SU1728663A1 - Displacement-to-voltage converter unit - Google Patents

Displacement-to-voltage converter unit

Info

Publication number
SU1728663A1
SU1728663A1 SU894751579A SU4751579A SU1728663A1 SU 1728663 A1 SU1728663 A1 SU 1728663A1 SU 894751579 A SU894751579 A SU 894751579A SU 4751579 A SU4751579 A SU 4751579A SU 1728663 A1 SU1728663 A1 SU 1728663A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
output
capacitive sensor
cycle
switch
capacitor
Prior art date
Application number
SU894751579A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Борисович Андреев
Виктор Алексеевич Баранов
Владимир Алексеевич Баранов
Юрий Анатольевич Гневшев
Original Assignee
Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов
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 Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов filed Critical Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов
Priority to SU894751579A priority Critical patent/SU1728663A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1728663A1 publication Critical patent/SU1728663A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и, в частности, к преобразовател м перемещени  в напр жение с использованием емкостных датчиков. Цель изобретени  - расширение области применени  за счет обеспечени  работоспособности с датчиками различных конструкций. Устройство содержит преобразователь зар да в напр жение на основе операционного усилител  1 и конденсатора 3, источник 7 положительного опорного напр жени , переключатели 5, 6 и 10, емкостный датчик 4 с заземленным общим электродом, блок 8 синхронизации, источник 9 отрицательного опорного напр жени . 3 ил.The invention relates to a measurement technique and, in particular, to displacement transducers to voltage transducers using capacitive sensors. The purpose of the invention is to expand the field of application by ensuring operability with sensors of various designs. The device contains a charge-voltage converter based on an operational amplifier 1 and a capacitor 3, a source 7 of a positive reference voltage, switches 5, 6, and 10, a capacitive sensor 4 with a grounded common electrode, a synchronization unit 8, a source 9 of negative reference voltage. 3 il.

Description

СЛSL

iv4 ГО 00 ON О CJiv4 GO 00 ON ABOUT CJ

Фиг.11

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к преобразовател м перемещени  в напр жение на основе емкостных датчиков.The invention relates to a measurement technique, in particular, to voltage-to-voltage transducers based on capacitive sensors.

Известно устройство дл  преобразовани  перемещени  в напр жение, которое позвол ет работать как с двухэлектродным, так и с дифференциальным емкостными датчиками, у которых один из элементов электрически соединен с объектом перемещени .A device for converting a displacement into a voltage is known, which allows working with both two-electrode and differential capacitive sensors, in which one of the elements is electrically connected to the object of displacement.

Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность преобразовани  перемещени  в напр жение, обусловленна  зависимостью результата преобразовани  от параметров элементов схемы устройства.The disadvantage of this device is the low accuracy of conversion of movement to voltage, due to the dependence of the conversion result on the parameters of the circuit elements of the device.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  преобразовани  перемещени  в напр жение , содержащее источник опорного напр жени , образцовый конденсатор, емкостный датчик, преобразователь зар да в напр жение, дискретный интегратор, а также элементы управлени  и коммутации.The closest in technical essence to the invention is a device for converting a movement into a voltage, comprising a reference voltage source, an exemplary capacitor, a capacitive sensor, a charge-to-voltage converter, a discrete integrator, as well as control and switching elements.

Работа устройства осуществл етс  в два такта. В течение первого такта образцовый конденсатор зар жаетс  опорным напр жением , противоположным по знаку выходному, а конденсатор емкостного датчика зар жаетс  напр жением с выхода дискретного интегратора, которое  вл етс  выходным напр жением устройства. Во втором такте преобразователь зар да в напр жение преобразует в напр жение сумму зар дов, накопленных в течение первого такта образцовым конденсатором и конденсатором емкостного датчика.The operation of the device is carried out in two cycles. During the first cycle, the reference capacitor is charged with a reference voltage opposite to that of the output, and the capacitor of the capacitive sensor is charged with the voltage from the output of the discrete integrator, which is the output voltage of the device. In the second cycle, the charge-to-voltage converter converts the sum of the charges accumulated during the first cycle by the reference capacitor and the capacitor of the capacitive sensor into voltage.

Недостатком известного устройства  вл етс  узка  область применени , что обусловлено невозможностью работы с двухэлектродными емкостными датчиками, у которых один из электродов заземлен (имеет электрический контакт с перемещающимс  объектом).A disadvantage of the known device is the narrow field of application, which is caused by the impossibility of working with two-electrode capacitive sensors, in which one of the electrodes is grounded (has electrical contact with a moving object).

Известные технические решени  также не позвол ют работать с дифференциальными емкостными датчиками, в том числе с теми, у которых заземлен общий электрод, а именно такие датчики широко используютс  в точных механизмах.Known technical solutions also do not allow working with differential capacitive sensors, including those with a common electrode grounded, and such sensors are widely used in precise mechanisms.

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  за счет обеспечени  работоспособности с датчиками различных конструкций, в том числе дифференциальными с заземленным общим электродом .The aim of the invention is to expand the field of application by ensuring operability with sensors of various designs, including differential ones with a grounded common electrode.

которого соединен с общей шиной, конденсатор , включенный между инвертирующим входом операционного усилител  и его выходом , емкостный датчик, первый и второйwhich is connected to the common bus, a capacitor connected between the inverting input of the operational amplifier and its output, a capacitive sensor, the first and second

переключатели, источник положительного опорного напр жени , выход которого через нормально замкнутый контакт первого переключател  соединен с первым электродом емкостного датчика, блок синхронизации, выход которого соединен с управл ющими входами первого и второго переключателей, нормально разомкнутые контакты которых соединены между собой, снабжено источником отрицательногоswitches, the source of positive reference voltage, the output of which is connected through a normally closed contact of the first switch to the first electrode of a capacitive sensor, the synchronization unit whose output is connected to the control inputs of the first and second switches, whose normally open contacts are interconnected

5 опорного напр жени  и третьим переключателем , нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты которого соединены соответственно с инвертирующим входом операционного усилител  и его выходом, управл ющий вход третьего переключател  соединен с выходом блока синхронизации, источник отрицательного опорного напр жени  через нормально замкнутый контакт второго переключател  соединен с вторым5 of the reference voltage and the third switch, the normally closed and normally open contacts of which are connected respectively to the inverting input of the operational amplifier and its output, the control input of the third switch is connected to the output of the synchronization unit, the source of the negative reference voltage is connected via the normally closed contact of the second switch the second

5 электродом емкостного датчика, который выполнен дифференциальным с заземленным общим электродом.5 electrode capacitive sensor, which is made differential with a grounded common electrode.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема узлаFIG. 1 shows the scheme of the proposed device; in fig. 2 - site diagram

0 синхронизации; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.0 sync; in fig. 3 - timing charts of the device.

Предлагаемое устройство дл  преобразовани  перемещени  в напр жение (фиг. 1) содержит операционный усилитель 1, неин5 вертирующий вход которого соединен с общей шиной 2, конденсатор 3, включенный между инвертирующим входом операционного усилител  1 и его выходом, емкостный датчик 4, первый и второй переключатели 5The proposed device for converting the movement into voltage (Fig. 1) contains an operational amplifier 1, a non-5 rotating input of which is connected to a common bus 2, a capacitor 3 connected between the inverting input of the operational amplifier 1 and its output, a capacitive sensor 4, the first and second switches five

0 и 6, источник 7 положительного опорного напр жени , выход которого через нормально замкнутый контакт первого переключател  5 соединен с первым электродом емкостного датчика 4, блок 8 синхронизации, выход которого соединен с управл ющими входами первого и второго переключателей 5 и 6, нормально разомкнутые контакты которых соединены между собой , источник 9 отрицательного опорного0 and 6, the positive-voltage source 7, the output of which through a normally closed contact of the first switch 5 is connected to the first electrode of a capacitive sensor 4, synchronization unit 8, the output of which is connected to the control inputs of the first and second switches 5 and 6, normally open contacts which are interconnected, the source 9 is a negative reference

0 напр жени  и третий переключатель 10, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты которого соединены соответственно с инвертирующим входом операционного усилител  1 и его выходом,Voltage 0 and the third switch 10, normally closed and normally open contacts of which are connected respectively to the inverting input of the operational amplifier 1 and its output,

Claims (1)

5 управл ющий вход третьего переключател  10 соединен с выходом блока 8 синхронизации , источник 9 отрицательного опорного напр жени  через нормально замкнутый контакт второго переключател  6 соединен с вторым электродом емкостного датчика 4, который выполнен дифференциальным сзаземленным общим электродом. Узел 8 синхронизации (фиг. 2) содержит генератор 11, счетный триггер 12, схему 2И 13 и схему 2И-НЕ 14. Выход схемы 2И 13  вл етс  первым выходом узла 8 синхронизации , а выход схемы 2И-НЕ 14 - вторым выходом узла 8 синхронизации. На фиг. 3 обозначено: 15и 16-диаграммы на первом и втором (верхних на фиг. 1) электродах дифференциального емкостного датчика 4 при Cxi Сх2. где Cxi емкость первого конденсатора, а Сх2 - емкость второго конденсатора; 17 и 18 - диаграммы напр жений на первом и втором электродах дифференциального емкостного датчика 4 при Сх1 Сх2 19- диаграмма сигнала на первом выходе генератора 11 тактовых импульсов; 20- диаграмма сигнала на первом выходе узла 8 синхронизации; 21-диаграмма сигнала на втором выходе узла 8 синхронизации. Преобразование перемещени  в напр жение по предлагаемому способу осуществл етс  в четыре такта. В момент времени ti (фиг. 3) по переднему фронту импульса генератора 11 начинаетс  первый такт преобразовани , который продолжаетс  до момента времени t2 и заканчиваетс  по заднему фронту импульса генератора 11. В течение первого такта на управл ющих входах переключателей 5, 6 и 10 присутствует сигнал высокого уровн  (логическа  1) и они наход тс  в положени х , изображенных на фиг. 1, и оба конденсатора дифференциального емкостного датчика 4 зар жаютс  от источников 7 и 9 опорных напр жений (диаграммы 15-18 фиг. 3). К концу первого такта оба конденсатора дифференциального емкостного датчика 4 зар жаютс  от источников 7 и 9 опорных напр жений и на них формируютс  разнопол рные зар ды: qi UoCx;(1) q2 - UoCx.(2) В момент времени по сигналу управлени  с первого выхода узла 8 синхронизации (логический О) переключатели 5 и 6 синхронно переключаютс  в положени , противоположные изображенным на фиг. 1, и наход тс  в них до окончани  цикла преобразовани  (момент времени ts). Во врем  второго такта конденсаторы емкостного датчика 4 включены параллельно и на них происходит суммирование зар дов, накопленных в первом такте. Суммарный зар д можно описать выражением: Qj; qi + q2 - Uo (Cxi - Cx2).(3) Под действием отрицательной обратной св зи, охватывающей операционный усилитель 2, зар д переписываетс  в конденсатор 3, которому в результате к концу второго такта сообщаетс  зар д: q3(t t3) -Uo(Cxi-Cx2).(4) В третьем такте преобразовани , который осуществл етс  от момента времени 1з до момента времени t, переключатель 10 под воздействием низкого уровн  сигнала управлени  находитс  в положении, противоположном изображенному на фиг. 1, а переключатели 5 и 6 не измен ют своего состо ни . В результате параллельно соединенные конденсаторы дифференциального емкостного датчика 4 зар жаютс  выходным напр жением Увых (1), полученным во втором такте. Тем самым формируетс  зар д, пропорциональный сумме обоих емкостей датчика 4 и противоположный по знаку Qj. : q4 +UBbix(1) (Сх1-Сх2)(5) В последнем, четвертом такте, который начинаетс  в момент времени t4 и заканчиваетс  в момент времени ts, переключатель 10 переходит в состо ние, изображенное на фиг, 1, и зар д q4 под действием отрицательной обратной св зи переписываетс  в конденсатор 3, где суммируетс  с зар дом q3, накопленным во втором такте. В установившемс  режиме работы приращение зар да на емкости Сз конденсатора 3 за цикл преобразовани  равно нулю, из чего следует, с учетом (4) и (5), что имеет место равенство: + Uo (Cxi - Сх2) + ивых уст.(Сх1 - Сх2) 0. где Uobix.ycT. - выходное напр жение операционного усилител  1 (выходное напр жение устройства) в установившемс  режиме, Из последнего выражени  вытекает функци  преобразовани  устройства: - I I xl Х2 , . L1-L2 /q-) -Uo 7 ТТ Uo-j-ТТ Cxi + Сх2LI + L2 где LI и L2 - размеры перемещений подвижного электрода дифференциального емкостного датчика 4 относительно первого и второго неподвижных электродов соответственно . Предлагаемое устройство при высокой точности преобразовани  работоспособно не только с дифференциальным емкостным датчиком с заземленным общим электродом , но и с двухэлектродным, если вместо второго конденсатора подключить образцовый (как в прототипе). Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет более широкую область применени . Формула изобретени  Устройство дл  преобразовани  перемещени  в напр жение, содержащее операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилител  и его выходом, емкостной датчик, первый и второй переключатели, источник положительного опорного напр жени , выход которого через нормально замкнутый контакт первого переключател  соединен с первым электродом емкостного датчика, блок синхронизации , выход которого соединен с уп-й 1Ере , If пере г 5, the control input of the third switch 10 is connected to the output of the synchronization unit 8, the source 9 of the negative reference voltage is connected via a normally closed contact of the second switch 6 to the second electrode of the capacitive sensor 4, which is provided with a differential common ground electrode. The synchronization node 8 (FIG. 2) contains a generator 11, a counting trigger 12, a 2I 13 circuit, and a 2I-NO 14 circuit. The output of the 2I 13 circuit is the first output of the synchronization unit 8, and the output of the 2I-HE 14 circuit is the second output of the 8 node sync. FIG. 3 denotes: 15 and 16-diagrams on the first and second (upper in FIG. 1) electrodes of the differential capacitive sensor 4 with Cxi Cx2. where Cxi is the capacity of the first capacitor, and Cx2 is the capacity of the second capacitor; 17 and 18 are voltage diagrams for the first and second electrodes of the differential capacitive sensor 4 at Cx1 CX2; 19 is a signal diagram at the first output of the generator 11 clock pulses; 20 is a signal diagram at the first output of the synchronization node 8; 21-diagram of the signal at the second output node 8 synchronization. The conversion of the displacement into voltage by the proposed method is carried out in four cycles. At time ti (Fig. 3), the leading edge of the generator 11 begins the first conversion cycle, which continues until time t2 and ends at the falling edge of the generator pulse 11. During the first cycle, the control inputs of the switches 5, 6 and 10 are present the signal is high (logical 1) and they are in the positions shown in fig. 1, and both capacitors of the differential capacitive sensor 4 are charged from sources 7 and 9 of reference voltages (Fig. 15-18 of Fig. 3). At the end of the first clock cycle, both capacitors of the differential capacitive sensor 4 are charged from sources 7 and 9 of the reference voltages, and different-polarity charges are formed on them: qi UoCx; (1) q2 - UoCx. (2) At the time of the control signal from the first the output of the synchronization unit 8 (logical O) switches 5 and 6 synchronously switch to the opposite positions shown in FIG. 1 and remain there until the end of the conversion cycle (time ts). During the second cycle, the capacitors of the capacitive sensor 4 are connected in parallel and summation of the charges accumulated in the first cycle occurs on them. The total charge can be described by the expression: Qj; qi + q2 - Uo (Cxi - Cx2). (3) Under the influence of negative feedback covering the operational amplifier 2, the charge is rewritten into the capacitor 3, which as a result, by the end of the second cycle, the charge: q3 (t t3) - Uo (Cxi-Cx2). (4) In the third conversion cycle, which takes place from time point 1 to time point t, the switch 10 under the influence of the low level of the control signal is in a position opposite to that shown in FIG. 1, and switches 5 and 6 do not change their state. As a result, the parallel-connected capacitors of the differential capacitive sensor 4 are charged by the output voltage Uv (1) obtained in the second cycle. Thereby a charge is formed that is proportional to the sum of both capacitances of sensor 4 and opposite in sign to Qj. : q4 + UBbix (1) (Cx1-CX2) (5) In the last, fourth cycle that starts at time t4 and ends at time ts, switch 10 goes into the state shown in FIG. 1 and charges q4 under the influence of negative feedback is rewritten to capacitor 3, where it is summed up with charge q3 accumulated in the second cycle. In the steady-state operating mode, the charge increment on the capacitance Cz of the capacitor 3 during the conversion cycle is zero, which means, taking into account (4) and (5), which holds: + Uo (Cxi - Cx2) + out of settings. - Cx2) 0. where Uobix.ycT. - the output voltage of the operational amplifier 1 (the output voltage of the device) in steady state. From the last expression follows the function of the device conversion: - I I xl X2,. L1-L2 / q-) -Uo 7 TT Uo-j-TT Cxi + Cx2LI + L2 where LI and L2 are the dimensions of the displacements of the movable electrode of the differential capacitive sensor 4 relative to the first and second fixed electrodes, respectively. The proposed device with high conversion accuracy is operable not only with a differential capacitive sensor with a grounded common electrode, but also with a two-electrode one if you connect an exemplary capacitor instead of the second capacitor (as in the prototype). Thus, the proposed device in comparison with the known has a wider scope. The invention is a device for converting a movement into a voltage containing an operational amplifier, a non-inverting input of which is connected to a common bus, a capacitor connected between the inverting input of an operational amplifier and its output, a capacitive sensor, the first and second switches, a source of positive reference voltage, the output of which through the normally closed contact of the first switch is connected to the first electrode of a capacitive sensor, a synchronization unit, the output of which is connected to the pin 1EPe, If the transition Фиг. 2 равл ющими входами первого и второго переключателей , нормально разомкнутые контакты которых соединены между собой, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени , оно снабжено источником отрицательного опорного напр жени  и третьим переключателем, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты которого соединены соответственно с инвертирующим входом операционного усилител  и его выходом, управл ющий вход третьего переключател  соединен с выходом блока синхронизации, источник отрицательного опорного напр жени  через нормально замкнутый контакт второго переключател  - с вторым электродом емкостного датчика, который выполнен дифференциальным с заземленным общим электродом. чате/  м чашЕлю FIG. 2 equal inputs of the first and second switches, normally open contacts of which are interconnected, characterized in that, in order to expand the scope of application, it is equipped with a source of negative reference voltage and a third switch, normally closed and normally open contacts of which are connected respectively to the inverting the input of the operational amplifier and its output, the control input of the third switch is connected to the output of the synchronization unit, the source of the negative reference voltage Through a normally closed contact of the second switch with the second electrode of a capacitive sensor, which is made differential with a grounded common electrode. chat / m bowl Сх.СSh.S -у.-y }гп:} gp:
SU894751579A 1989-10-23 1989-10-23 Displacement-to-voltage converter unit SU1728663A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894751579A SU1728663A1 (en) 1989-10-23 1989-10-23 Displacement-to-voltage converter unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894751579A SU1728663A1 (en) 1989-10-23 1989-10-23 Displacement-to-voltage converter unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1728663A1 true SU1728663A1 (en) 1992-04-23

Family

ID=21475757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894751579A SU1728663A1 (en) 1989-10-23 1989-10-23 Displacement-to-voltage converter unit

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1728663A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4743836A (en) Capacitive circuit for measuring a parameter having a linear output voltage
JP2008507221A (en) Sigma delta modulator
WO2003071230A3 (en) Bridged capacitor sensor measurement circuit
SU1728663A1 (en) Displacement-to-voltage converter unit
JP2005140657A (en) Capacity change detecting circuit for electrostatic capacity type sensor
JPS5840125B2 (en) Seidenyouriyou - Chiyokuryuden Atsuhen Kansouchi
JP3282360B2 (en) Capacitive sensor
JP3329060B2 (en) Capacitive sensor
RU1781637C (en) Measuring converter of differential capacitive pickup
SU1628013A1 (en) Capacitance-to-frequency converter
RU2272298C1 (en) Capacity transformer of movements
SU1767451A1 (en) Metering transducer with capacity sensor
KR100211114B1 (en) Liquid level detector
SU1525619A1 (en) Transducer of parameters of capacitive pick-ups to time interval and voltage
SU847374A1 (en) Analogue storage
SU1580404A1 (en) Linear extrapolator
SU1520330A1 (en) Precision capacity-to-voltage converter
JPS62207903A (en) Capacitance type displacement detector
JPS5770404A (en) Capacitance detecting circuit
JPH076939B2 (en) Capacitive sensor signal processing circuit
SU842589A1 (en) Sweep ramp voltage generator
SU752795A1 (en) Integrating a-d converter
RU2020580C1 (en) Integrator
JPS62207902A (en) Capacitance type displacement detector
SU712951A1 (en) Current-to-frequency converter