RU2556743C1 - Устройство для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика - Google Patents
Устройство для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556743C1 RU2556743C1 RU2014112073/28A RU2014112073A RU2556743C1 RU 2556743 C1 RU2556743 C1 RU 2556743C1 RU 2014112073/28 A RU2014112073/28 A RU 2014112073/28A RU 2014112073 A RU2014112073 A RU 2014112073A RU 2556743 C1 RU2556743 C1 RU 2556743C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- piezo
- load
- impedance
- recorder
- Prior art date
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам дистанционного контроля параметров пьезодатчиков. Устройство содержит пьезодатчик с нагрузкой, электроды которого соединены со входом усилителя тока, выход которого соединен кабельной измерительной линией с регистратором. Нагрузка пьезодатчика выполнена в виде омического делителя напряжения. Низкоомное плечо делителя образовано волновым сопротивлением кабеля дополнительной измерительной линии, соединенной с дополнительным регистратором. При этом параметры электрической схемы выбраны из следующих условий: RДЕЛ<<RУС; RДЕЛСПД<<τсигн, где RДЕЛ - полное сопротивление омического делителя; RУC - входное сопротивление усилителя тока; СПД - емкость пьезодатчика; τсигн - характерная длительность сигнала пьезодатчика. Технический результат - повышение информативности выполняемых измерений. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при исследовании быстропротекающих процессов для регистрации амплитудно-временных характеристик сигнала, генерируемого пьезодатчиком с перепадом регистрируемой величины напряжения в тысячу и более раз, на фоне сильных электромагнитных наводок, сравнимых или превосходящих по величине низкоамплитудную часть сигнала.
Известно устройство регистрации сигнала пьезодатчика, содержащее пьезодатчик, соединенный кабелем измерительной линии с удаленным от датчика регистратором (см. ′′Explosive. Gun & Impact Testing′′. PCB Piezotronics Inc. www.pcb.com). Указанное устройство используется для случая, когда амплитуда электромагнитной наводки на кабеле измерительной линии мала по сравнению с амплитудой сигнала пьезодатчика и ее воздействием на возможность регистрации сигнала можно пренебречь. При этом напряжение сигнала, поступающее на регистратор, определяется в виде
VКАБ(t)=I(t)·RКАБ,
где I(t) - ток пьезодатчика, RКАБ - волновое сопротивление кабеля.
Недостаток известного устройства заключается в том, что регистрация сигнала пьезодатчика при наличии электромагнитной наводки на кабеле измерительной линии, превосходящей по величине амплитуду сигнала, становится невозможной.
Известно устройство для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика (см. C.S. Speight, L. Harper, V.S. Smeeton «Piezoelectric probe for detection of shock-induced spray and spall», Rev. Sci. Instrum. 60(12), 3802, 1989), содержащее пьезодатчик с нагрузкой в виде параллельно соединенных между собой емкости и резистора, подключенных параллельно электродам пьезодатчика. При этом электроды соединены со входом усилителя тока, выход которого соединен кабельной линией с регистратором.
В известном устройстве, выбранном в качестве прототипа, усилителем тока является эмиттерный повторитель, который обеспечивает согласование импедансов нагрузки пьезодатчика и кабельной линии, производя усиление тока сигнала при сохранении неизменным его напряжения.
Недостаток прототипа заключается в том, что он может быть применен только для случая, когда усилитель тока передает без искажений как низкоамплитудную, так и высокоамплитудную части сигнала. В случае, когда величина тока сигнала пьезодатчика изменяется в тысячи раз, а усилитель тока пропускает без искажений только сигнал, величина тока которого изменяется в сотни раз, произойдет потеря высокоамплитудной части сигнала (см. И.П. Жеребцов, «Основы электроники», Ленинград Энергоатомиздат, 1985, стр. 67-68).
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании такого устройства для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика, которое позволяет без искажения измерять как низкоамплитудную, так и высокоамплитудную части сигнала, отличающиеся по величине в тысячи раз, в условиях действия на кабель измерительной линии сильных электромагнитных наводок, сравнимых или превышающих по величине низкоамплитудную часть сигнала.
Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в повышении информативности выполняемых измерений.
Это достигается тем, что в устройстве для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика, содержащем пьезодатчик с нагрузкой, электроды которого соединены со входом усилителя тока, выход которого соединен кабельной измерительной линией с регистратором, новым является то, что нагрузка пьезодатчика выполнена в виде омического делителя напряжения, низкоомное плечо которого образовано волновым сопротивлением кабеля дополнительной измерительной линии, соединенной с дополнительным регистратором, при этом параметры электрической схемы выбраны из следующих условий:
где RДЕЛ - полное сопротивление омического делителя напряжения;
RУС - входное сопротивление усилителя тока;
СПД - емкость пьезодатчика;
τсигн - характерная длительность сигнала пьезодатчика.
Включение в цепь пьезодатчика активной нагрузки в виде омического делителя приводит к генерированию на его электродах электрического напряжения, пропорционального по величине сопротивлению нагрузки, поскольку пьезодатчик по своей природе является генератором тока, величина которого не зависит от величины нагрузки датчика. При этом форма сигнала пьезодатчика практически не будет зависеть от величины сопротивления нагрузки при выполнении условия RДЕЛ<<RУС и условия короткозамкнутости цепи датчика - RДЕЛСПД<<τсигн. Это свойство пьезодатчика позволяет осуществить усиление напряжения низкоамплитудной части генерируемого датчиком сигнала до величины, превышающей амплитуду действующей на измерительный кабель электромагнитной наводки. В свою очередь, выполнение нагрузки пьезодатчика в виде омического делителя, низкоомное плечо которого образовано волновым сопротивлением кабеля дополнительной измерительной линии с учетом условия (1), позволяет передавать на дополнительный регистратор, не опасаясь электромагнитной наводки, высокоамплитудную часть сигнала, превосходящую низкоамплитудную его часть в тысячи раз.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет регистрировать как низкоамплитудную, так и высокоамплитудную части сигнала.
На приведенной фигуре представлена электрическая схема заявляемого устройства.
Заявляемое устройство включает в себя пьезодатчик 1 с нагрузкой и усилитель тока 2, в качестве которого может быть использован, например, эмиттерный повторитель. Электроды пьезодатчика 1 соединены со входом усилителя тока 2, выход которого соединен кабельной измерительной линией 3 с регистратором 4. Нагрузка пьезодатчика 1 выполнена в виде омического делителя, высокоомным плечом которого является резистор 5 сопротивлением R, а низкоомным - волновое сопротивление кабеля RКАБ дополнительной измерительной линии 6, соединенной с дополнительным регистратором 7. Здесь величина нагрузки (RДЕЛ=R+RКАБ), используемой для усиления низкоамплитудной части сигнала, подбирается за счет величины сопротивления R так, чтобы усиление низкоамплитудной части сигнала произошло до уровня, превышающего величину электромагнитной наводки на кабель измерительной линии 3 хотя бы на порядок. Параметры электрической схемы заявляемого устройства выбраны также из условия (1). При этом длительность τсигн является заданной величиной и определяется временем регистрируемого процесса.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Ток пьезодатчика 1-I(t) поступает через нагрузку пьезодатчика, сопротивление которой равно RДЕЛ=R+RКАБ, и создает на ней и на входе усилителя тока 2, включенного параллельно нагрузке, напряжение сигнала пьезодатчика VПД(t)=I(t)·(R+RКАБ), состоящее из низкоамплитудной и высокоамплитудной частей. Низкоамплитудная часть сигнала проходит через усилитель тока 2 и кабельную измерительную линию 3 к регистратору 4 без искажений, а его высокоамплитудная часть, величина которой выходит за пределы рабочего диапазона усилителя тока 2, теряется.
Этот же ток I(t), протекая через волновое сопротивление кабеля RКАБ дополнительной измерительной линии 6, образующего низкоомное плечо омического делителя, создает на нем напряжение VКАБ(t)=I(t)·RКАБ (подобное по форме напряжению VПД(t)=I(t)·(R+RКАБ)), которое далее поступает на вход дополнительного регистратора 7. Часть этого напряжения, соответствующая низкоамплитудной части сигнала пьезодатчика 1, теряется из-за действующей на измерительную линию 6 электромагнитной наводки, а другая его часть, соответствующая высокоамплитудной части сигнала пьезодатчика 1, будет зарегистрирована дополнительным регистратором 7. После этого, с учетом коэффициента деления омического делителя
зарегистрированная часть сигнала приводится по значению к величине напряжения высокоамплитудной части сигнала пьезодатчика 1
, которая была потеряна при прохождении по цепи усилителя тока 2.
Далее зарегистрированные регистраторами 4 и 7 низкоамплитудная и высокоамплитудная части сигнала будут «сшиты» между собой в одной из временных точек интервала значений сигнала, в котором значения напряжений низкоамплитудной и высокоамплитудной частей сигнала совпадают. Таким образом, будет получен полный сигнал пьезодатчика, содержащий как низкоамплитудную, так и высокоамплитудную части.
Проведенные лабораторные исследования подтвердили, что устройство, предлагаемое для регистрации сигнала пьезодатчика, величина напряжения которого изменяется в тысячи раз, позволяет проводить его регистрацию в условиях действия на кабели измерительных линий сильных электромагнитных наводок.
Claims (1)
- Устройство для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика, содержащее пьезодатчик с нагрузкой, электроды которого соединены со входом усилителя тока, выход которого соединен кабельной измерительной линией с регистратором, отличающееся тем, что нагрузка пьезодатчика выполнена в виде омического делителя напряжения, низкоомное плечо которого образовано волновым сопротивлением кабеля дополнительной измерительной линии, соединенной с дополнительным регистратором, при этом параметры электрической схемы выбраны из следующих условий:
RДЕЛ<<RУС;
RДЕЛCПД<<τсигн,
где RДЕЛ - полное сопротивление омического делителя;
RУС - входное сопротивление усилителя тока;
CПД - емкость пьезодатчика;
τсигн - характерная длительность сигнала пьезодатчика.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014112073/28A RU2556743C1 (ru) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | Устройство для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014112073/28A RU2556743C1 (ru) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | Устройство для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2556743C1 true RU2556743C1 (ru) | 2015-07-20 |
Family
ID=53611536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014112073/28A RU2556743C1 (ru) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | Устройство для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2556743C1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2967995A (en) * | 1957-08-26 | 1961-01-10 | Pochmerski Dennis | Apparatus for measuring the equivalent electrical parameters of crystal units |
SU720578A1 (ru) * | 1977-05-23 | 1980-03-05 | Предприятие П/Я Г-4126 | Устройство дл измерени параметров пьезоэлектрических материалов методом резонанса-антирезонанса |
US4578634A (en) * | 1983-05-31 | 1986-03-25 | Westinghouse Electric Corp. | Apparatus for determining frequency versus acceleration characteristics for crystals |
SU1643968A1 (ru) * | 1989-05-03 | 1991-04-23 | Предприятие П/Я Г-4088 | Устройство дл поверки пьезоэлектрических датчиков |
WO2003019205A1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-03-06 | Rosemount Inc. | Diagnostics for piezoelectric sensor |
JP2007051930A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電荷変化型センサの信号処理装置 |
RU2393487C1 (ru) * | 2008-12-04 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ТИК" (ООО НПП "ТИК") | Способ пьезоэлектрического виброконтроля |
DE102010044767A1 (de) * | 2010-09-08 | 2012-03-08 | Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Ladungsverstärkers einer piezoelektrischen Messkette |
-
2014
- 2014-03-28 RU RU2014112073/28A patent/RU2556743C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2967995A (en) * | 1957-08-26 | 1961-01-10 | Pochmerski Dennis | Apparatus for measuring the equivalent electrical parameters of crystal units |
SU720578A1 (ru) * | 1977-05-23 | 1980-03-05 | Предприятие П/Я Г-4126 | Устройство дл измерени параметров пьезоэлектрических материалов методом резонанса-антирезонанса |
US4578634A (en) * | 1983-05-31 | 1986-03-25 | Westinghouse Electric Corp. | Apparatus for determining frequency versus acceleration characteristics for crystals |
SU1643968A1 (ru) * | 1989-05-03 | 1991-04-23 | Предприятие П/Я Г-4088 | Устройство дл поверки пьезоэлектрических датчиков |
WO2003019205A1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-03-06 | Rosemount Inc. | Diagnostics for piezoelectric sensor |
JP2007051930A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電荷変化型センサの信号処理装置 |
RU2393487C1 (ru) * | 2008-12-04 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ТИК" (ООО НПП "ТИК") | Способ пьезоэлектрического виброконтроля |
DE102010044767A1 (de) * | 2010-09-08 | 2012-03-08 | Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Ladungsverstärkers einer piezoelektrischen Messkette |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
C.S. Speight, L. Harper, V.S. Smeeton "Piezoelectric probe for detection of shock-induced spray and spall", Rev. Sci. Instrum. 60(12), 3802, 1989. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103492895B (zh) | 磁检测装置 | |
JP6744695B2 (ja) | アクティブ・シャント電流計 | |
ATE515707T1 (de) | Elektrischer potentialsensor | |
US9201048B2 (en) | Systems for characterizing resonance behavior of magnetostrictive resonators | |
JP2014503072A (ja) | 超音波発生装置および超音波を発生させる方法における、またはそれらに関連する改良 | |
CN104320092B (zh) | 一种微弱信号测量的宽频带低噪声差分放大电路 | |
EP1426772B1 (en) | Impedance measuring circuit, its method, and capacitance measuring circuit | |
US9500721B2 (en) | Magnetic field detecting device | |
CN105136898A (zh) | 一种基于检测电荷的挠曲电动态效应直接检测装置及方法 | |
RU2556743C1 (ru) | Устройство для дистанционного измерения параметров сигнала пьезодатчика | |
JP6422012B2 (ja) | 磁気検出装置 | |
US10509080B2 (en) | Differential type magnetic sensor | |
KR20100059640A (ko) | 센서 회로 | |
Xie et al. | A pulsed wave excitation system to characterize micron-scale magnetoelastic biosensors | |
CN106053971A (zh) | 一种信号放大器和一种信号放大方法 | |
Brophy et al. | Correlator‐Amplifier for Very Low Level Signals | |
US2582851A (en) | Transient analyzer | |
CN204156823U (zh) | 一种微弱信号测量的宽频带低噪声差分放大电路 | |
RU102270U1 (ru) | Параметрический эхолокатор | |
JP6836786B2 (ja) | 信号受信回路及び測定装置 | |
RU2670712C9 (ru) | Устройство для измерения выходного сигнала пьезоэлектрического датчика | |
US20220082549A1 (en) | Integrated electrophysiology amplifying apparatus, computer-accessible medium, system and method for use thereof | |
CN110361772B (zh) | 电子束流强测量设备及测量方法 | |
JP2020183878A (ja) | 高速高感度磁気センサ | |
RU2532599C1 (ru) | Устройство измерения напряженности электрического поля |