RU2724795C1 - Excitation circuit of frequency sensor - Google Patents

Excitation circuit of frequency sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2724795C1
RU2724795C1 RU2019135921A RU2019135921A RU2724795C1 RU 2724795 C1 RU2724795 C1 RU 2724795C1 RU 2019135921 A RU2019135921 A RU 2019135921A RU 2019135921 A RU2019135921 A RU 2019135921A RU 2724795 C1 RU2724795 C1 RU 2724795C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
resistor
amplifier
operational amplifier
terminal
Prior art date
Application number
RU2019135921A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Викторович Ильиных
Андрей Васильевич Банников
Станислав Николаевич Бакуркин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2019135921A priority Critical patent/RU2724795C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724795C1 publication Critical patent/RU2724795C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04Investigating moisture content
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.SUBSTANCE: invention relates to measurement of physical quantities based on frequency sensors in automation devices. Excitation circuit of the frequency sensor includes an autogenerator, an amplifier connected to the frequency sensor. Amplifier is made in the form of a preamplifier, to the output of which a resonance frequency amplifier is connected, to the output of which amplifier-stabilizer of signal amplitude is connected, output of stabilizer-stabilizer is connected to inputs of the first and second buffers. Resonance frequency of the self-contained generator corresponds to the resonant frequency of the sensor.EFFECT: technical result consists in excluding the possibility of exciting the self-contained generator at frequencies different from the frequency of the main resonance, as well as stabilization of the excitation signal voltage amplitude, high frequency stability in the self-contained generator, improved matching of the ECFS with a frequency sensor and external devices.6 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области приборов измерения физических величин на основе частотных датчиков, в частности к схемам автогенераторов и к схемам управления режимом работы чувствительного элемента типа резонаторного датчика с собственной частотой, перестраиваемой под действием измеряемой величины.The invention relates to the field of instruments for measuring physical quantities based on frequency sensors, in particular to circuits of oscillators and to control circuits of the operating mode of a sensitive element such as a resonator sensor with its own frequency, tunable under the influence of the measured value.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известна схема автогенератора со схемой возбуждения частотного датчика, описанная в книге «Цифровые приборы с частотными датчиками»; авторы В.П.Новицкий, В.Г. Кнорринг, В.С. Гутников; издательство «Энергия», 1970 г.; на рисунке 2-9(а), стр. 62. Приведена структурная схема генератора для электромеханического датчика с раздельными возбудителем и приемником электромагнитного типа. Схема содержит усилитель, охваченный положительной обратной связью, с колебательной системой в цепи обратной связи. Данный подход реализован в приведенных ниже патентах, в генераторах, которые могут служить простейшими аналогами.A known oscillator circuit with a frequency sensor excitation circuit described in the book "Digital devices with frequency sensors"; authors V.P. Novitsky, V.G. Knorring, V.S. Gutnikov; Energy Publishing House, 1970; Fig. 2-9 (a), page 62. The structural diagram of the generator for an electromechanical sensor with separate exciter and electromagnetic type receiver is shown. The circuit contains an amplifier, covered by positive feedback, with an oscillatory system in the feedback circuit. This approach is implemented in the patents below, in generators, which can serve as simple analogues.

Недостатком данной схемы является то, что в ней необходимо принимать меры к уменьшению влияния схемы на амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики петли обратной связи автогенератора и уменьшению влияния на его добротность.The disadvantage of this circuit is that it is necessary to take measures to reduce the influence of the circuit on the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the feedback loop of the oscillator and to reduce the effect on its quality factor.

Известна схема кварцевого генератора, описанная в патенте РФ №2354037 С2 «Кварцевый генератор», приоритет 14.02.2007 г., опубликовано 27.04.2009 г, МПК: Н03В 5/32, авторы: Багаев С.П., Дикиджи А.Н.A known crystal oscillator circuit described in RF patent No. 2354037 C2 “Crystal oscillator”, priority 02/14/2007, published 04/27/2009, IPC: Н03В 5/32, authors: Bagaev SP, Dikiji AN

Кварцевый генератор содержит усилитель, в цепь положительной обратной связи которого включен кварцевый резонатор.The quartz oscillator contains an amplifier, in the positive feedback circuit of which a quartz resonator is included.

Недостатком данного изобретения является принципиальная возможность возникновения автоколебаний на побочных резонансах, так как в схеме отсутствуют цепи частотной селекции мод. В данном решении автоколебания на рабочей частоте обеспечиваются, в основном, конструктивными мерами - оптимальным расположением электродов на кварцевом резонаторе.The disadvantage of this invention is the fundamental possibility of the occurrence of self-oscillations at side resonances, since there are no frequency selection mode chains in the circuit. In this solution, self-oscillations at the operating frequency are provided mainly by constructive measures - the optimal arrangement of the electrodes on the quartz resonator.

В качестве прототипа к заявляемому устройству выбрана схема, приведенная в патенте DE 102006036190 А1 «Компоновка схемы для генерирования периодических электромагнитных сигналов с частотой осциллятора», приоритет 01.08.06 г, опубликовано 14.02.2008, МПК H01N 22/00, H01D 5/243. авторы: Sokoll Thorsten, Pawlak Holder, Jakob Arne.As a prototype of the claimed device, the circuit shown in DE 102006036190 A1, “Layout of a circuit for generating periodic electromagnetic signals with an oscillator frequency”, priority 01.08.06, published on 02/14/2008, IPC H01N 22/00, H01D 5/243, was selected. authors: Sokoll Thorsten, Pawlak Holder, Jakob Arne.

В первом варианте вход усилителя через резонансный сенсор соединен с выходом усилителя так, что схема становится неустойчивой и способной генерировать колебания. При таком включении пассивный резонансный сенсор становится активным и, таким образом, просто считывающим значение измеряемого параметра. Сигнал автогенератора возникает на выходе усилителя. В качестве усилителя может быть использован, например, высокочастотный транзистор.In the first embodiment, the input of the amplifier through a resonant sensor is connected to the output of the amplifier so that the circuit becomes unstable and is able to generate oscillations. With this inclusion, a passive resonant sensor becomes active and, thus, simply reads the value of the measured parameter. The oscillator signal occurs at the output of the amplifier. As an amplifier, for example, a high-frequency transistor can be used.

Во втором варианте резонансный сенсор соединен с усилителем с внутренней обратной связью (и поэтому неустойчивым), на выходе которого появляется сигнал автогенератора. В этом случае автогенератор может быть образован с реактивными, рефлективными и трансмиссионными резонаторами.In the second embodiment, the resonant sensor is connected to an amplifier with internal feedback (and therefore unstable), at the output of which a signal of the oscillator appears. In this case, the oscillator can be formed with reactive, reflective and transmission resonators.

Недостатками прототипа являются принципиальная возможность возникновения автоколебаний на побочных резонансах; возможность появления дополнительной погрешности измерения, вследствие нестабильности фазовых характеристик.The disadvantages of the prototype are the fundamental possibility of self-oscillations at side resonances; the possibility of an additional measurement error due to the instability of the phase characteristics.

Описанная в прототипе схема требует подстройки параметров поскольку в ней не исключена принципиальная возможность возникновения автоколебаний на побочных резонансах; возможность появления дополнительной погрешности измерения, вследствие нестабильности фазовых характеристик частотного датчика и схемы.The circuit described in the prototype requires adjustment of parameters since it does not exclude the fundamental possibility of the occurrence of self-oscillations at side resonances; the possibility of additional measurement error due to the instability of the phase characteristics of the frequency sensor and circuit.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение погрешности преобразования измеряемого параметра в частоту выходного сигнала.The task to which the invention is directed is to reduce the error in converting the measured parameter into the frequency of the output signal.

Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в исключении возможности возбуждения автогенератора на частотах, отличающихся от частоты основного резонанса, а также стабилизации амплитуды напряжения сигнала возбуждения, повышение стабильности частоты в автогенераторе, улучшение согласования СВЧД с частотным датчиком и внешними устройствами.The technical result achieved in solving this problem is to exclude the possibility of excitation of the oscillator at frequencies other than the frequency of the main resonance, as well as stabilization of the voltage amplitude of the excitation signal, increasing the stability of the frequency in the oscillator, improving the coordination of the UHF with a frequency sensor and external devices.

Технический результат достигается тем, что в схеме возбуждения частотного датчика, содержащей усилитель, подключенный к частотному датчику, при этом резонансная частота автогенератора соответствует резонансной частоте датчика, согласно изобретению, усилитель выполнен в виде предварительного усилителя, к выходу которого подключен усилитель резонансной частоты, к выходу которого подключен усилитель-стабилизатор амплитуды сигнала, выход усилителя-стабилизатора подключен к входам первого и второго буферов.The technical result is achieved by the fact that in the excitation circuit of the frequency sensor containing the amplifier connected to the frequency sensor, the resonant frequency of the oscillator corresponds to the resonant frequency of the sensor, according to the invention, the amplifier is made in the form of a preliminary amplifier, the output of which is connected to the resonant frequency amplifier, to the output which is connected to the amplifier-stabilizer of the signal amplitude, the output of the amplifier-stabilizer is connected to the inputs of the first and second buffers.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата - исключение возможности возбуждения автогенератора на частотах, отличающихся от частоты основного резонанса, а также стабилизации амплитуды напряжения сигнала возбуждения, повышение стабильности частоты в автогенераторе, улучшение согласования СВЧД с частотным датчиком и внешними устройствами.The combination of essential features provides a technical result - eliminating the possibility of excitation of the oscillator at frequencies different from the frequency of the main resonance, as well as stabilization of the voltage amplitude of the excitation signal, increasing the frequency stability in the oscillator, improving the coordination of the UHF with a frequency sensor and external devices.

Это позволяет решить задачу снижения погрешности преобразования измеряемого параметра в частоту выходного сигнала.This allows us to solve the problem of reducing the conversion error of the measured parameter into the frequency of the output signal.

Предварительный усилитель может быть выполнен из первого операционного усилителя, первого резистора и первого конденсатора, при этом первый вывод первого конденсатора подключен к выходу частотного датчика, второй вывод первого конденсатора подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу первого резистора, второй вывод первого резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, неинвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к общей шине.The pre-amplifier can be made of the first operational amplifier, the first resistor and the first capacitor, while the first output of the first capacitor is connected to the output of the frequency sensor, the second output of the first capacitor is connected to the inverting input of the first operational amplifier and is simultaneously connected to the first output of the first resistor, the second output the first resistor is connected to the output of the first operational amplifier, the non-inverting input of the first operational amplifier is connected to a common bus.

Усилитель резонансной частоты, может быть выполнен содержащим второй операционный усилитель, второй и третий резисторы, второй и третий конденсаторы, четвертый резистор, при этом первый вывод второго резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, второй вывод второго резистора подключен к первому выводу третьего резистора и одновременно подключен к первому выводу второго конденсатора и первому выводу третьего конденсатора, второй вывод третьего резистора подключен к общей шине, второй вывод третьего конденсатора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу четвертого резистора, второй вывод второго конденсатора подключен ко второму выводу четвертого резистора и одновременно подключен к выходу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общей шине.The resonant frequency amplifier can be made comprising a second operational amplifier, a second and third resistors, a second and third capacitors, a fourth resistor, the first output of the second resistor connected to the output of the first operational amplifier, the second output of the second resistor connected to the first output of the third resistor and simultaneously connected to the first terminal of the second capacitor and the first terminal of the third capacitor, the second terminal of the third resistor is connected to a common bus, the second terminal of the third capacitor is connected to the inverting input of the second operational amplifier and simultaneously connected to the first terminal of the fourth resistor, the second terminal of the second capacitor is connected to the second terminal of the fourth resistor and is simultaneously connected to the output of the second operational amplifier, the non-inverting input of the second operational amplifier is connected to a common bus.

Усилитель-стабилизатор амплитуды сигнала может быть выполнен содержащим третий операционный усилитель, четвертый операционный усилитель, пятый, шестой седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый резисторы, четвертый и пятый конденсаторы, первый и второй диоды, первый и второй стабилитроны. При этом первый вывод пятого резистора подключен к выходу второго операционного усилителя, второй вывод пятого резистора подключен к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя, первый вывод шестого резистора подключен к общей шине, второй вывод шестого резистора подключен к первому выводу седьмого резистора и одновременно подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя и к первому выводу четвертого конденсатора. Второй вывод седьмого резистора подключен к выходу третьего операционного усилителя и одновременно подключен к аноду первого диода и катоду второго диода, второй вывод четвертого конденсатора подключен к первому выводу восьмого резистора, второй вывод восьмого резистора подключен к выходу четвертого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу девятого резистора, второй вывод девятого резистора подключен к инвертирующему входу четвертого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу десятого резистора, второй вывод десятого резистора подключен к общей шине, катод первого диода подключен к катоду первого стабилитрона, анод второго диода подключен к аноду второго стабилитрона. Анод первого стабилитрона подключен к катоду второго стабилитрона и одновременно подключен к первому выводу пятого конденсатора и первому выводу одиннадцатого резистора, второй вывод одиннадцатого резистора подключен ко второму выводу пятого конденсатора и одновременно подключен к первому выводу двенадцатого резистора и неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя, второй вывод двенадцатого резистора подключен к общей шине.The signal amplitude amplifier stabilizer may be made comprising a third operational amplifier, a fourth operational amplifier, a fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh and twelfth resistors, a fourth and fifth capacitors, a first and second diode, a first and a second zener diode. In this case, the first terminal of the fifth resistor is connected to the output of the second operational amplifier, the second terminal of the fifth resistor is connected to the non-inverting input of the third operational amplifier, the first terminal of the sixth resistor is connected to a common bus, the second terminal of the sixth resistor is connected to the first terminal of the seventh resistor and simultaneously connected to the inverting input the third operational amplifier and to the first output of the fourth capacitor. The second output of the seventh resistor is connected to the output of the third operational amplifier and is simultaneously connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode, the second output of the fourth capacitor is connected to the first output of the eighth resistor, the second output of the eighth resistor is connected to the output of the fourth operational amplifier and simultaneously connected to the first output of the ninth resistor, the second terminal of the ninth resistor is connected to the inverting input of the fourth operational amplifier and is simultaneously connected to the first terminal of the tenth resistor, the second terminal of the tenth resistor is connected to a common bus, the cathode of the first diode is connected to the cathode of the first zener diode, the anode of the second diode is connected to the anode of the second zener diode. The anode of the first zener diode is connected to the cathode of the second zener diode and is simultaneously connected to the first terminal of the fifth capacitor and the first terminal of the eleventh resistor, the second terminal of the eleventh resistor is connected to the second terminal of the fifth capacitor and simultaneously connected to the first terminal of the twelfth resistor and the non-inverting input of the fourth operational amplifier, the second terminal of the twelfth resistor connected to a common bus.

Первый буфер может быть выполнен содержащим пятый операционный усилитель, тринадцатый, четырнадцатый и пятнадцатый резисторы. При этом первый вывод тринадцатого резистора подключен к выходу третьего операционного усилителя, второй вывод тринадцатого резистора подключен к инвертирующему входу пятого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу четырнадцатого резистора, второй вывод четырнадцатого резистора подключен к выходу пятого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу пятнадцатого резистора, второй вывод пятнадцатого резистора, являющийся выходом первого буфера, подключен ко входу частотного датчика.The first buffer may be made comprising a fifth operational amplifier, thirteenth, fourteenth and fifteenth resistors. In this case, the first terminal of the thirteenth resistor is connected to the output of the third operational amplifier, the second terminal of the thirteenth resistor is connected to the inverting input of the fifth operational amplifier and simultaneously connected to the first terminal of the fourteenth resistor, the second terminal of the fourteenth resistor is connected to the output of the fifth operational amplifier and simultaneously connected to the first terminal of the fifteenth resistor, the second output of the fifteenth resistor, which is the output of the first buffer, is connected to the input of the frequency sensor.

Второй буфер может содержать шестой операционный усилитель, шестнадцатый и семнадцатый резисторы. Неинвертирующий вход шестого операционного усилителя подключен к выходу третьего операционного усилителя, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к первому выводу шестнадцатого резистора и одновременно подключен к первому выводу семнадцатого резистора, второй вывод шестнадцатого резистора подключен к общей шине, второй вывод семнадцатого резистора подключен к выходу шестого операционного усилителя, являющегося выходом схемы возбуждения частотного датчика.The second buffer may contain a sixth operational amplifier, sixteenth and seventeenth resistors. The non-inverting input of the sixth operational amplifier is connected to the output of the third operational amplifier, the inverting input of the operational amplifier is connected to the first terminal of the sixteenth resistor and simultaneously connected to the first terminal of the seventeenth resistor, the second terminal of the sixteenth resistor is connected to a common bus, the second terminal of the seventeenth resistor is connected to the output of the sixth operational amplifier , which is the output of the excitation circuit of the frequency sensor.

Совокупность перечисленных признаков обеспечивает получение технического результата - схема возбуждения обеспечивает работу частотного датчика, при которой частота выходного сигнала схемы равна собственной резонансной частоте частотного датчика и пропорциональна действующей измеряемой физической величине. Предлагаемая схема не требует подстройки параметров.The combination of the above features provides a technical result - the excitation circuit provides the frequency sensor, at which the frequency of the output signal of the circuit is equal to the natural resonant frequency of the frequency sensor and is proportional to the actual measured physical quantity. The proposed scheme does not require tuning parameters.

В предлагаемом решении введение усилителя резонансной частоты и усилителя-стабилизатора амплитуды сигнала, позволяет выполнять поставленную задачу снижения погрешности преобразования измеряемого параметра в частоту выходного сигнала, на решение которой направлено заявляемое изобретение.In the proposed solution, the introduction of a resonant frequency amplifier and an amplifier-stabilizer of the signal amplitude, allows you to perform the task of reducing the error of the conversion of the measured parameter into the frequency of the output signal, the solution of which the claimed invention is directed.

Краткое описание фигур чертежа На фиг. 1 представлена функциональная схема возбуждения частотного датчика (СВЧД). На фиг. 2 представлена принципиальная схема возбуждения частотного датчика.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a functional diagram of the excitation of a frequency sensor (UHF). In FIG. 2 is a schematic diagram of the excitation of a frequency sensor.

На функциональной схеме устройства, приведенной на фиг. 1, приведены частотный датчик 4 и СВЧД 7, которая содержит: предварительный усилитель 1, усилитель резонансной частоты 2, усилитель-стабилизитор 3, первый буфер 5, и второй буфер 6.In the functional diagram of the device shown in FIG. 1, a frequency sensor 4 and a microwave oven 7 are shown, which comprises: a preamplifier 1, a resonant frequency amplifier 2, a stabilizer amplifier 3, a first buffer 5, and a second buffer 6.

Как показано на фиг. 1, в схему возбуждения, содержащую усилитель 1, соединенный с частотным датчиком 4, которые образуют вместе автогенератор с частотой генерации, соответствующей резонансной частоте датчика 4, дополнительно введены: усилитель резонансной частоты 2 и усилитель-стабилизатор 3 амплитуды сигнала, два буфера 5 и 6. Буфер 5 обеспечивает формирование сигнала возбуждения частотного датчика 4. Буфер 6 формирует выходной сигнал на внешние устройства.As shown in FIG. 1, an excitation circuit containing an amplifier 1 connected to a frequency sensor 4, which together form a self-oscillator with a generation frequency corresponding to the resonant frequency of the sensor 4, additionally includes: a resonant frequency amplifier 2 and a signal amplitude stabilizer 3 amplifier, two buffers 5 and 6 The buffer 5 provides the formation of the excitation signal of the frequency sensor 4. The buffer 6 generates an output signal to external devices.

Выход частотного датчика 4 соединен с входом предварительного усилителя 1, выход предварительного усилителя 1 соединен с входом усилителя резонансной частоты 2, выход усилителя резонансной частоты 2 соединен с входом усилителя-стабилизатора 3, выход усилителя-стабилизатора 3 соединен с входом буфера 5, и одновременно соединен с входом буфера 6. Выход буфера 5 соединен с входом частотного датчика 4, выход буфера 6 является выходом СВЧД 7.The output of the frequency sensor 4 is connected to the input of the pre-amplifier 1, the output of the pre-amplifier 1 is connected to the input of the resonant frequency amplifier 2, the output of the resonant frequency amplifier 2 is connected to the input of the stabilizer 3, the output of the stabilizer 3 is connected to the input of the buffer 5, and simultaneously connected with the input of the buffer 6. The output of the buffer 5 is connected to the input of the frequency sensor 4, the output of the buffer 6 is the output of the microwave oven 7.

В данном варианте исполнения СВЧД 7 выполнена на дискретных элементах на базе операционных усилителей, при этом усилитель резонансной частоты 2 выполнен в виде полосового фильтра, а усилитель-стабилизатор 3 выполнен в виде усилителя с автоматической регулировкой усиления, как показано на фиг. 2.In this embodiment, the microwave oven 7 is made on discrete elements based on operational amplifiers, while the resonant frequency amplifier 2 is made in the form of a band-pass filter, and the stabilizer amplifier 3 is made in the form of an amplifier with automatic gain control, as shown in FIG. 2.

Введение усилителя резонансной частоты 2 исключает возможность возбуждения автогенератора на частотах, отличающихся от частоты основного резонанса частотного датчика 4. Таким образом, проявляется технический результат исключения возможности возбуждения автогенератра на частотах, отличающихся от частоты основного резонанса.The introduction of the resonant frequency amplifier 2 eliminates the possibility of excitation of the oscillator at frequencies different from the frequency of the main resonance of the frequency sensor 4. Thus, the technical result is the exclusion of the possibility of excitation of the oscillator at frequencies different from the frequency of the main resonance.

Введение усилителя-стабилизатора 3 обеспечивает необходимый коэффициент усиления СВЧД 7, для возникновения генерации в автогенераторе, и стабилизацию амплитуды напряжения сигнала возбуждения на выходе буфера 5 с целью повышения стабильности частоты автогенерации. Таким образом, проявляется технический результат стабилизации амплитуды напряжения сигнала возбуждения, повышения стабильности частоты в автогенераторе.The introduction of amplifier-stabilizer 3 provides the necessary gain UHF 7 for generation in the oscillator, and stabilization of the voltage amplitude of the excitation signal at the output of the buffer 5 in order to increase the stability of the frequency of oscillation. Thus, the technical result of stabilizing the amplitude of the voltage of the excitation signal, increasing the stability of the frequency in the oscillator is manifested.

Введение буфера 5 обеспечивает согласование выхода СВЧД 7 с входной цепью частотного датчика 4. Таким образом, проявляется технический результат улучшения согласования СВЧД 7 с частотным датчиком 4.The introduction of the buffer 5 ensures the coordination of the output of the microwave oven 7 with the input circuit of the frequency sensor 4. Thus, the technical result of improving the coordination of the microwave oven 7 with the frequency sensor 4 is manifested.

Введение буфера 6 обеспечивает нормирование сигнала на выходе F по амплитуде и фронтам (обеспечение значения амплитуды и фронтов, необходимые для внешних устройств), и обеспечивает согласование выхода схемы с внешними устройствами.The introduction of buffer 6 provides the normalization of the signal at the output F in terms of amplitude and edges (providing the value of the amplitude and edges necessary for external devices), and ensures coordination of the output of the circuit with external devices.

Таким образом, проявляется технический результат улучшения согласования схемы с внешними устройствами.Thus, the technical result of improving the coordination of the circuit with external devices is manifested.

Схема возбуждения частотного датчика 4 работает следующим образом.The excitation circuit of the frequency sensor 4 operates as follows.

При включении питания СВЧД 7 сигнал с выхода частотного датчика 4 резонансного типа поступает на вход предварительного усилителя 1, который осуществляет прием, первичное усиление сигнала и согласование выходной цепи частотного датчика 4 с СВЧД 7.When power is supplied to the microwave oven 7, the signal from the output of the resonant-type frequency sensor 4 is fed to the input of the pre-amplifier 1, which receives, primary amplifies the signal and matches the output circuit of the frequency sensor 4 with the microwave oven 7.

Как показано на фиг. 2, предварительный усилитель 1 выполнен на первом операционном усилителе (ОУ) 10, первом резисторе 9 и первом конденсаторе 8. При этом, первый вывод первого конденсатора 8 подключен к выходу частотного датчика 4, второй вывод первого конденсатора 8 подключен к инвертирующему входу первого ОУ 10 и одновременно подключен к первому выводу первого резистора 9, второй вывод первого резистора 9 подключен к выходу первого ОУ 10. Неинвертирующий вход первого ОУ 10 подключен к общей шине 40. Для обеспечения более высокого отношения сигнал-шум предварительный усилитель 1 выполнен в виде преобразователя ток-напряжение. Разделительная емкость 8 устраняет постоянную составляющую сигнала на входе предварительного усилителя 1.As shown in FIG. 2, the pre-amplifier 1 is made on the first operational amplifier (op-amp) 10, the first resistor 9 and the first capacitor 8. In this case, the first output of the first capacitor 8 is connected to the output of the frequency sensor 4, the second output of the first capacitor 8 is connected to the inverting input of the first op-amp 10 and simultaneously connected to the first output of the first resistor 9, the second output of the first resistor 9 is connected to the output of the first op-amp 10. The non-inverting input of the first op-amp 10 is connected to a common bus 40. To provide a higher signal-to-noise ratio, the preliminary amplifier 1 is made in the form of a current- voltage. The separation capacitance 8 eliminates the constant component of the signal at the input of the pre-amplifier 1.

С выхода предварительного усилителя 1 усиленный сигнал поступает на усилитель резонансной частоты 2.From the output of the pre-amplifier 1, the amplified signal is fed to the amplifier of the resonant frequency 2.

Усилитель резонансной частоты 2 построен по классической схеме активного полосового фильтра с многопетлевой обратной связью. Данная схема фильтра 2 не склонна к самовозбуждению на резонансной частоте фильтра. Усилитель резонансной частоты 2 выполнен на втором ОУ 16, втором резисторе 11, третьем резисторе 13, четвертом резисторе 15, втором конденсаторе 12 и третьем конденсаторе 14. При этом, первый вывод второго резистора 11 подключен к выходу первого ОУ 10 и одновременно подключен ко второму выводу первого резистора 9, второй вывод второго резистора 11 подключен к первому выводу третьего резистора 13, первому выводу второго конденсатора 12, первому выводу третьего конденсатора 14. Второй вывод третьего резистора 13 подключен к общей шине 40, второй вывод второго конденсатора 12 подключен ко второму выводу четвертого резистора 15 и одновременно подключен к выходу второго ОУ 16. Второй вывод третьего конденсатора 14 подключен к инвертирующему входу второго ОУ 16 и одновременно подключен к первому выводу четвертого резистора 15, неинвертирующий вход второго ОУ 16 подключен к общей шине 40.The resonant frequency amplifier 2 is built according to the classical scheme of an active bandpass filter with multi-loop feedback. This filter circuit 2 is not prone to self-excitation at the resonant frequency of the filter. The resonant frequency amplifier 2 is made on the second op-amp 16, the second resistor 11, the third resistor 13, the fourth resistor 15, the second capacitor 12 and the third capacitor 14. In this case, the first output of the second resistor 11 is connected to the output of the first op-amp 10 and simultaneously connected to the second output the first resistor 9, the second terminal of the second resistor 11 is connected to the first terminal of the third resistor 13, the first terminal of the second capacitor 12, the first terminal of the third capacitor 14. The second terminal of the third resistor 13 is connected to a common bus 40, the second terminal of the second capacitor 12 is connected to the second terminal of the fourth resistor 15 and is simultaneously connected to the output of the second op-amp 16. The second output of the third capacitor 14 is connected to the inverting input of the second op-amp 16 and is simultaneously connected to the first output of the fourth resistor 15, the non-inverting input of the second op-amp 16 is connected to the common bus 40.

Наличие усилителя резонансной частоты 2 в схеме исключает возможность возбуждения автогенератора на частотах, отличающихся от частоты основного резонанса частотного датчика 4. Это повышает стабильность частоты в автогенераторе, что является техническим результатом изобретения, который позволяет решить задачу снижения погрешности преобразования измеряемого параметра в частоту выходного сигнала.The presence of a resonant frequency amplifier 2 in the circuit eliminates the possibility of excitation of the oscillator at frequencies different from the frequency of the main resonance of the frequency sensor 4. This increases the stability of the frequency in the oscillator, which is a technical result of the invention, which allows to solve the problem of reducing the error of conversion of the measured parameter into the frequency of the output signal.

Полосу пропускания усилителя резонансной частоты 2 выбирают на основе диапазона рабочих частот частотного датчика 4. Чтобы фазовая характеристика усилителя резонансной частоты 2 не сильно искажала фазовую характеристику контура автогенератора, добротность усилителя резонансной частоты 2 выбирается значительно ниже добротности частотного датчика 4.The passband of the resonant frequency amplifier 2 is selected based on the operating frequency range of the frequency sensor 4. So that the phase characteristic of the resonant frequency amplifier 2 does not significantly distort the phase response of the oscillator, the quality factor of the resonant frequency amplifier 2 is chosen significantly lower than the quality factor of the frequency sensor 4.

Предварительный усилитель 1 и усилитель резонансной частоты 2 имеют фиксированные коэффициенты усиления и выбираются такими, чтобы сигнал на выходе усилителя резонансной частоты 2 не выходил за диапазон используемого напряжения питания.The preamplifier 1 and the resonant frequency amplifier 2 have fixed amplification factors and are selected so that the signal at the output of the resonant frequency amplifier 2 does not go beyond the range of the used supply voltage.

С выхода усилителя резонансной частоты 2 синусоидальный сигнал поступает на усилитель-стабилизатор 3. Усилитель-стабилизатор 3 выполнен в виде усилительного каскада с автоматической регулировкой усиления (АРУ). Усилитель-стабилизатор 3 выполняет функцию регулировки усиления со стабилизацией амплитуды своего выходного сигнала и функцию фазовой автоматической подстройки в автогенераторе. В данном исполнении усилитель-стабилизатор 3 имеет малую задержку регулирования. Наличие схемы автоматической регулировки усиления в автогенераторе повышает стабильность частоты, при этом автоматическая фазовая подстройка снижает частотную нестабильность автогенератора. Это позволяет решить задачу снижения погрешности преобразования измеряемого параметра в частоту выходного сигнала.From the output of the resonant frequency amplifier 2, a sinusoidal signal is supplied to the amplifier-stabilizer 3. The amplifier-stabilizer 3 is made in the form of an amplifier stage with automatic gain control (AGC). Amplifier-stabilizer 3 performs the function of adjusting the gain with stabilization of the amplitude of its output signal and the function of phase automatic adjustment in the oscillator. In this design, the amplifier-stabilizer 3 has a low regulation delay. The presence of the automatic gain control circuit in the oscillator increases the frequency stability, while the automatic phase adjustment reduces the frequency instability of the oscillator. This allows us to solve the problem of reducing the conversion error of the measured parameter into the frequency of the output signal.

Усилитель-стабилизатор 3 выполнен на третьем ОУ 21 и четвертом ОУ 23, на пятом резисторе 18, на шестом резисторе 17, седьмом резисторе 22, восьмом резисторе 20, девятом резисторе 24, десятом резисторе 31, одиннадцатом резисторе 34 и двенадцатом резисторе 35, на четвертом конденсаторе 19 и пятом конденсаторе 30, на первом диоде 28 и втором диоде 32, на первом стабилитроне 29 и втором стабилитроне 33. При этом первый вывод пятого резистора 18 подключен к выходу второго ОУ 16, второй вывод пятого резистора 18 подключен к неинвертирующему входу третьего ОУ 21. Второй вывод шестого резистора 17 подключен к инвертирующему входу третьего ОУ 21 и одновременно подключен к первому выводу седьмого резистора 22 и к первому выводу четвертого конденсатора 19. Первый вывод шестого резистора 17 подключен к общей шине 40. Второй вывод седьмого резистора 22 подключен к выходу третьего ОУ 21 и к неинвертирующему входу шестого ОУ25. Выход третьего ОУ 21 одновременно подключен к аноду первого диода 28 и катоду второго диода 32. Катод первого диода 28 подключен к катоду первого стабилитрона 29. Анод второго диода 32 подключен к аноду второго стабилитрона 33. Анод первого стабилитрона 29 подключен к первому выводу пятого конденсатора 30 и одновременно подключен к первому выводу одиннадцатого резистора 34 и катоду второго стабилитрона 33. Второй вывод пятого конденсатора 30 подключен к неинвертирующему входу четвертого ОУ 23 и одновременно подключен ко второму выводу одиннадцатого резистора 34 и к первому выводу двенадцатого резистора 35. Второй вывод двенадцатого резистора 35 подключен к общей шине 40. Инвертирующий вход четвертого ОУ 23 подключен ко второму выводу девятого резистора 24 и одновременно подключен к первому выводу десятого резистора 31. Первый вывод десятого резистора 31 подключен к общей шине 40. Первый вывод девятого резистора 24 подключен к выходу четвертого ОУ 23 и одновременно подключен ко второму выводу восьмого резистора 20. Первый вывод восьмого резистора 20 подключен ко второму выводу четвертого конденсатора 19.The amplifier-stabilizer 3 is made on the third op-amp 21 and the fourth op-amp 23, on the fifth resistor 18, on the sixth resistor 17, the seventh resistor 22, the eighth resistor 20, the ninth resistor 24, the tenth resistor 31, the eleventh resistor 34 and the twelfth resistor 35, on the fourth the capacitor 19 and the fifth capacitor 30, on the first diode 28 and the second diode 32, on the first zener diode 29 and the second zener diode 33. The first output of the fifth resistor 18 is connected to the output of the second op-amp 16, the second output of the fifth resistor 18 is connected to the non-inverting input of the third op-amp 21. The second terminal of the sixth resistor 17 is connected to the inverting input of the third op-amp 21 and is simultaneously connected to the first terminal of the seventh resistor 22 and to the first terminal of the fourth capacitor 19. The first terminal of the sixth resistor 17 is connected to a common bus 40. The second terminal of the seventh resistor 22 is connected to the output third OA 21 and to the non-inverting input of the sixth OU25. The output of the third op-amp 21 is simultaneously connected to the anode of the first diode 28 and the cathode of the second diode 32. The cathode of the first diode 28 is connected to the cathode of the first zener diode 29. The anode of the second diode 32 is connected to the anode of the second zener diode 33. The anode of the first zener diode 29 is connected to the first output of the fifth capacitor 30 and simultaneously connected to the first terminal of the eleventh resistor 34 and the cathode of the second zener diode 33. The second terminal of the fifth capacitor 30 is connected to the non-inverting input of the fourth op-amp 23 and is simultaneously connected to the second terminal of the eleventh resistor 34 and to the first terminal of the twelfth resistor 35. The second terminal of the twelfth resistor 35 is connected to the common bus 40. The inverting input of the fourth op-amp 23 is connected to the second output of the ninth resistor 24 and is simultaneously connected to the first output of the tenth resistor 31. The first output of the tenth resistor 31 is connected to the common bus 40. The first output of the ninth resistor 24 is connected to the output of the fourth op-amp 23 and simultaneously connected to the second the output of the eighth resistor 20. The first output of the eighth resistor 20 is connected to the second output of the fourth capacitor 19.

В усилителе-стабилизаторе 3 входной синусоидальный сигнал поступает на неинвертирующий вход третьего ОУ21. С выхода третьего ОУ 21 усиленный сигнал поступает на источник опорного напряжения 41 положительной полуволны и источник опорного напряжения 42 отрицательной полуволны.In the amplifier-stabilizer 3, the input sinusoidal signal is fed to the non-inverting input of the third OA21. From the output of the third op-amp 21, the amplified signal is supplied to the reference voltage source 41 of the positive half-wave and the reference voltage source 42 of the negative half-wave.

Источник опорного напряжения 41 выполнен на первом диоде 28 и первом стабилитроне 29. Источник опорного напряжения 42 выполнен на втором диоде 32 и втором стабилитроне 33.The reference voltage source 41 is made on the first diode 28 and the first zener diode 29. The reference voltage source 42 is made on the second diode 32 and the second zener diode 33.

При низком уровне входного сигнала, когда усиленный сигнал на выходе третьего ОУ21 не превышает опорного напряжения, сигнал ошибки на выходах источников опорных напряжений 41 и 42 отсутствует. При этом сигнал на выходе усилителя сигнала ошибки четвертого ОУ23 равен нулю. В этом случае устанавливается максимальный коэффициент усиления третьего ОУ 21, который выше номинального и который определяется делителем, образованным седьмым резистором 22 и параллельным соединением шестого резистора 17 и цепочки из разделительного четвертого конденсатора 19 и ограничительного восьмого резистора 20. Номинал четвертого конденсатора 19 выбирают таким образом, чтобы на рабочих частотах емкостное сопротивление четвертого конденсатора 19 было значительно ниже сопротивления ограничительного восьмого резистора 20.When the input signal is low, when the amplified signal at the output of the third OS 21 does not exceed the reference voltage, there is no error signal at the outputs of the reference voltage sources 41 and 42. In this case, the signal at the output of the amplifier of the error signal of the fourth OU23 is equal to zero. In this case, the maximum gain of the third op-amp 21 is set, which is higher than the nominal one and which is determined by the divider formed by the seventh resistor 22 and the parallel connection of the sixth resistor 17 and the chain of the dividing fourth capacitor 19 and the limiting eighth resistor 20. The value of the fourth capacitor 19 is chosen in such a way so that at operating frequencies, the capacitance of the fourth capacitor 19 is significantly lower than the resistance of the limiting eighth resistor 20.

При низком уровне входного сигнала коэффициент усиления третьего ОУ 21 увеличивается и на его выходе уровень сигнала возрастает и начинает превышать значение опорного напряжения на источниках опорного напряжения 41 и 42. На выходе источников опорного напряжения 41 и 42 появляется сигнал ошибки. Сигнал ошибки поступает на делитель сигнала ошибки, выполненного на одиннадцатом резисторе 34 и двенадцатом резисторе 35. С делителя на одиннадцатом резисторе 34 и двенадцатом резисторе 35 сигнал поступает на неинвертирующий вход усилителя сигнала ошибки четвертого ОУ23. Коэффициент усиления четвертого ОУ23 задается резистивным делителем на девятом резисторе 24 и десятом резисторе 31. Так как в цепи сигнала ошибки отсутствует интегратор, то сигнал ошибки непосредственно, без задержки, поступает на третий ОУ21, в результате чего практически отсутствует задержка регулирования.At a low level of the input signal, the gain of the third op-amp 21 increases and at its output the signal level increases and begins to exceed the value of the reference voltage at the sources of the reference voltage 41 and 42. An error signal appears at the output of the sources of the reference voltage 41 and 42. The error signal is fed to the divider of the error signal executed on the eleventh resistor 34 and the twelfth resistor 35. From the divider on the eleventh resistor 34 and the twelfth resistor 35, the signal is fed to the non-inverting input of the error signal amplifier of the fourth OA23. The gain of the fourth ОУ23 is set by the resistive divider on the ninth resistor 24 and the tenth resistor 31. Since there is no integrator in the error signal circuit, the error signal is directly, without delay, fed to the third ОУ21, as a result of which there is practically no control delay.

Номинальные коэффициенты усиления, задаваемые делителями на шестом резисторе 17, седьмом резисторе 22 и девятом резисторе 24, десятом резисторе 31 не должны превышать максимально допустимых для третьего ОУ21 и четвертого ОУ23 на рабочей частоте. Усиленный сигнал ошибки с выхода четвертого ОУ23 поступает через ограничительный восьмой резистор 20 и разделительный четвертый конденсатор 19 на инвертирующий вход третьего ОУ21. Выход усилителя на третьем ОУ21 одновременно является выходом усилителя-стабилизатора 3. Регулирование амплитуды выходного сигнала осуществляется посредством отрицательной обратной связи через источники опорных напряжений 41 и 42 и усилитель на четвертом ОУ 23 сигнала ошибки. Результатом регулирования является стабилизация амплитуды выходного сигнала на уровне, определяемом источниками опорного напряжения 41 и 42. Стабилизация амплитуды напряжения сигнала является техническим результатом изобретения.The nominal amplification factors specified by the dividers on the sixth resistor 17, the seventh resistor 22 and the ninth resistor 24, the tenth resistor 31 should not exceed the maximum allowable for the third OS21 and fourth OS23 at the operating frequency. The amplified error signal from the output of the fourth OA23 enters through the limiting eighth resistor 20 and the isolation fourth capacitor 19 to the inverting input of the third OA21. The output of the amplifier on the third OA21 is simultaneously the output of the amplifier-stabilizer 3. The amplitude of the output signal is controlled by negative feedback through the reference voltage sources 41 and 42 and the amplifier on the fourth OA 23 of the error signal. The result of regulation is the stabilization of the amplitude of the output signal at a level determined by the sources of the reference voltage 41 and 42. Stabilization of the amplitude of the voltage signal is a technical result of the invention.

Усилитель-стабилизатор 3 также обеспечивает стабилизацию амплитуды напряжения сигнала возбуждения на выходе буфера 5, что повышает стабильность частоты автогенерации и, как следствие, позволяет решить задачу снижения погрешности преобразования измеряемого физического параметра в частоту.The amplifier-stabilizer 3 also provides stabilization of the amplitude of the voltage of the excitation signal at the output of the buffer 5, which increases the stability of the frequency of self-generation and, as a result, allows us to solve the problem of reducing the error of conversion of the measured physical parameter into frequency.

Схема усилителя-стабилизатора 3, выполненная в виде усилителя с АРУ, малые входные сигналы усиливает с большим коэффициентом усиления, а большие входные сигналы усиливает со значительно меньшим коэффициентом усиления. Регулировка усиления осуществляется по сигналу ошибки, поступающему от цепи, содержащей источники опорного напряжения 41 и 42.The amplifier-stabilizer circuit 3, made in the form of an amplifier with AGC, amplifies small input signals with a large gain, and amplifies large input signals with a much lower gain. The gain is adjusted by an error signal from a circuit containing reference voltage sources 41 and 42.

Усилительный каскад на третьем ОУ21 с регулируемым коэффициентом усиления построен на базе операционного усилителя в неинвертирующем включении. В данной схеме регулировка коэффициента усиления каскада осуществляется за счет модуляции сигнала на резистивном делителе 17-22 при помощи усиленного сигнала ошибки. Усиленный сигнал ошибки изменяет проводимость резистивного звена 17 - 22, определяющего коэффициент усиления третьего ОУ 21. В результате коэффициент усиления изменяется в заданных пределах от Кmin до Кmax, которые определяются номиналами шестого резистора 17, седьмого резистора 22, восьмого резистора 20 в цепи обратной связи третьего ОУ 21.The amplifier stage at the third OU21 with an adjustable gain is built on the basis of an operational amplifier in a non-inverting inclusion. In this scheme, the cascade gain is adjusted by modulating the signal on the resistive divider 17-22 using the amplified error signal. The amplified error signal changes the conductivity of the resistive link 17 - 22, which determines the gain of the third op-amp 21. As a result, the gain varies within specified limits from K min to K max , which are determined by the values of the sixth resistor 17, seventh resistor 22, eighth resistor 20 in the feedback circuit communication of the third op-amp 21.

Регулировка фазы выходного сигнала происходит при превышении коэффициента усиления усилителя третьего ОУ21 номинального значения для рабочей частоты синусоидального сигнала, при котором фазовая характеристика данного ОУ нелинейная. В автогенераторе нелинейность фазовой характеристики усилителя-стабилизатора 3, выполненного в виде усилителя с АРУ, обуславливает некоторую фазовую автоподстройку сигнала возбуждения с приближением частоты колебаний к резонансной частоте автогенератора. Это приводит к повышению стабильности частоты в автогенераторе, что является техническим результатом изобретения.The phase of the output signal is adjusted when the gain of the amplifier of the third OA21 exceeds the nominal value for the operating frequency of the sinusoidal signal, at which the phase characteristic of this OA is nonlinear. In the oscillator, the nonlinearity of the phase characteristic of the amplifier-stabilizer 3, made in the form of an amplifier with AGC, causes some phase-locked loop of the excitation signal as the oscillation frequency approaches the resonant frequency of the oscillator. This leads to increased frequency stability in the oscillator, which is a technical result of the invention.

С выхода усилителя-стабилизатора 3 сигнал поступает на буфер 5 (фиг. 1. Буфер 5 формирует сигнал возбуждения и обеспечивает согласование выхода СВЧД 7 с входной цепью частотного датчика 4. Буфер 5 обеспечивает требуемое значение амплитуды сигнала возбуждения частотного датчика 4. С выхода буфера 5 сигнал возбуждения поступает на частотный датчик 4, замыкая контур автогенератора.From the output of the amplifier-stabilizer 3, the signal enters the buffer 5 (Fig. 1. The buffer 5 generates an excitation signal and ensures coordination of the output of the microwave oven 7 with the input circuit of the frequency sensor 4. Buffer 5 provides the required value of the amplitude of the excitation signal of the frequency sensor 4. From the output of the buffer 5 the excitation signal is supplied to the frequency sensor 4, closing the loop of the oscillator.

Буфер 5 выполнен в виде усилительного каскада на пятом ОУ 38 в инвертирующем включении с балластным пятнадцатым резистором 39 на выходе. Коэффициент усиления каскада на пятом ОУ 38 определяет делитель на тринадцатом резисторе 36 и четырнадцатом резисторе 37.The buffer 5 is made in the form of an amplifier stage at the fifth op-amp 38 in an inverting switch with a fifteen ballast resistor 39 at the output. The gain of the cascade on the fifth op-amp 38 is determined by the divider on the thirteenth resistor 36 and the fourteenth resistor 37.

При этом первый вывод тринадцатого резистора 36 подключен к выходу третьего ОУ 21, второй вывод тринадцатого резистора 36 подключен к инвертирующему входу пятого ОУ 38 и одновременно подключен к первому выводу четырнадцатого резистора 37. Второй вывод четырнадцатого резистора 37 подключен к выходу пятого ОУ 38 и одновременно подключен к первому выводу пятнадцатого резистора 39, второй вывод пятнадцатого резистора 39 подключен ко входу частотного датчика 4. Неинвертирующий вход пятого ОУ 38 подключен к общей шине 40.The first output of the thirteenth resistor 36 is connected to the output of the third op-amp 21, the second output of the thirteenth resistor 36 is connected to the inverting input of the fifth op-amp 38 and is simultaneously connected to the first output of the fourteenth resistor 37. The second output of the fourteenth resistor 37 is connected to the output of the fifth op-amp 38 and simultaneously connected to the first terminal of the fifteenth resistor 39, the second terminal of the fifteenth resistor 39 is connected to the input of the frequency sensor 4. The non-inverting input of the fifth op-amp 38 is connected to a common bus 40.

Условие баланса амплитуд автогенератора обеспечивается выбранными коэффициентами усиления предварительного усилителя 1, усилителя резонансной частоты 2 и автоматической регулировкой усиления усилителя-стабилизатора 3, с учетом понижающего коэффициента передачи частотного датчика 4.The condition of the amplitude balance of the oscillator is provided by the selected amplification factors of the pre-amplifier 1, the resonant frequency amplifier 2 and the automatic gain control of the stabilizer amplifier 3, taking into account the reduction coefficient of the frequency sensor 4.

Условие баланса фаз автогенератора обеспечивается фиксированными фазовыми сдвигами предварительного усилителя 1, усилителя резонансной частоты 2, фазовым сдвигом частотного датчика 4 на резонансной частоте и автоматической фазовой подстройкой усилителя-стабилизатора 3. Частота автогенерации определяется собственной резонансной частотой частотного датчика 4, которая изменяется в определенном диапазоне при изменении измеряемой датчиком 4 физической величины.The condition of the phase balance of the oscillator is provided by the fixed phase shifts of the pre-amplifier 1, the resonant frequency amplifier 2, the phase shift of the frequency sensor 4 at the resonant frequency and the automatic phase adjustment of the stabilizer 3. The self-generation frequency is determined by the natural resonant frequency of the frequency sensor 4, which varies in a certain range when a change in the physical quantity measured by the sensor 4.

Наличие в СВЧД 7 предварительного усилителя 1, усилителя резонансной частоты 2, усилителя-стабилизатора 3, буфера 5 в совокупности обеспечивает повышенную стабильность частоты в автогенераторе. Для передачи сигнала во внешние устройства, с целью обработки значения частоты автогенерации, схема содержит буфер 6.The presence of a preliminary amplifier 1, a resonant frequency amplifier 2, a stabilizer amplifier 3, buffer 5 in the microwave oven 7 together provides increased frequency stability in the oscillator. To transmit a signal to external devices, in order to process the value of the frequency of auto-generation, the circuit contains a buffer 6.

Буфер 6 выполнен в виде усилительного каскада на шестом ОУ 25 в неинвертирующем включении. Коэффициент усиления каскада на шестом ОУ 25 определяет делитель на семнадцатом резисторе 26 и шестнадцатом резисторе 27. При этом неинвертирующий вход шестого ОУ 25 подключен к выходу третьего ОУ 21, инвертирующий вход шестого ОУ 25 подключен к первому выводу шестнадцатого резистора 27 и первому выводу семнадцатого резистора 26, второй вывод шестнадцатого резистора 27 подключен к общей шине 40, второй вывод семнадцатого резистора 26 подключен к выходу шестого ОУ 25.The buffer 6 is made in the form of an amplifier stage at the sixth op-amp 25 in a non-inverting inclusion. The gain of the cascade at the sixth op-amp 25 is determined by the divider on the seventeenth resistor 26 and the sixteenth resistor 27. In this case, the non-inverting input of the sixth op-amp 25 is connected to the output of the third op-amp 21, the inverting input of the sixth op-amp 25 is connected to the first output of the sixteenth resistor 27 and the first output of the seventeenth resistor 26 , the second terminal of the sixteenth resistor 27 is connected to a common bus 40, the second terminal of the seventeenth resistor 26 is connected to the output of the sixth op-amp 25.

Буфер 6 формирует выходной частотный сигнал, осуществляет нормирование выходного сигнала по амплитуде и фронтам, и обеспечивает согласование выхода СВЧД 7 с внешними устройствами, что является техническим результатом изобретения. Это позволяет решить задачу снижения погрешности преобразования измеряемого параметра в частоту выходного сигнала.The buffer 6 generates an output frequency signal, normalizes the output signal by amplitude and edges, and ensures coordination of the output of the microwave oven with external devices, which is a technical result of the invention. This allows us to solve the problem of reducing the conversion error of the measured parameter into the frequency of the output signal.

В представленном варианте исполнения (фиг. 1 и фиг. 2) СВЧД 7 выполнена на дискретных элементах на базе операционных усилителей. При этом усилитель-стабилизатор 3 выполнен в виде усилителя с автоматической регулировкой амплитуды. Автоматически регулируемый коэффициент усиления в СВЧД 7 обеспечивает мягкий запуск в режим автогенерации и автоматическую фазовую автоподстройку (в нешироком диапазоне). Автоматическая регулировка коэффициента усиления позволяет автогенератору работать при изменениях значения коэффициента передачи частотного датчика 4. Фазовая автоподстройка компенсирует небольшие отклонения фазового сдвига частотного датчика 4 на резонансной частоте от своего номинального значения. Это обеспечивает устойчивую работу автогенератора на резонансной частоте частотного датчика 4 при воздействии дестабилизирующих факторов.In the presented embodiment (Fig. 1 and Fig. 2), the microwave oven 7 is made on discrete elements based on operational amplifiers. When this amplifier-stabilizer 3 is made in the form of an amplifier with automatic amplitude control. Automatically adjustable gain in UHF 7 provides a soft start to auto-generation mode and automatic phase-locked loop (in a narrow range). Automatic adjustment of the gain allows the oscillator to work with changes in the transmission coefficient of the frequency sensor 4. Phase-locked loop compensates for small deviations of the phase shift of the frequency sensor 4 at the resonant frequency from its nominal value. This ensures the stable operation of the oscillator at the resonant frequency of the frequency sensor 4 when exposed to destabilizing factors.

Таким образом, данная схема СВЧД имеет преимущества по сравнению с прототипом. Изобретение может быть использовано для повышения стабильности частоты в автогенераторе, снижения погрешности преобразования, улучшения согласования схемы с частотным датчиком. Это повышает технические характеристики и эксплуатационную надежность автогенераторов с частотозадающим резонатором. Схема не требует подстройки параметров.Thus, this UHF circuit has advantages over the prototype. The invention can be used to increase frequency stability in the oscillator, reduce the conversion error, improve the coordination of the circuit with the frequency sensor. This increases the technical characteristics and operational reliability of oscillators with a frequency-setting resonator. The circuit does not require adjustment of parameters.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Рассмотренный вариант выполнения изобретения может быть реализован на существующей в настоящее время дискретной элементной базе. Это показывает его работоспособность и подтверждает промышленную применимость. Были проведены испытания схемы возбуждения частотного датчика, результаты которых подтвердили получение технического результата и решение поставленной задачи.The considered embodiment of the invention can be implemented on the currently existing discrete element base. This shows its performance and confirms industrial applicability. We tested the frequency sensor excitation circuit, the results of which confirmed the receipt of a technical result and the solution of the problem.

Наиболее эффективно выглядит использование предложенной схемы СВЧД в приборах автоматики, авиационной, космической и ракетостроительной промышленности. А также там, где в генераторах на частотозадающем резонаторе предъявляются повышенные требования по частоте, где к приборам предъявляются повышенные климатические и механические требования.The most effective is the use of the proposed UHF circuit in automation devices, aviation, space and rocket industry. And also where there are high frequency requirements in the generators on the frequency-setting resonator, where high climatic and mechanical requirements are presented to the devices.

Claims (6)

1. Схема возбуждения частотного датчика, содержащая автогенератор, усилитель, подключенный к частотному датчику, при этом резонансная частота автогенератора соответствует резонансной частоте датчика, отличающаяся тем, что усилитель выполнен в виде предварительного усилителя, к выходу которого подключен усилитель резонансной частоты, к выходу которого подключен усилитель-стабилизатор амплитуды сигнала, выход усилителя-стабилизатора подключен к входам первого и второго буферов.1. The excitation circuit of the frequency sensor containing an oscillator, an amplifier connected to a frequency sensor, while the resonant frequency of the oscillator corresponds to the resonant frequency of the sensor, characterized in that the amplifier is made in the form of a preliminary amplifier, the output of which is connected to a resonant frequency amplifier, the output of which is connected amplifier-stabilizer of the signal amplitude, the output of the amplifier-stabilizer is connected to the inputs of the first and second buffers. 2. Схема возбуждения частотного датчика по п. 1, отличающаяся тем, что предварительный усилитель выполнен из первого операционного усилителя, первого резистора и первого конденсатора, при этом первый вывод первого конденсатора подключен к выходу частотного датчика, второй вывод первого конденсатора подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу первого резистора, второй вывод первого резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, неинвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к общей шине.2. The frequency sensor drive circuit according to claim 1, characterized in that the pre-amplifier is made of a first operational amplifier, a first resistor and a first capacitor, wherein the first output of the first capacitor is connected to the output of the frequency sensor, the second output of the first capacitor is connected to the inverting input of the first operational amplifier and simultaneously connected to the first output of the first resistor, the second output of the first resistor is connected to the output of the first operational amplifier, the non-inverting input of the first operational amplifier is connected to a common bus. 3. Схема возбуждения частотного датчика по п. 1, отличающаяся тем, что усилитель резонансной частоты, содержащий второй операционный усилитель, второй и третий резисторы, второй и третий конденсаторы, четвертый резистор, при этом первый вывод второго резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, второй вывод второго резистора подключен к первому выводу третьего резистора и одновременно подключен к первому выводу второго конденсатора и первому выводу третьего конденсатора, второй вывод третьего резистора подключен к общей шине, второй вывод третьего конденсатора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу четвертого резистора, второй вывод второго конденсатора подключен ко второму выводу четвертого резистора и одновременно подключен к выходу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общей шине.3. The excitation circuit of the frequency sensor according to claim 1, characterized in that the resonant frequency amplifier containing a second operational amplifier, a second and third resistors, a second and third capacitors, a fourth resistor, wherein the first output of the second resistor is connected to the output of the first operational amplifier, the second terminal of the second resistor is connected to the first terminal of the third resistor and simultaneously connected to the first terminal of the second capacitor and the first terminal of the third capacitor, the second terminal of the third resistor is connected to a common bus, the second terminal of the third capacitor is connected to the inverting input of the second operational amplifier and is simultaneously connected to the first terminal the fourth resistor, the second terminal of the second capacitor is connected to the second terminal of the fourth resistor and is simultaneously connected to the output of the second operational amplifier, the non-inverting input of the second operational amplifier is connected to a common bus. 4. Схема возбуждения частотного датчика по п. 1, отличающаяся тем, что усилитель-стабилизатор амплитуды сигнала, содержащий третий операционный усилитель, четвертый операционный усилитель, пятый, шестой седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый резисторы, четвертый и пятый конденсаторы, первый и второй диоды, первый и второй стабилитроны, при этом первый вывод пятого резистора подключен к выходу второго операционного усилителя, второй вывод пятого резистора подключен к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя, первый вывод шестого резистора подключен к общей шине, второй вывод шестого резистора подключен к первому выводу седьмого резистора и одновременно подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя и к первому выводу четвертого конденсатора, второй вывод седьмого резистора подключен к выходу операционного усилителя и одновременно подключен к аноду первого диода и катоду второго диода, второй вывод четвертого конденсатора подключен к первому выводу восьмого резистора, второй вывод восьмого резистора подключен к выходу четвертого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу девятого резистора, второй вывод девятого резистора подключен к инвертирующему входу четвертого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу десятого резистора, второй вывод десятого резистора подключен к общей шине, катод первого диода подключен к катоду первого стабилитрона, анод второго диода подключен к аноду второго стабилитрона, анод первого стабилитрона подключен к катоду второго стабилитрона и одновременно подключен к первому выводу пятого конденсатора и первому выводу одиннадцатого резистора, второй вывод одиннадцатого резистора подключен ко второму выводу пятого конденсатора и одновременно подключен к первому выводу двенадцатого резистора и неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя, второй вывод двенадцатого резистора подключен к общей шине.4. The excitation circuit of the frequency sensor according to claim 1, characterized in that the signal amplitude stabilizer-stabilizer comprising a third operational amplifier, a fourth operational amplifier, a fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh and twelfth resistors, a fourth and fifth capacitors , the first and second diodes, the first and second zener diodes, with the first output of the fifth resistor connected to the output of the second operational amplifier, the second output of the fifth resistor connected to the non-inverting input of the third operational amplifier, the first output of the sixth resistor connected to a common bus, the second output of the sixth resistor connected to the first output of the seventh resistor and simultaneously connected to the inverting input of the third operational amplifier and to the first output of the fourth capacitor, the second output of the seventh resistor is connected to the output of the operational amplifier and simultaneously connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode, the second output of the fourth capacitor is connected n to the first terminal of the eighth resistor, the second terminal of the eighth resistor is connected to the output of the fourth operational amplifier and simultaneously connected to the first terminal of the ninth resistor, the second terminal of the ninth resistor is connected to the inverting input of the fourth operational amplifier and simultaneously connected to the first terminal of the tenth resistor, the second terminal of the tenth resistor connected to the common bus, the cathode of the first diode is connected to the cathode of the first zener diode, the anode of the second diode is connected to the anode of the second zener diode, the anode of the first zener diode is connected to the cathode of the second zener diode and simultaneously connected to the first terminal of the fifth capacitor and the first terminal of the eleventh resistor, the second terminal of the eleventh resistor is connected to the second terminal of the fifth capacitor and is simultaneously connected to the first terminal of the twelfth resistor and the non-inverting input of the fourth operational amplifier, the second terminal of the twelfth resistor is connected to a common bus. 5. Схема возбуждения частотного датчика по п. 1, отличающаяся тем, что первый буфер содержащий пятый операционный усилитель, тринадцатый, четырнадцатый и пятнадцатый резисторы, при этом первый вывод тринадцатого резистора подключен к выходу третьего операционного усилителя, второй вывод тринадцатого резистора подключен к инвертирующему входу пятого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу четырнадцатого резистора, второй вывод четырнадцатого резистора подключен к выходу пятого операционного усилителя и одновременно подключен к первому выводу пятнадцатого резистора, второй вывод пятнадцатого резистора, являющийся выходом первого буфера, подключен ко входу частотного датчика.5. The excitation circuit of the frequency sensor according to claim 1, characterized in that the first buffer containing the fifth operational amplifier, thirteenth, fourteenth and fifteenth resistors, the first output of the thirteenth resistor connected to the output of the third operational amplifier, the second output of the thirteenth resistor connected to the inverting input the fifth operational amplifier and is simultaneously connected to the first output of the fourteenth resistor, the second output of the fourteenth resistor is connected to the output of the fifth operational amplifier and simultaneously connected to the first output of the fifteenth resistor, the second output of the fifteenth resistor, which is the output of the first buffer, is connected to the input of the frequency sensor. 6. Схема возбуждения частотного датчика по п. 1, отличающаяся тем, что второй буфер содержащий шестой операционный усилитель, шестнадцатый и семнадцатый резисторы, неинвертирующий вход шестого операционного усилителя подключен к выходу третьего операционного усилителя, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к первому выводу шестнадцатого резистора и одновременно подключен к первому выводу семнадцатого операционного усилителя, второй вывод шестнадцатого резистора подключен к общей шине, второй вывод семнадцатого резистора подключен к выходу шестого операционного усилителя, являющегося выходом схемы возбуждения частотного датчика.6. The excitation circuit of the frequency sensor according to claim 1, characterized in that the second buffer containing the sixth operational amplifier, sixteenth and seventeenth resistors, a non-inverting input of the sixth operational amplifier is connected to the output of the third operational amplifier, the inverting input of the operational amplifier is connected to the first output of the sixteenth resistor, and simultaneously connected to the first output of the seventeenth operational amplifier, the second output of the sixteenth resistor connected to a common bus, the second output of the seventeenth resistor connected to the output of the sixth operational amplifier, which is the output of the frequency sensor excitation circuit.
RU2019135921A 2019-11-07 2019-11-07 Excitation circuit of frequency sensor RU2724795C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135921A RU2724795C1 (en) 2019-11-07 2019-11-07 Excitation circuit of frequency sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135921A RU2724795C1 (en) 2019-11-07 2019-11-07 Excitation circuit of frequency sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724795C1 true RU2724795C1 (en) 2020-06-25

Family

ID=71135797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019135921A RU2724795C1 (en) 2019-11-07 2019-11-07 Excitation circuit of frequency sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724795C1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0859458A1 (en) * 1997-01-24 1998-08-19 STMicroelectronics S.A. Circuit for frequency modulation of a quartz oscillator
EP0580320B1 (en) * 1992-07-10 1999-09-08 Raytheon Company High performance oscillator with low frequency pulling at turn on
RU2232461C2 (en) * 2002-04-08 2004-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения Midget high-frequency filtering crystal resonator of improved single response and low spread in dynamic characteristics
RU2251789C2 (en) * 2003-05-20 2005-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения Crystal oscillator
RU2276455C1 (en) * 2004-09-21 2006-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения Quartz resonator
DE102006036190A1 (en) * 2006-08-01 2008-02-14 Technische Universität Braunschweig Carolo-Wilhelmina Tubular resonant microwave sensor for use in oscillator-circuit arrangement, has electrically conductive planar resonator in form of coil planarly arranged in plane transverse to longitudinal direction of housing and including opened end
RU2354037C2 (en) * 2007-02-14 2009-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения Quartz oscillator
RU127551U1 (en) * 2012-11-16 2013-04-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" QUARTZ GENERATOR
RU2517681C1 (en) * 2012-12-04 2014-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Selective amplifier with extended frequency band
RU2684510C1 (en) * 2018-04-16 2019-04-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Automatic signals amplification circuit

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580320B1 (en) * 1992-07-10 1999-09-08 Raytheon Company High performance oscillator with low frequency pulling at turn on
EP0859458A1 (en) * 1997-01-24 1998-08-19 STMicroelectronics S.A. Circuit for frequency modulation of a quartz oscillator
RU2232461C2 (en) * 2002-04-08 2004-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения Midget high-frequency filtering crystal resonator of improved single response and low spread in dynamic characteristics
RU2251789C2 (en) * 2003-05-20 2005-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения Crystal oscillator
RU2276455C1 (en) * 2004-09-21 2006-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения Quartz resonator
DE102006036190A1 (en) * 2006-08-01 2008-02-14 Technische Universität Braunschweig Carolo-Wilhelmina Tubular resonant microwave sensor for use in oscillator-circuit arrangement, has electrically conductive planar resonator in form of coil planarly arranged in plane transverse to longitudinal direction of housing and including opened end
RU2354037C2 (en) * 2007-02-14 2009-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения Quartz oscillator
RU127551U1 (en) * 2012-11-16 2013-04-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" QUARTZ GENERATOR
RU2517681C1 (en) * 2012-12-04 2014-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Selective amplifier with extended frequency band
RU2684510C1 (en) * 2018-04-16 2019-04-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Automatic signals amplification circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE461936B (en) DEVICE FOR MEASURING MICROWAVE NOISE
RU2724795C1 (en) Excitation circuit of frequency sensor
RU144346U1 (en) SAW GENERATOR WITH DISCRETE TEMPERATURE COMPENSATION AND FREQUENCY CORRECTION
RU2450415C1 (en) Quartz crystal oscillator
RU2450416C1 (en) Quartz crystal oscillator
JP3135867B2 (en) Method for measuring CI of crystal unit and crystal oscillation circuit
CN111147073A (en) Novel microwave frequency locking device
US4862110A (en) Oscillator, in particular a surface acoustic wave oscillator, frequency controlled by controlling its temperature
RU2684510C1 (en) Automatic signals amplification circuit
CN110868211B (en) Crystal oscillator vibration-proof compensation device and method based on binary coding
RU2707394C2 (en) Generator
US6819188B2 (en) Phase-locked loop oscillator with loop gain compensation
JP2011250437A (en) Filter calibration
RU2665753C2 (en) Gas pressure measurement device
RU2725311C1 (en) Generator
RU2565362C1 (en) Controllable quadrature signal generator
Papez et al. Bridge symmetric crystal oscillator
SU970264A1 (en) Device for measuring quality factor
US20240223169A1 (en) Systems and methods for real-time frequency shift detection via a nested-mems architecture
SU790105A1 (en) Meter of quartz resonator electric parameters
SU907764A1 (en) Temperature compensated crystal generator
SU1091300A1 (en) High-frequency generator
JPH0846432A (en) Sine wave generator
Foit et al. Special oscillators
JPH02101805A (en) Drive circuit for piezoelectric vibrator