15 and second 16 rectifiers perform on diodes, the anode of which is the input, and the cathode is the output of the corresponding rectifier.
Ограничитель 17 выполняют на стабилитроне.The limiter 17 is performed on a zener diode.
Датчик 1 может быть выполнен на пьезоакселерометре (на фиг.1 не показано).The sensor 1 can be performed on a piezo-accelerometer (not shown in Fig. 1).
Первый 15 и второй 16 выпрямители (фиг.2) могут быть выполнены на n-p-n транзисторах, базы которых объединены и являются входами, а соответствующие эмиттеры - выходами соответствующих выпрямителей, коллекторы которых объединены и подключены к положительной шине питания (на фиг.2 не показана).The first 15 and second 16 rectifiers (figure 2) can be made on npn transistors, the bases of which are combined and are inputs, and the corresponding emitters are outputs of the corresponding rectifiers, the collectors of which are combined and connected to the positive power bus (not shown in figure 2) .
Ограничитель 17 (фиг.3) может быть выполнен на двух диодах 20, 21, катоды которых объединены и являются выходом ограничителя 17, анод диода 20 является входом ограничителя, а анод диода 21 подключен к клемме +Еогр (регулируемого извне) напряжения ограничения.The limiter 17 (Fig. 3) can be made on two diodes 20, 21, the cathodes of which are combined and are the output of the limiter 17, the anode of the diode 20 is the input of the limiter, and the anode of the diode 21 is connected to the terminal + Egr (externally regulated) of the limiting voltage.
Устройство для измерения пиковых значений работает следующим образом.A device for measuring peak values operates as follows.
В исходном статическом состоянии стабилитрон 17 (или диод 20 по фиг.3) заперт, выходной обратный ток датчика 1 равен нулю, входной ток операционного усилителя 2 Iвх также равен нулю, выходное напряжение U15 (на катоде диода 15) также равно нулю, как в операционном усилителе 2 с диодом 15, охваченных глубокой отрицательной обратной связью через резистор 4 и операционный усилитель 3. За счет падения напряжения (0,6 В) на прямо смещенном переходе диода 15 выходное напряжение «пикового детектирования» U16 (на катоде аналогичного диода 16) также равно нулю. На конденсаторах 13, 14, 12, 10 нулевое напряжение. При воздействии внешнего короткого импульса света на датчик 1 на его выходе и инвертирующем входе операционного усилителя 2 формируется короткий отрицательный импульс тока Iвх от датчика 1, работающего в режиме источника тока. В выходном сопротивлении этого источника тока присутствует емкостная составляющая емкости датчика 1 (фотодиода или пьезоакселерометра) и емкости связи датчика 1 с входом Вх. Следует учесть, что существует низкочастотная паразитная модуляция (фоновая засветка или вибрация, содержащая вредные низкие частоты) короткого импульса тока полезного сигнала, содержащего высокие частоты. Указанная низкочастотная модуляция устраняется встроенным в устройство активным RC-фильтром верхних частот. Первое звено указанного фильтра реализовано на дифференцирующей цепи: датчик 1, конденсатор 12, резистор 7, включенные в инвертирующий вход операционного усилителя 2, которое не пропускает на выходы U15, U16 (см. участок d-c на фиг.4) низкие частоты, а пропускает высокие (см. участок а-b на фиг.4). Второе звено фильтра верхних частот, еще эффективнее не пропускающее на те же выходы низкие частоты в области d-c на фиг.4, а пропускающее высокие, реализовано на операционном усилителе 3, диоде 15, конденсаторе 14, резисторах 5 и 6, включенных в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 2. Это происходит за счет того, что на низких частотах коэффициент усиления неинвертирующего усилителя 3 высок (емкостное сопротивление конденсатора 14 много больше сопротивления резистора 5). На высоких частотах коэффициент усиления усилителя 3 равен единице, как у неинвертирующего повторителя, так как емкостное сопротивление 14 мало (короткое замыкание).In the initial static state, the zener diode 17 (or diode 20 of FIG. 3) is locked, the output current of the sensor 1 is zero, the input current of the operational amplifier 2 I in is also zero, the output voltage U 15 (at the cathode of the diode 15) is also zero, as in operational amplifier 2 with diode 15, covered by deep negative feedback through resistor 4 and operational amplifier 3. Due to the voltage drop (0.6 V) at the directly biased junction of diode 15, the output voltage is “peak detection” U 16 (at the cathode of a similar diode 16) is also zero. On capacitors 13, 14, 12, 10 zero voltage. When exposed to external short pulse light to the sensor 1 at its output and inverting input of the operational amplifier 2 is formed by a short negative current pulse I Rin from the sensor 1, operating in a current source mode. In the output resistance of this current source there is a capacitive component of the capacitance of the sensor 1 (photodiode or piezo accelerometer) and the capacitance of communication of the sensor 1 with the input Vx. It should be noted that there is low-frequency spurious modulation (background illumination or vibration containing harmful low frequencies) of a short current pulse of a useful signal containing high frequencies. The specified low-frequency modulation is eliminated by the active high-pass RC filter built into the device. The first link of the specified filter is implemented on a differentiating circuit: a sensor 1, a capacitor 12, a resistor 7 included in the inverting input of the operational amplifier 2, which does not pass to the outputs U 15 , U 16 (see section dc in Fig. 4) low frequencies, and misses high (see plot a-b in figure 4). The second link of the high-pass filter, even more efficiently not allowing low frequencies to pass to the same outputs in the dc region in Fig. 4, but transmitting high frequencies, is implemented on operational amplifier 3, diode 15, capacitor 14, resistors 5 and 6, included in the negative feedback circuit coupling operational amplifier 2. This is due to the fact that at low frequencies the gain of the non-inverting amplifier 3 is high (the capacitance of the capacitor 14 is much greater than the resistance of the resistor 5). At high frequencies, the gain of amplifier 3 is equal to unity, as in a non-inverting repeater, since the capacitance 14 is small (short circuit).
Вредный низкочастотный участок «d-c» амплитудно-частотной характеристики (см. фиг.4) отсечен двухзвенным фильтром верхних частот для того, чтобы выделить полезный участок «а-b» для короткого импульса Iвх с датчика 1. Участок «а-b» интегрирующий для того, чтобы напряжение на выходах U15, U16 зависело не только от амплитуды импульса Iвх, но и от его длительности. Интегрирование обеспечивается резисторами 4, 6 и конденсатором 13. При сильном увеличении проинтегрированного сигнала Iвх в точке «е» (см. фиг.5) включается стабилитрон 17 или открывается диод 20 (по фиг.3), и интегрирование обеспечивается параллельными конденсатором 13 с резисторами 4, 6 и включенным стабилитроном 17 (или открытым диодом 20 на входе ограничителя по фиг.3) с конденсатором 11, обеспечивая меньшее суммарное сопротивление. Тем самым обеспечена кусочно-линейная аппроксимация (см. участок «е-m» фиг.5), т.е. автоматическое уменьшение коэффициента передачи и соответственно расширение динамического диапазона измеряемого входного сигнала. Количество стабилитронов 17 с конденсаторами 11 можно увеличить для увеличения числа участков сжатия. Емкость интегрирующих конденсаторов 13, 11 много меньше емкости конденсатора 12, а сопротивление резистора 7 много меньше сопротивления резисторов 4, 6 для того, чтобы не вносить ошибку при интегрировании. Емкость конденсатора 12 много больше выходной емкости датчика 1 и линий связи (на фиг.1 не показаны), чтобы не вносить погрешность в коэффициент передачи зарядочувствительного усилителя на операционных усилителях 2 и 3 в целом.Noxious low frequency portion «dc» amplitude-frequency characteristic (see FIG. 4) cut off dvuhzvennyh highpass filter in order to isolate the useful portion "a-b» to the short pulse I Rin sensor 1. Plot "a-b» integrating to the voltage at the outputs U 15, U 16 depended not only on the amplitude of the pulse I Rin but also by its duration. The integration is provided by resistors 4 and 6 and capacitor 13. When high magnification integrated signal Rin I at point "e" (see Fig. 5) turns on the Zener diode 17 or 20 is opened (in Figure 3) and the integration capacitor 13 is provided parallel with resistors 4, 6 and the included zener diode 17 (or an open diode 20 at the input of the limiter of FIG. 3) with a capacitor 11, providing a lower total resistance. This ensures a piecewise linear approximation (see the “e-m” section of FIG. 5), i.e. automatic reduction of the transmission coefficient and, accordingly, the expansion of the dynamic range of the measured input signal. The number of zener diodes 17 with capacitors 11 can be increased to increase the number of compression sections. The capacity of the integrating capacitors 13, 11 is much less than the capacity of the capacitor 12, and the resistance of the resistor 7 is much less than the resistance of the resistors 4, 6 in order not to introduce an error during integration. The capacitance of the capacitor 12 is much larger than the output capacitance of the sensor 1 and communication lines (not shown in FIG. 1) so as not to introduce an error in the transmission coefficient of the charge-sensitive amplifier on operational amplifiers 2 and 3 as a whole.
Резисторы 8, 9 имеют равные сопротивления большой величины, чтобы не препятствовать эффективной работе запоминающего конденсатора 10 при спаде (окончании) импульса тока. Отдельный (низкочастотный) выход пикового детектирования на диоде 16 (см. U16 на фиг.1) необходим, чтобы не вносить искажения в фильтрующую низкие частоты цепь отрицательной обратной связи (диод 15, операционный усилитель 3, резисторы 5, 6, конденсатор 14).Resistors 8, 9 have equal large resistances, so as not to impede the effective operation of the storage capacitor 10 when the current pulse drops (ends). A separate (low-frequency) peak detection output on diode 16 (see U 16 in FIG. 1) is necessary so as not to distort the negative feedback filtering circuit (diode 15, operational amplifier 3, resistors 5, 6, capacitor 14) .
Растяжка сигнала U16 пиковым детектором дает возможность считывания его уровня с выхода диода 16 и конденсатора 10 аналого-цифровым преобразователем (на фиг.1 не показан) умеренного быстродействия.Stretching the signal U 16 with a peak detector makes it possible to read its level from the output of the diode 16 and the capacitor 10 by an analog-to-digital converter (not shown in FIG. 1) of moderate speed.
Был собран макет заявленного устройства, исследование характеристик которого при воздействии низкочастотных шумов и короткого импульса тока с датчика 1 в диапазоне температур от минус 40 до 50°С подтвердили выделение сигнала короткого импульса тока на фоне низкочастотного шума при существенном упрощении устройства. Элементная база заявленного устройства содержит типовые отечественные электрорадиоэлементы: счетверенные операционные усилители 2, 3 типа 544УД14РЗ, транзисторная пара 15, 16 типа 2Т690АС или диодная пара 15, 16 типа 2ДС523 В, стабилитрон 17 на 2,5 В - микросхема Н142ЕН19 (ограничитель 17 выполнялся на диодах 2ДС523В, напряжение ограничения +Еогр равно (1-5) В), бескорпусные резисторы Р1-16П, прецизионные малогабаритные бескорпусные конденсаторы К10-43 В, в качестве датчика использован датчик на фотодиоде или ударный акселерометр типа АП10.A model of the claimed device was assembled, the study of the characteristics of which under the influence of low-frequency noise and a short current pulse from sensor 1 in the temperature range from minus 40 to 50 ° C confirmed the isolation of a short current pulse signal against the background of low-frequency noise with a significant simplification of the device. The elemental base of the claimed device contains typical domestic electro-radio elements: quadruple operational amplifiers 2, 3 of type 544UD14РЗ, transistor pair 15, 16 of type 2T690AC or diode pair 15, 16 of type 2DS523 V, zener diode 17 2.5 V - chip H142EN19 (limiter 17 was 2DS523V diodes, limiting voltage + Eogr equal to (1-5) V), R1-16P open-frame resistors, K10-43 V precision small-size open-frame capacitors, a sensor on a photodiode or an AP10 type accelerometer is used as a sensor.
Достоинством «диодного» ограничителя 17 (фиг.3) является регулируемый выбор напряжения ограничения +Еогр в отличие от стабилитрона 17 (фиг.1), а также меньшая проходная емкость. Отмечена также хорошая термокомпенсация характеристик при парных (выполненных на одном кристалле) диодах 20, 21, таких как 2ДС523В, 2ДС627А, 198НТ1А и др.The advantage of the "diode" limiter 17 (figure 3) is the adjustable choice of voltage limitation + Egr, in contrast to the zener diode 17 (figure 1), as well as a smaller passage capacity. Good thermal compensation of characteristics was also noted for paired (made on a single crystal) diodes 20, 21, such as 2DS523V, 2DS627A, 198NT1A, etc.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014106803/28A RU2556327C1 (en) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | Device for measurement of peak values |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014106803/28A RU2556327C1 (en) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | Device for measurement of peak values |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2556327C1 true RU2556327C1 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014106803/28A RU2556327C1 (en) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | Device for measurement of peak values |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2556327C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2761890C1 (en) * | 2020-12-17 | 2021-12-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for measuring peak values |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU303526A1 (en) * | Э. В. Кувалдин | PULSE PHOTOMETER | ||
| US3514209A (en) * | 1968-02-09 | 1970-05-26 | Du Pont | Device for measuring the maximum intensity of a pulse of energy |
| GB1316918A (en) * | 1970-11-24 | 1973-05-16 | Ibm | Optical pulse receivers |
| RU2343429C1 (en) * | 2007-04-16 | 2009-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Peak value measurement device |
-
2014
- 2014-02-24 RU RU2014106803/28A patent/RU2556327C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU303526A1 (en) * | Э. В. Кувалдин | PULSE PHOTOMETER | ||
| US3514209A (en) * | 1968-02-09 | 1970-05-26 | Du Pont | Device for measuring the maximum intensity of a pulse of energy |
| GB1316918A (en) * | 1970-11-24 | 1973-05-16 | Ibm | Optical pulse receivers |
| RU2343429C1 (en) * | 2007-04-16 | 2009-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Peak value measurement device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2761890C1 (en) * | 2020-12-17 | 2021-12-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for measuring peak values |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9064981B2 (en) | Differential optical receiver for avalanche photodiode and SiPM | |
| US3463928A (en) | Frequency-selective negative feedback arrangement for phototransistor for attenuating unwanted signals | |
| US20060227231A1 (en) | Photoelectric conversion device and electronic equipment | |
| RU2556327C1 (en) | Device for measurement of peak values | |
| CA1223938A (en) | Light detecting circuit | |
| CN103162839B (en) | Reading circuit for Nb5 N6 normal temperature Terahertz detector linear array | |
| CN202085151U (en) | Current-to-voltage (I/V) converter circuit | |
| RU2703823C1 (en) | Apparatus for amplification and preliminary processing of pulses from an infrared photodiode | |
| CN213341068U (en) | Power feedback acquisition circuit of solid laser and solid laser | |
| RU2343429C1 (en) | Peak value measurement device | |
| CN211856874U (en) | Residual current transformer measurement and abnormity detection circuit based on metering unit | |
| Maschera et al. | An automatically compensated readout channel for rotary encoder systems | |
| CN113465637A (en) | Photoelectric receiving and detecting circuit | |
| CN209310835U (en) | A kind of detection device of optical sensor | |
| RU2536097C1 (en) | Vibration meter | |
| Nascetti et al. | High dynamic range current-to-digital readout electronics for lab-on-chip applications | |
| RU2761890C1 (en) | Device for measuring peak values | |
| CN218679009U (en) | High-precision thermocouple interface amplifying circuit and electrical equipment thereof | |
| RU2391770C2 (en) | Charge amplifier for piezoelectric vibration sensor (versions) | |
| CN218239068U (en) | Optical power monitoring circuit | |
| CN220854614U (en) | Detection system and protein analyzer based on filtering and amplifying module | |
| RU2783752C1 (en) | Vibration meter | |
| CN219284513U (en) | Temperature detection circuit structure and electronic equipment | |
| US11984897B2 (en) | Peak-detector circuit and method for evaluating a peak of a first input voltage | |
| US20230353133A1 (en) | Peak-detector circuit and method for evaluating a peak of a first input voltage |