SU1267299A1

SU1267299A1 - Device for contactless measuring of a.c.voltage

Info

Publication number: SU1267299A1
Application number: SU853879847A
Authority: SU
Inventors: Александр Александрович Муравицкий; Виктор Павлович Мельников; Виктор Павлович Короткий; Анатолий Михайлович Семенов; Наталия Вячеславовна Лопарева
Original assignee: Институт электроники АН БССР
Priority date: 1985-04-08
Filing date: 1985-04-08
Publication date: 1986-10-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике. Цель изобретени повышение точности измерени . Устройство содержит емкостный датчик 1, предварительный усилитель 2 индуцированного на датчике напр жени , электростатический экран 8 и двухэлек-, тродный емкостной датчик 4. Введение усилител 3 с переменным коэффициентом усилени , генератор 5 переменного напр жени , частотного детектора 6 и образование новых св зей между элементами устройства устран ет зависимость выходного сигнала от рассто ни между емкостным датчиком и контролируемой поверхностью. 1 ил. SThis invention relates to a measurement technique. The purpose of the invention is improved measurement accuracy. The device contains a capacitive sensor 1, a preamplifier 2 induced on the voltage sensor, an electrostatic screen 8 and a two-electrode, capacitance sensor 4. Introduction of the amplifier 3 with a variable gain factor, the alternator voltage generator 5, the frequency detector 6 and the formation of new connections between elements of the device eliminates the dependence of the output signal on the distance between the capacitive sensor and the monitored surface. 1 il. S

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть применено дл бесконтактного измерени переменного напр жени в процессе контрол и диагностики электронной аппаратуры. Цель изобретени - повышение точности измерени путем устранени зависимости выходного сигнала от рассто ни между емкостным датчиком и контролируемой поверхностью. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит емкостный дат чик 1, предварительный усилитель 2 индуцированного на датчике напр жени , усилитель 3 с переменным коэффициентом усилени , дополнительшзШ двухэлектродный емкостный датчик 4, генератор 5 переменного напр жени , .частотный детектор 6 и нелинейный усилитель 7, причем дополнительный датчик 4 включен в цепь управлени частотой генератора 5 переменного напр жени , к выходу которого подклю Чены последовательно частотный детектор 6 и нелинейный усилитель 7, выход последнего соединен с управл ющим входом усилител 3 с переменным коэффициентом усилени , выход которого подключен к измерительному прибору , емкостный датчик 1 соединен с. входом предварительного усилител 2, выход которого соединен с входом усилител 3 с переменным коэффициентом усилени . Емкостный датчик 1 и дополнительный двухэлектродный датчик 4 механически св заны и заключены в заземленный электростатический экран 8, который имеет отверсти напротив каждого из датчиков. Внутри экрана 8 расположены также предварительный усилитель 2 и генератор 5 переменног напр жени . Датчики 1 и 4, усилители 2 и 3, генератор 5 и экран 8 выполнены в виде щупа, в процессе измерени подносимого к контролируемой поверхности 9 на некоторое рассто ние . Устройство работает следующим образом i Щуп устройства приближают к контролируемой поверхности 9 на некоторое рассто ние А, Электрический потенциал контролируемой поверхности 9 индуцирует на емкостном датчике 1 напр жение, поступающее на вход пред варительного усилител 2 и далее на носитель 3 с перемен шм коэффициентом усилени , Выходным сигналом устройства вл етс напр жение на выходе усилител 3 с переменным коэффициентом усилени . Индуцируемое на емкостном датчике 1 напр жение, а следовательно, и напр жение на вьпсоде усилител 3 завис т от рассто ни А. Дл устранени этой зависимости введена цепь коррекции, содержаща дополнительный двухэлектродный емкостной датчик 4, генератор 5 переменного напр жени , частотный детектор 6 и нелинейный усилитель 7, Дополнительный двухэлектродный емкостный датчик 4 включен в цепь управлени частотой генератора 5 таким образом , что частота генератора 5 вл етс функцией емкости между электродами датчика 4 (два электрода дополнительного датчика 4 образуют конденсатор , включенный в колебательный контур генератора 5, определ ющий его частоту), Емкость между электродами датчика 4 измен етс под воздействием распределенной емкости контролируемой поверхности и приводит к изменению частоты генератора 5, Tie, частота генератора вл етс функцией рассто ни А, Изменени частоты генератора 5 частотным детектором 6 преобразуютс в изменени напр жени , которые поступают на вход нелинейного усилител 7, Коэффициент усилени линейного усилител 7 в пределах его динамического диапазона измен етс по такому закону, чтобы обеспечивалась линейность его выходного напр жени по отношению к параметру А, С выхода нелинейного усилител напр жение поступает на управл ющий вхбд усилител 3 и определ ет его коэффициент усилени . Возможные в процессе измерени вариации рассто ни А привод т одновременно к по влению погрешности измеренного напр жени на входе усилител 3 и изменению его коэффициента усилени , компенсирующему возникшую погрешность. Таким образом, на выходе усилител 3 (т.е, на выходе устройства) имеетс напр жение, пропорциональное потенциалу контролируемой поверхности , не завис щее от рассто ни А и поступающее на вход измерительного прибора.The invention relates to a measurement technique and can be applied to contactless measurement of alternating voltage in the process of monitoring and diagnosing electronic equipment. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by eliminating the dependence of the output signal on the distance between the capacitive sensor and the surface to be monitored. The drawing shows a diagram of the proposed device. The device contains a capacitive sensor 1, a preamplifier 2 induced on the voltage sensor, a variable gain amplifier 3, an additional two-electrode capacitive sensor 4, an alternating voltage generator 5, a frequency detector 6 and a non-linear amplifier 7, the additional sensor 4 being included in a frequency control circuit of the alternating voltage generator 5, to the output of which the Chany circuit is connected in series with the frequency detector 6 and the nonlinear amplifier 7, the output of the latter is connected to the control input of the amplifier l 3 with variable gain, the output of which is connected to the measuring instrument, capacitive sensor 1 is connected to. input preamplifier 2, the output of which is connected to the input of the amplifier 3 with a variable gain. The capacitive sensor 1 and the additional two-electrode sensor 4 are mechanically connected and enclosed in a grounded electrostatic screen 8, which has holes in front of each of the sensors. A preamplifier 2 and an alternating voltage generator 5 are also located inside the screen 8. The sensors 1 and 4, the amplifiers 2 and 3, the generator 5 and the screen 8 are made in the form of a probe, in the process of measuring the tray to the test surface 9 for some distance. The device works as follows: i The device probe is brought closer to the test surface 9 for some distance A, the electric potential of the test surface 9 induces a voltage on the capacitive sensor 1, which enters the input of the preamplifier 2 and then on the carrier 3 with the changes of the gain factor, Output The signal of the device is the output voltage of the amplifier 3 with a variable gain. The voltage induced on the capacitive sensor 1 and, consequently, the voltage on the amplifier amplifier 3 depends on the distance A. To eliminate this dependence, a correction circuit is inserted containing an additional two-electrode capacitive sensor 4, an alternating voltage generator 5, a frequency detector 6 and nonlinear amplifier 7; Additional two-electrode capacitive sensor 4 is included in the oscillator frequency control circuit 5 so that the frequency of oscillator 5 is a function of the capacitance between the electrodes of sensor 4 (two electrodes are added A capacitor connected to the oscillator circuit of the generator 5 determining its frequency is formed. The capacitance between the electrodes of the sensor 4 changes under the influence of the distributed capacitance of the monitored surface and leads to a change in the frequency of the generator 5, Tie. The changes in the frequency of the oscillator 5 by the frequency detector 6 are converted into voltage variations that are fed to the input of the nonlinear amplifier 7. The gain of the linear amplifier 7 is within its range. Cesky range varies according to this law, to protect the linearity of its output voltage with respect to the parameter A, from the output of the nonlinear amplifier a voltage supplied to the control amplifier vhbd 3 and determines its gain. The variations of the distance A, which are possible in the process of measurement, simultaneously cause an increase in the error of the measured voltage at the input of the amplifier 3 and a change in its gain factor compensating for the error that has occurred. Thus, at the output of the amplifier 3 (i.e., at the output of the device) there is a voltage proportional to the potential of the test surface, which is independent of the distance A and is fed to the input of the measuring device.

Функциональна зависимость частоты генератора, а следовательно, и напр жени на выходе частотного детектора 6 от рассто ни А, т.е. Uq(A) определ етс конкретным конctpyKTHBHbiM исполнением дополнительного двухэлектродного емкостного датчика 4 и емкостного монтажа частотнозадающих цепей генератора 5, Эта зависимость может быть получена экспериментальным путем по следующей методике , .The function of the generator frequency, and, consequently, the voltage at the output of the frequency detector 6, is dependent on the distance A, i.e. Uq (A) is determined by the specific constpyKTHBHbiM execution of an additional two-electrode capacitive sensor 4 and capacitive mounting of the frequency-dependent circuits of the generator 5, This dependence can be obtained experimentally by the following method,.

Щуп с датчиками устанавливают на минимальном рассто нии от контролируемой поверхности. Затем с помощью микрометрического винта щуп отвод т от поверхности. При этом стро т кривую зависимости ). Полученна таким образом зависимость U(j(A) дл изготовленного образца устройства в диапазоне измерений рассто ни А от 0,1 до 1 мм удовлетворительно аппроксимируетс логарифмической зависимостью UQ(A)K,lgA (где К - коэффициент пропорциональности). Поэтому в качестве нелинейного усилител 7 в устройстве применен антилогарифмический усилитель, позвол ющий получить на выходе линейно завис щее от рассто ни А напр жение, Uj(A) (где Кг - Коэффициент пропорциональности), которое затем поступает на управл ющий вход усилител 3 и определ ет его коэффициент ) KjUjA) Kj-Kj-A (где Kj коэффициент пропорциональности),The gauge with sensors is installed at a minimum distance from the test surface. The probe is then retracted from the surface using a micrometer screw. In this case, the dependence curve is constructed). The U (j (A) thus obtained for the fabricated sample of the device in the measurement range of the distance A from 0.1 to 1 mm is satisfactorily approximated by the logarithmic dependence UQ (A) K, logA (where K is the proportionality coefficient). Therefore, as a nonlinear the amplifier 7 in the device uses an anti-log amplifier that allows the output to receive a voltage linearly dependent on the distance A, Uj (A) (where Kg is the proportionality coefficient), which then goes to the control input of the amplifier 3 and determines its coefficient coefficient) KjUjA) Kj-Kj-A (wherein the proportionality coefficient Kj)

В частном случае (без учета распрделенной емкости контролируемой поверхности ) напр жение, индуцируемое на емкостном датчике 1, а следовательно , и на выходе предварительного усилител 2, обратно пропорционально рассто нию А, т.е.In the particular case (without taking into account the distributed capacitance of the test surface) the voltage induced on the capacitive sensor 1, and hence on the output of the preamplifier 2, is inversely proportional to the distance A, i.e.

„„(Л.Г) . Ы-()„„ (L.G.). Y- ()

где Кл - коэффициент пропорциональности; Ua(t) - измер емое напр жение.where CL is the proportionality coefficient; Ua (t) is the measured voltage.

Таким образом, на выходе усилител 3 с переменным коэффициентом усилени (на выходе устройства) имеетс напр жениеThus, at the output of the amplifier 3 with a variable gain (at the output of the device) there is a voltage

, К,, (A)-U(A,t),IV(t), которое не зависит от рассто ни At, K ,, (A) -U (A, t), IV (t), which does not depend on the distance At

Claims

Invention Formula

A device for contactless measurement of alternating voltage, comprising a first capacitive sensor connected to a preamplifier, a second capacitive sensor, an amplifier and a measuring device, different from the fact that, in order to improve measurement accuracy, an alternating voltage generator, a frequency detector and an amplifier with a variable gain factor, the second capacitive sensor being two-electrode and connected to the frequency control circuit of an alternator, the output of which is connected after Consistently connected frequency detector and amplifier, which is nonlinear, the amplifier output is connected to the control input of a variable gain amplifier, the signal input of which is connected to the output of the preamplifier, and the output to the input

measuring device.