SU1659909A1 - Measuring converter for capacitive sensors - Google Patents
Measuring converter for capacitive sensors Download PDFInfo
- Publication number
- SU1659909A1 SU1659909A1 SU884610390A SU4610390A SU1659909A1 SU 1659909 A1 SU1659909 A1 SU 1659909A1 SU 884610390 A SU884610390 A SU 884610390A SU 4610390 A SU4610390 A SU 4610390A SU 1659909 A1 SU1659909 A1 SU 1659909A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- input
- frequency
- output
- reversible counter
- inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к средствам измерени , контрол и управлени и может быть использовано в качестве измерительного устройства при работе с емкостными и другими преобразовател ми физических величин в фазовый сдвиг электрических колебаний . Измерительный преобразователь позвол ет повысить чувствительность и разрешающую способность измерени емкости датчика путем масштабировани величины фазового сдвига за счет переноса информационного сигнала в область низких частот и использовани цифрового метода измерени фазового сдвига. Перенос информационного сигнала в область низких частот осуществл етс путем вычитани частот колебаний, формируемых делением частоты колебаний, вырабатываемых генератором , делител ми частоты с близкими коэффициентами делени . Устройство содержит генератор, делители 2 и 3 частоты , измерительную цепь 4, формирователь 5, блоки 6 и 7 вычитани частот, элементы И 8, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9/ИЛИ 10, ключи 11 и 12, блок 13 управлени , реверсивный счетчик 14, регистр 15 и блок 16 индикации. 2 ил. СО сThe invention relates to measuring, controlling and controlling means and can be used as a measuring device when working with capacitive and other converters of physical quantities into a phase shift of electrical oscillations. The transmitter can increase the sensitivity and resolution of the sensor capacitance measurement by scaling the phase shift value by transferring the information signal to the low frequencies and using a digital method for measuring the phase shift. The transfer of the information signal to the low frequency region is accomplished by subtracting the frequencies of the oscillations generated by dividing the frequency of the oscillations produced by the generator, frequency dividers with close division factors. The device contains a generator, frequency dividers 2 and 3, measuring circuit 4, driver 5, frequency subtraction blocks 6 and 7, AND 8, EXCLUSIVE OR 9 / OR 10 elements, keys 11 and 12, control unit 13, reversible counter 14, register 15 and a display unit 16. 2 Il. SO with
Description
о ел ю ю о юo ate yoo o yu
Изобретение относитс к средствам измерени , контрол и управлени и может быть использовано в качестве измерительного устройства при работе с емкостными и другими преобразовател ми физических величин в фазовый сдвиг электрических кб- лебаний.The invention relates to measuring, controlling and controlling means and can be used as a measuring device when working with capacitive and other converters of physical quantities into a phase shift of electrical oscillations.
Целью изобретени вл етс повышение чувствительности и разрешающей способности при измерении малых изменений емкости датчика.The aim of the invention is to increase the sensitivity and resolution when measuring small changes in sensor capacitance.
На фиг, 1 представлена структурна схема измерительного преобразовател дл емкостного датчика; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.FIG. 1 is a block diagram of a transducer for a capacitive sensor; FIG. 2 shows timing diagrams for his work.
Измерительный преобразователь дл емкостного датчика (фиг.1) содержит генератор 1, первый 2 и второй 3 делители частоты , измерительную цепь 4 (содержащую емкостной датчик), формирователь 5, первый 6 и второй 7 блоки вычитани частот, элемент И 8, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, элемент ИЛИ 10, первый 11 и второй 12 ключи, блок 13 управлени , реверсивный счетчик 14, регистр 15 и блок 16 индикации. Генератор 1 соединен с входами первого 2 и второго 3 делителей частоты и вторыми входами первого 11 и второго 12 ключей. Выход первого делител 2 частоты соединен с входом измерительной цепи 4 и вторым входом блока 7 вычитани частот. Выход измерительной цепи 4 через формирователь 5 соединен с вторым входом первого блока 6 вычитани частот. Выход второго делител 3 частоты соединен с первым входом первого 6 и второго 7 блоков вычитани частот, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами элементов И 8, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 и ИЛИ 10. Выходы элементов И 8 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 соединены с первыми входами ключей 11 и 12. Выход элемента ИЛИ 10 соединен с входом блока 13 управлени , первый выход которого соединен с установочным входом реверсивного счетчика 14, а второй - с управл ющим входом регистра 15, Выходы разр дов реверсивного счетчика 14 через регистр 15 подключены к входам разр дов блока 16 индикации.The measuring transducer for a capacitive sensor (Fig. 1) contains a generator 1, first 2 and second 3 frequency dividers, measuring circuit 4 (containing a capacitive sensor), driver 5, first 6 and second 7 subtraction frequency blocks, element AND 8, element EXCLUSIVE OR 9, the OR element 10, the first 11 and the second 12 keys, the control unit 13, the reversible counter 14, the register 15 and the display unit 16. The generator 1 is connected to the inputs of the first 2 and second 3 frequency dividers and the second inputs of the first 11 and second 12 keys. The output of the first frequency divider 2 is connected to the input of the measuring circuit 4 and the second input of the frequency subtraction unit 7. The output of measuring circuit 4 is connected via shaper 5 to the second input of the first frequency subtraction unit 6. The output of the second frequency divider 3 is connected to the first input of the first 6 and second 7 frequency subtractors, the outputs of which are respectively connected to the first and second inputs of AND 8, EXCLUSIVE OR 9 and OR 10. The outputs of AND 8 elements and EXCLUSIVE OR 9 are connected to the first inputs keys 11 and 12. The output of the element OR 10 is connected to the input of the control unit 13, the first output of which is connected to the installation input of the reversible counter 14, and the second to the control input of the register 15, the outputs of the bits of the reversible counter 14 through the register 15 are connected to input I will give the bits of the display unit 16.
Устройство работает следующим образом .The device works as follows.
Генератор 1 вырабатывает колебани с заданной частотой, например 10 МГц. Первый 2 и второй 3 делители частоты с близкими коэффициентами делени (например, 200 и 198) формируют колебани с частотами соответственно 50 и 50,5 кГц. Колебани с выхода первого делител (50 кГц) поступают на вход измерительной цепи 4 и на второй вход второго блока 7 вычитани частот.Oscillator 1 generates oscillations with a predetermined frequency, for example 10 MHz. The first 2 and second 3 frequency dividers with close division factors (for example, 200 and 198) oscillate at frequencies of 50 and 50.5 kHz, respectively. The oscillations from the output of the first divider (50 kHz) are fed to the input of the measuring circuit 4 and to the second input of the second frequency subtraction unit 7.
Сдвинутые по фазе колебани с выхода измерительной цепи через формирователь 5 поступают на второй вход первого блока 6 вычитани частот. Колебани с выхо- да второго делител 3 частоты (50,5 кГц) поступают на первые входы обоих блоков вычитани частот, На выходах блоков вычитани частот формируютс колебани с разностной частотой (0,5 кГц) и сдвигом фаз, 0 определ емым параметрами измерительной цепи 4 (емкостного датчика). При этом относительна величина сдвига фаз Д# сохран етс , но за счет переноса несущей в область более низких частот абсолютна ве- 5 личина временного сдвига увеличиваетс . По сним это на следующем примере. Пусть при заданном изменении емкости датчика на 1 пФ изменение фазового сдвига составл ет Д 1°, Абсолютна величина измене- 0 ни задержки сигнала на выходе измерительной цепи относительно входного сигналаThe oscillations shifted in phase from the output of the measuring circuit through the shaper 5 are fed to the second input of the first frequency subtraction unit 6. The oscillations from the output of the second divider 3 frequencies (50.5 kHz) are fed to the first inputs of both frequency subtraction blocks. Oscillations with a difference frequency (0.5 kHz) and a phase shift determined by the parameters of the measuring circuit are generated at the outputs of the frequency subtraction blocks. 4 (capacitive sensor). In this case, the relative magnitude of the phase shift D # is preserved, but due to the transfer of the carrier to the region of lower frequencies, the absolute value of the time shift increases. This is done in the following example. Suppose that for a given change in the capacitance of the sensor by 1 pF, the change in the phase shift is D 1 °, the absolute value of the change in the delay of the signal at the output of the measuring circuit relative to the input signal
At Ар Т/2 л 3 мкс, где Е - период колебаний дл частоты 50 кГц 5 (Т 20 мкс).At Ap T / 2 L 3 µs, where E is the oscillation period for a frequency of 50 kHz 5 (T 20 µs).
При измерении изменени фазового сдвига цифровым методом этот интервал может быть заполнен 30 импульсами тактовой частоты 10 МГц, т.е. разрешающа 0 способность измерени фазового сдвига составл ет 1°/30 0,033 Чувствительность измерени емкости при этом составл ет 30 имп./пФ.When measuring the change in phase shift by the digital method, this interval can be filled with 30 clock pulses of 10 MHz, i.e. resolution 0 phase shift measurement ability is 1 ° / 30 0.033 The sensitivity of the capacitance measurement is 30 pulses / pF.
На разностной частоте 0,5 кГц тот же 5 относительный фазовый сдвиг в 1° ствует задержке tAt a difference frequency of 0.5 kHz, the same 5 relative phase shift of 1 ° is due to the delay t
At Др Т /2 30 мкс, где Т - период разностной частоты (дл частоты 0,5 кГц Т 2 мкс). 0 При той же тактовой частоте 10 МГц данный интервал может быть заполнен 3000 тактовыми импульсами, что дает разрешающую способность при измерении 1°/3000 или 0,00033°, а чувствительность измерени 5 изменений емкости - 3000 имп./пФ, т.е. в 100 раз выше.At Dr T / 2 30 µs, where T is the period of the difference frequency (for a frequency of 0.5 kHz T 2 µs). 0 At the same clock frequency of 10 MHz, this interval can be filled with 3000 clock pulses, which gives a resolution at 1 ° / 3000 or 0.00033 °, and the sensitivity of measurement of 5 changes in capacitance is 3000 imp./fF, i.e. 100 times higher.
Таким образом, благодар переносу несущей в область более низких частот, осуществл емому с помощью блока вычитани частот, чувствительность и разрешающа 5 способность увеличиваютс пропорционально отношению несущей и разностной частот. Поскольку колебани с близкими частотами формируютс из одного и того же сигнала, вырабатываемого генератором, 0 обеспечиваетс высока стабильность фронтов колебаний разностной частоты.Thus, due to the transfer of the carrier to the lower frequency region, carried out using a frequency subtraction unit, the sensitivity and resolution 5 are increased proportionally to the carrier ratio and the difference frequencies. Since oscillations with similar frequencies are formed from the same signal produced by the generator, 0, a high stability of oscillation fronts of the difference frequency is ensured.
На входы элементов И 8, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 и ИЛИ 10 поступают сдвинутыеAt the inputs of the elements AND 8, EXCLUSIVE OR 9 and OR 10 are shifted
по фазе колебани разностной частоты (эпюра а, б, фиг,2). При этом на выходе элемента И формируетс импульс, длительность которого равна интервалу между передним фронтом одного сигнала и за- дним фронтом другого (эпюра в, фиг.2). На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ формируютс импульсы с длительност ми, равными интервалам между передним и задними фронтами обоих сигналов (эпюра г, фиг.2). Ключи 11 и 12 осуществл ют заполнение этих импульсов импульсами тактовой частоты, поступающими с выхода генератора 1. На выходе элемента ИЛИ 10 формируютс импульсы с длительност ми, соответствующими интервалам времени между передним фронтом одного сигнала и задним фронтом другого (эпюра д, фиг.2). Эти импульсы поступают на блок 13 управлени , на выходах которого формируютс короткие импульсы, соответствующие переднему и заднему фронтам входного импульса (эпюры е, ж, фиг.2).phase variation frequency difference (plot a, b, fig, 2). In this case, at the output of the element I, a pulse is formed, the duration of which is equal to the interval between the leading edge of one signal and the falling front of the other (plot in figure 2). At the output of the EXCLUSIVE OR element, pulses are formed with durations equal to the intervals between the leading and falling edges of both signals (plot g, Fig. 2). The keys 11 and 12 carry out filling these pulses with clock pulses coming from the output of generator 1. At the output of the element OR 10, pulses are formed with durations corresponding to the time intervals between the leading edge of one signal and the falling front of another (plot d, Fig. 2) . These pulses arrive at the control unit 13, at the outputs of which short pulses are formed, corresponding to the leading and trailing edges of the input pulse (diagrams e, g, Fig. 2).
Импульсы, соответствующие передне- му фронту сигнала на выходе элемента ИЛИ, поступают на установочный вход реверсивного счетчика 14, устанавлива все разр ды счетчика в нулевое состо ние. Одновременно на входы суммировани и вычитани реверсивного счетчика поступают пакеты импульсов с выходов первого и второго ключей соответственно. По окончании поступлени импульсов с выхода второго ключа на выходах разр дов реверсивного счетчика формируетс двоичный код, соответствующий разности чисел тактовых импульсов, поступивших на входы суммировани и вычитани . Пусть под действием измер емой величины емкость датчика изменилась на величину ДС. Тогда абсолютна величина фазового сдвига на выходе устройств вычитани частот изменитс на величину At, однозначно св зан- ную с изменением емкости датчика, как показано пунктирными лини ми на эпюре б, фиг.2. При этом длительность импульса на выходе элемента И уменьшитс на вели- чинулКпунктирные линии на эпюре в, фиг.2), а на выходе элементов ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ увеличитс на величину At (пун- ктирные линии на эпюрах г, д. фиг.2). Соответственно число импульсов, поступающих на вход суммировани реверсивного счетчика, уменьшитс на A N+ АЙТ. а число импульсов, поступающих на вход вычита- ни , увеличитс на AN- A t fT (fr- частота следовани тактовых импульсов). При изменении емкости датчика на АС двоичный код на выходе разр дов реверсивного счетчика будет соответствовать числу N (т + At}ft - ( г - At)ft + + (г + At)ft (г + 3At}ft,The pulses corresponding to the leading edge of the signal at the output of the OR element are fed to the installation input of the reversible counter 14, setting all the bits of the counter to the zero state. At the same time, the impulse packets from the outputs of the first and second keys, respectively, are fed to the summing and subtracting inputs of the reversible counter. Upon completion of the arrival of pulses from the output of the second key, at the outputs of the bits of the reversible counter, a binary code is formed corresponding to the difference in the number of clock pulses received at the summing and subtracting inputs. Let, under the action of the measured value, the capacitance of the sensor changed by the magnitude of the DS. Then the absolute value of the phase shift at the output of the frequency subtraction devices will change by the value of At, which is unambiguously associated with a change in the capacitance of the sensor, as shown by dotted lines in plot b, Fig. 2. At the same time, the pulse duration at the output of the element I will decrease by the magnitude of the dotted lines in the plot in figure 2), and at the output of the elements OR and EXCLUSIVE OR will increase by the value of At (punctured lines in the diagrams g, e of figure 2) . Accordingly, the number of pulses arriving at the summing input of the reversible counter will decrease by A N + AIT. and the number of pulses arriving at the subtraction input will increase by AN-A t fT (fr is the clock frequency). When the sensor capacitance on the AC changes, the binary code at the output of the bits of the reversible counter will correspond to the number N (t + At} ft - (g - At) ft + + (g + At) ft (g + 3At} ft,
где г - абсолютное значение начального фазового сдвига.where r is the absolute value of the initial phase shift.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884610390A SU1659909A1 (en) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | Measuring converter for capacitive sensors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884610390A SU1659909A1 (en) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | Measuring converter for capacitive sensors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1659909A1 true SU1659909A1 (en) | 1991-06-30 |
Family
ID=21411582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884610390A SU1659909A1 (en) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | Measuring converter for capacitive sensors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1659909A1 (en) |
-
1988
- 1988-11-25 SU SU884610390A patent/SU1659909A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР Nfc 1183915. кл. G 01 R 25/00, 1983. Авторское свидетельство СССР № 1195291. кл. G 01 R 27/26, 1984. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SU1659909A1 (en) | Measuring converter for capacitive sensors | |
SU1153845A3 (en) | Transducer for measuring speed of rotation | |
SU1404972A1 (en) | Phase cycle counter | |
SU901905A1 (en) | Speed ratio meter | |
SU1228039A1 (en) | Apparatus for measuring phase shift | |
SU995319A1 (en) | Frequency-to-binary code converter | |
SU1749837A1 (en) | Device for measuring rotational speed | |
SU1758846A1 (en) | Reference frequency generator | |
SU1411680A1 (en) | Speed digital meter | |
SU822063A1 (en) | Digital delay meter | |
SU1208515A1 (en) | Apparatus for measuring frequency deviation | |
SU568186A1 (en) | Clock synchronization circuit | |
SU661385A1 (en) | Meter of intervals between centers of pulses | |
US5007035A (en) | Distance pulse averaging unit | |
SU1531016A1 (en) | Digital meter of low frequencies | |
SU1007009A1 (en) | Angular speed-meter | |
SU386348A1 (en) | DIGITAL MEASURING FREQUENCY FOLLOWING | |
SU1287120A1 (en) | Meter of transient characteristics | |
SU1035789A1 (en) | Device for linearization of frequency pickup characteristics | |
SU1107059A2 (en) | Digital meter of angular speed and acceleration | |
SU1070585A1 (en) | Displacement encoder | |
SU773520A1 (en) | Digital phase meter | |
SU849096A1 (en) | Phase-meter | |
RU1783451C (en) | Digital frequency meter | |
SU712807A1 (en) | Method of comparing time scales |