SU1762263A1 - Method of conversing capacitance of differential transducer - Google Patents

Method of conversing capacitance of differential transducer Download PDF

Info

Publication number
SU1762263A1
SU1762263A1 SU894761028A SU4761028A SU1762263A1 SU 1762263 A1 SU1762263 A1 SU 1762263A1 SU 894761028 A SU894761028 A SU 894761028A SU 4761028 A SU4761028 A SU 4761028A SU 1762263 A1 SU1762263 A1 SU 1762263A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
capacitors
currents
capacitance
transistors
proportional
Prior art date
Application number
SU894761028A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Борисович Андреев
Виктор Алексеевич Баранов
Владимир Алексеевич Баранов
Юрий Анатольевич Гневшев
Олег Николаевич Селютин
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 SU894761028A priority Critical patent/SU1762263A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1762263A1 publication Critical patent/SU1762263A1/en

Links

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Использование: в измерительной технике , в частности в преобразовател х емкости в напр жение или ток. Сущность изобретени ; периодический перезар д 2-х конденсаторов и выделение TOKOS от обоих направлений перезар да, пропорциональных разности токов 2-х конденсаторов. Осо- бенностыо изобретени   вл етс  дополнительное выделение токов от второго направлени  перезар да, что позвол ет повысить ч /вотшп елькость   помехозащищенность . 2 i l i.Usage: in measurement technology, in particular in converters of capacitance into voltage or current. Summary of the Invention; periodic recharging of 2 capacitors and separation of TOKOS from both directions of recharging, proportional to the difference of currents of 2 capacitors. A particular feature of the invention is the additional isolation of currents from the second direction of the recharge, which allows for improved h / v interference immunity. 2 i l i.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к преобразовател м дл  емкостных датчиков. Оно может быть использовано при измерении перемещений , давлени  и других физических величин .This invention relates to a measurement technique, in particular, to converters for capacitive sensors. It can be used to measure displacements, pressure, and other physical quantities.

Известен способ, основанный на периодическом перезар де емкости датчика и формировании результата в виде разности напр жений, пропорциональных емкости датчика.The known method is based on periodically recharging the sensor capacitance and generating a result in the form of a voltage difference proportional to the sensor capacitance.

Недостатком известного способа  вл етс  низка  чувствительность, поскольку дл  формировани  результата используетс  только разр д емкости датчика. Другим недостатком способа  вл етс  низка  устойчивость к низкочастотным помехам.The disadvantage of the known method is low sensitivity, since only the discharge of the capacitance of the sensor is used to form the result. Another disadvantage of the method is low resistance to low-frequency interference.

Известен также способ, основанный на периодическом перезар де емкости датчика и формировании в процессе разр да результата преобразовани .There is also known a method based on the periodic recharging of the sensor capacitance and the formation of the conversion result in the discharge process.

Недостатками известного способа также  вл ютс  низка  чувствительность и низка  -помехоустойчивость.The disadvantages of this method are also low sensitivity and low noise immunity.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  способ преобразовани  емкости, основанный на периодическом перезар де от источника переменного напр жени  первого и второго конденсаторов, в процессе которого выдел ют токи перезар да конденсаторов одного направлени , из которых формируют выходной сигнал, пропорциональный разности первого и второго сигналов.The closest to the invention in its technical nature is a capacitance conversion method based on periodic recharging from a source of alternating voltage of the first and second capacitors, during which the recharge currents of capacitors of one direction are extracted, from which the output signal is proportional to the difference of the first and second signals.

Устройство, реализующее известный способ, содержит первый транзистор с первым диодом и второй транзистор Со вторым диодом. Эмиттеры транзисторов соединены соответственно с первым и вторым конденсаторами дифференциального датчика, обща  обкладка которого заземлена, ба ы транзисторов объединены и подключен ..:. выходу источника переменного периодического напр жени . Транзисторы периодически переход т из закрытого состо ни  в линейный режим и обратно при изменении пол рности переменного напр жени . Токи в коллекторах транзисторов завис т от емкостей конденсаторов датчика Cxi и Сх2 иA device that implements a known method, contains the first transistor with the first diode and the second transistor With the second diode. The emitters of the transistors are connected respectively to the first and second capacitors of the differential sensor, the common lining of which is grounded, the bases of the transistors are combined and connected ..:. output of a variable periodic voltage source. Transistors periodically switch from closed state to linear mode and back when the polarity of the alternating voltage changes. The currents in the collectors of the transistors depend on the capacitors of the capacitors Cxi and Cx2 and

(L

xjxj

ГОGO

юYu

ONON

СОWITH

; (ЭЯПпЛ ; (Eyappl

их средние (за период сигнала источника переменного напр жени ) значениг определ ютс  выражени миtheir average (for the period of the signal of the source of alternating voltage) values are determined by the expressions

1 1ср K Cxi + 1пср1 Ik2cp К-СХ2 + 1пср2,1 1cr K Cxi + 1psr1 Ik2cp C-CX2 + 1psr2,

где К - коэффициент, пропорциональный частоте и амплитуде сигнала источника переменного напр жени ; Пср1 и Пср2 - сред- кие за период сигнала источника переменного напр жени значени  составл ющих коллекторных токов первого и второго транзисторов, обусловленные низкочастотными наводками на конденсаторах датчика.where K is a coefficient proportional to the frequency and amplitude of the signal of the alternating voltage source; Psr1 and Psr2 are the average for the period of the signal of the alternating voltage source, the values of the components of the collector currents of the first and second transistors, due to low-frequency pickups on the capacitors of the sensor.

Коллекторы транзисторов соединены со входами разностного усилител , который вырабатывает выходной сигнал, пропорциональный дифференциальной емкости датчика , например, ток еых. описываемый выражениемThe collectors of the transistors are connected to the inputs of a differential amplifier, which produces an output signal proportional to the differential capacitance of the sensor, for example, current. described by expression

вых К(Сх1 - СХ2) + (1пср1 - 1пср2) К(СХ1 СХ2)± Д1псрOut K (Cx1 - CX2) + (1psr1 - 1psr2) K (CX1 CX2) ± D1psr

ОИ Cxi - CX2, Alncp (1пср1 - 1пср2) О, НОOI Cxi - CX2, Alncp (1psr1 - 1psr2) O, BUT

ри всех-Сх1/ Сх2 Д псрЈ 0, т.к. Incpi и Пср2 пропорциональны значени м емкостей Cxi и Сх2 Таким образом, известный способ не обеспечивает устойчивость преобразовани  к низкочастотным помехам.For all-Cx1 / Cx2 D psrЈ 0, since Incpi and Psr2 are proportional to the values of the capacitances Cxi and Cx2. Thus, the known method does not ensure the stability of the conversion to low-frequency interference.

Недостатком известного способа также  вл етс  низка  чувствительность к изменени м емкости датчика, т.к. результат преобразовани  определ етс  по сигналу, пропорциональному значению только одно- из двух противоположно направленных токов, перезар жающих каждый конденсатор . Второй ток протекает через цепь разр да и непосредственно дл  получени  информации о емкости датчика не используетс .A disadvantage of the known method is also low sensitivity to changes in sensor capacitance, since the conversion result is determined by a signal proportional to the value of only one of the two oppositely directed currents that recharge each capacitor. The second current flows through the discharge circuit and is not used directly to obtain information about the capacitance of the sensor.

Вторым недостатком способа  вл етс  низка  помехоустойчивость преобразовани  из-за вли ни  низкочастотных, в частности , сетевых помех, наводимых на конденсаторах датчика.A second disadvantage of the method is the low noise immunity of the conversion due to the influence of low-frequency, in particular, network noise induced on the capacitors of the sensor.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и помехоустойчивости преобразовани ,The aim of the invention is to increase the sensitivity and noise immunity of the conversion,

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе преобразовани  емкости дифференциального датчика, основанном на периодическом перезар де от источника переменного напр жени  первого и второго конденсаторов, в процессе которого выдел ют токи перезар да конденсаторов одного нэгГравлени , из которых формируют выходной сигнал, про This goal is achieved by the fact that in a known method of converting a capacitance of a differential sensor based on a periodic recharge from a source of alternating voltage of the first and second capacitors, during which the recharge currents of one of the single engravings are extracted, from which the output signal is generated.

порциональный разности первого и второго сигналов, дополнительно выдел ют токи перезар да другого направлени , а первый и второй сигналы формируют про5 порциональными разности токов перезар да , соответственно, первого и второго конденсаторов.a portion of the difference between the first and second signals, additionally allocates overcharge currents of a different direction, and the first and second signals form proportional differences of the overcharge currents, respectively, of the first and second capacitors.

На фиг.1 приведена функциональна  схема варианта устройства дл  реализацииFigure 1 shows the functional diagram of a variant of the device for implementing

10 способа; на фмг.2 - пример выполнени  разностного усилител , вход щего в состав устройства .10 ways; On fmg.2 - an example of the implementation of a differential amplifier, which is part of the device.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит первый и второйA device that implements the proposed method, contains the first and second

15 транзисторы 1 и 2 одного типа проводимости , базы которых объединены и подключены к выходу заземленного источника 3 переменного напр жени , эмиттеры первого и второго транзисторов 1 и 2 соединены15 transistors 1 and 2 of the same type of conductivity, the bases of which are combined and connected to the output of a grounded source of alternating voltage 3, the emitters of the first and second transistors 1 and 2 are connected

20 соответственно с обкладками первого и второго конденсаторов 4 и 5 дифференциального датчика 6, обща  обкладка которого заземлена, коллекторы первого и второго транзисторов 1 и 2 соединены еоответствен25 но с первым и вторым входами 7 и 8 разностного усилител  9, выход которого  вл етс  выходом 10 устройства, третий и четвертый транзисторы 11 и 12, тип проводимости которых противоположен типу проводимости20, respectively, with the plates of the first and second capacitors 4 and 5 of the differential sensor 6, the common plate of which is grounded, the collectors of the first and second transistors 1 and 2 are connected 25 with the first and second inputs 7 and 8 of the difference amplifier 9, the output of which is output 10 of the device , the third and fourth transistors 11 and 12, the type of conductivity which is opposite to the type of conductivity

30 первого и второго транзисторов 1 и 2, причем базы третьего и четвертого транзисторов 11 и 12 объединены и подключены к выходу источника 3 переменного напр жени , эмиттер третьего транзистора 11 сое35 динен с эмиттером первого транзистора 1, эмиттер четвертого транзистора 12 соединен с эмиттером второго транзистора 2, коллекторы третьего и четвертого транзисторов 11 и 12 подключены соответственно к треть40 ему и четвертому входам 13 и 14 разностного усилител  9.30 of the first and second transistors 1 and 2, the bases of the third and fourth transistors 11 and 12 being combined and connected to the output of the alternating voltage source 3, the emitter of the third transistor 11 is connected to the emitter of the first transistor 1, the emitter of the fourth transistor 12 is connected to the emitter of the second transistor 2, the collectors of the third and fourth transistors 11 and 12 are connected respectively to the third 40 to it and the fourth inputs 13 and 14 of the difference amplifier 9.

Разностный усилитель 9 (фиг.2) содержит резисторы 15,..24, конденсаторы 25...28, операционный усилитель 29, вы45 ход которого  вл етс  выходом 10 устройства . При реализации схемы разностного усилител  необходимо выполнить условие R15 R16 R17 R18, Предпочтительной формой выходногоDifference amplifier 9 (Fig. 2) contains resistors 15, .. 24, capacitors 25 ... 28, operational amplifier 29, the output of which is output 10 of the device. When implementing a differential amplifier circuit, it is necessary to fulfill the condition R15 R16 R17 R18, the preferred form of the output

50 сигнала источника 3 переменного напр жени   вл етс  синусоидальна .50 of the source voltage 3 signal is sinusoidal.

Реализаци  предлагаемого способа осуществл етс  следующим образом.The implementation of the proposed method is carried out as follows.

Переменное напр жение с источника 3AC source 3

55 переменного периодического напр жени  подаетс  на базы всех четырех транзисторов 1,2,11 и 12, попарно ввод  их то в открытое , то в закрытое состо ние. При положительной полуволне синусоидального напр жени  открываютс  первый и второй55 alternating periodic voltages are applied to the bases of all four transistors 1, 2, 11 and 12, in pairs, either in open or in closed state. With a positive half-wave of sinusoidal voltage, the first and second

транзисторы 1 и 2, и их эмиттерные токи обеспечивают одновременный перезар д первого и второго конденсаторов 4 и 5 дифференциального датчика 6 токами одного направлени .transistors 1 and 2, and their emitter currents provide simultaneous recharge of the first and second capacitors 4 and 5 of the differential sensor 6 with currents of the same direction.

Коллекторные токи первого и второго транзисторов 1 и 2  вл ютс  входными токами первого и второго входов 7 и 8 разностного усилител  9. Третий и четвертый транзисторы 11 и 12 при положительной полуволне закрыты. При отрицательной полуволне они открываютс ,.и конденсаторы 4 и 5 дифференциального датчика 6 перезар жаютс  токами другого направлени . Коллекторные токи третьего и четвертого транзисторов 11 и 12  вл ютс  входными токами соответственно третьего и четвертого входов 13 и 14 разностного усилител  9. Средние (за период переменного напр жени ) значени  коллекторных токов первого и третьего транзисторов 1 и 11 Ikicp и 1н2ср пропорциональны емкости Cxi первого конденсатора 4, а средние значени  коллектор- ных токов второго и четвертого транзисторов 2 и 12 Ik2cp и Iki2cp пропорциональны емкости Сха второго конденсатора 5 дифференциального датчика 6.The collector currents of the first and second transistors 1 and 2 are the input currents of the first and second inputs 7 and 8 of the difference amplifier 9. The third and fourth transistors 11 and 12 are closed at a positive half-wave. With a negative half wave, they open, and the capacitors 4 and 5 of the differential sensor 6 are recharged by currents of a different direction. The collector currents of the third and fourth transistors 11 and 12 are the input currents of the third and fourth inputs 13 and 14 of the difference amplifier 9, respectively. The average (for the alternating voltage period) values of the collector currents of the first and third transistors 1 and 11 Ikicp and 1n2sr are proportional to the capacitance Cxi of the first the capacitor 4, and the average values of the collector currents of the second and fourth transistors 2 and 12 Ik2cp and Iki2cp are proportional to the capacitance Cx of the second capacitor 5 of the differential sensor 6.

Действие низкочастотной (например, с частотой сети) помехи вызывает по вление в коллекторных токах всех четырех транзисторов составл ющих + Пср1 ± 1пср11 ± пср и ± 1ПСР2 ± пср12 t Г пср. Данные равенства записаны с учетом того,-что частота сигнала источника 3 переменного напр жени  в2 10..4 Ю4Раз больше частоты помехи (частота помехи 50 Гц, а оптимальна  частота переменного напр жени  1-2 МГц), т.е. ток помехи можно считать посто нным в течение периода переменного напр жени .The action of low-frequency (for example, with the frequency of the network) interferes with the appearance in the collector currents of all four transistors of the components + Psr1 ± 1 psr11 ± psr and ± 1PCg2 ± psr12 t G psr. Equality data is recorded taking into account the fact that the frequency of the signal of the source 3 of alternating voltage b2 10..4 SE4R is greater than the frequency of interference (the frequency of interference 50 Hz, and the optimum frequency of alternating voltage 1-2 MHz), i.e. the disturbance current can be considered constant during the alternating voltage period.

Считаем, что в течение периода переменного напр жени  Cxi const и Сх2 const. Значени  составл ющих I ncpi и Г пср завис т от значений емкостей Cxi и Сх2 и при всех Схч Сх2 имеет место Гпср Г пср. На резисторах 15...18 и конденсаторах 25...28 разностного усилител  9 происходит выделение посто нных напр жений, пропорциональных коллекторным токам транзисторов. Дл  простоты реализации выбирают сопротивлени  резисторов 15...18 одинаковыми: R17 R18 R. Эти напр жени  суммируютс  с соответствующими знаками усилителем на основе резисторов 19.,.24 и операционного усилител  2S. Напр жение на выходе 10 устройства описываетс  выражением:We assume that during the period of variable voltage, Cxi const and Cx2 const. The values of the components I ncpi and G psr depend on the values of the capacitances Cxi and Cx2 and for all Cx Cx2 there is a Gpcr G psr. On resistors 15 ... 18 and capacitors 25 ... 28 of the difference amplifier 9, constant voltages are selected that are proportional to the collector currents of the transistors. For ease of implementation, the resistors 15 ... 18 are chosen to be the same: R17 R18 R. These voltages are summed with the corresponding signs of the amplifier based on resistors 19 ... 24 and operational amplifier 2S. The output voltage of the device 10 is described by the expression:

VSbix10 {(fk1cp +I ncp)-(lk11cp+ l ncp)VSbix10 {(fk1cp + I ncp) - (lk11cp + l ncp)

- 0k2cp + Гпср) - (Ik12cp + Г пср)} х- 0k2cp + Gpsr) - (Ik12cp + G psr)} x

х R-Ay (Iklcp + Ik11cp) - (Ik2cp + x R-Ay (Iklcp + Ik11cp) - (Ik2cp +

+ lk12cp)-R Ay 2() x+ lk12cp) -R Ay 2 () x

xR-Ay 2K(Cxi-Cx2),(4)xR-Ay 2K (Cxi-Cx2), (4)

где Ay-коэффициент передачи усилител  на основе операционного усилител  29 и резисторов 19...24; ikicp Ikiicp Icxiwhere Ay is the gain transfer factor of the amplifier based on the operational amplifier 29 and resistors 19 ... 24; ikicp ikiicp icxi

И Ik2cp Ik12cp 1CX2.And Ik2cp Ik12cp 1CX2.

Сравнение выражений (3) и (4} позвол ет сделать вывод, что предлагаемый способ обеспечивает вдвое большую чувствительность и повышенную помехоустойчивость преобразовани  по сравнению с прототипом .Comparison of expressions (3) and (4}) allows us to conclude that the proposed method provides twice as much sensitivity and increased noise immunity of the conversion as compared to the prototype.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ преобразовани  емкости дифференциального датчика на основе периодического перезар да от истрчника переменного напр жени  первого и второго конденсаторов, в процессе которого выдел ют токи перезар да конденсаторов одного направлени , из которых формируют выходной сигнал, пропорциональный разности первого и второго сигналов, отличающийс  тем. что, с целью повышени  чувствительности и помехоустойчивости, дополнительно выдел ют токи перезар да конденсаторов другого направлени , а первый и второй сигналы формируют пропорциональными разности токов перезар да соответственно первого и второго конденсаторов .A method for converting the capacitance of a differential sensor based on periodic recharging from an alternating voltage source of the first and second capacitors, during which the recharge currents of capacitors of one direction are extracted, from which they form an output signal proportional to the difference of the first and second signals, differing in. that, in order to increase sensitivity and noise immunity, the overcharge currents of the capacitors of another direction are additionally isolated, and the first and second signals are proportional to the differences of the overcharge currents of the first and second capacitors, respectively. ss /37/ 37 /J / J 7 7 JJ IX Ix -ts P%mnar«g(3P% mnar "g (3 -t./7-t./7 7474 /4/four Z/X7Z / X7 JJ
SU894761028A 1989-11-21 1989-11-21 Method of conversing capacitance of differential transducer SU1762263A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894761028A SU1762263A1 (en) 1989-11-21 1989-11-21 Method of conversing capacitance of differential transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894761028A SU1762263A1 (en) 1989-11-21 1989-11-21 Method of conversing capacitance of differential transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1762263A1 true SU1762263A1 (en) 1992-09-15

Family

ID=21480551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894761028A SU1762263A1 (en) 1989-11-21 1989-11-21 Method of conversing capacitance of differential transducer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1762263A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1026081, кл. G 01 R 27/26. 1983. Патент US №3012192, кл.G 01 R 17/10,1961. Патент US №4142144, кл. G 01 R 27/26, 1979. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0862248A (en) Capacitive acceleration sensor
CA2174900A1 (en) Method and Apparatus for Measuring the Change in Capacitance Values in Dual Capacitors
US4459856A (en) CMOS Bridge for capacitive pressure transducers
SU1762263A1 (en) Method of conversing capacitance of differential transducer
JP2000074939A (en) Capacitive acceleration sensor
US4896100A (en) Signal conditioner for capacitive transducer
DE3750797D1 (en) Analog-digital converter with capacity network.
SU1711094A1 (en) Converter of pickup capacity
JP2520137B2 (en) Position detection device
CN211787048U (en) Integrator, touch capacitance detection circuit and intelligent device
RU2291419C2 (en) Vortex measuring device
GB2155644A (en) Improvements in the measurement of impedance ratios
SU1543351A1 (en) Instrument transducer of non-electric values provided with capacitive pickup
JPH0122085Y2 (en)
RU2810694C1 (en) Dual-axis micromechanical accelerometer with capacitive displacement transducer
RU1827647C (en) Pickup capacitance to frequency converter
SU1504489A1 (en) Contact-free displacement-to-frequency transducer
JPH0353180Y2 (en)
JPS61292731A (en) Coordinate detector
SU813708A1 (en) Pulse generator
SU924619A1 (en) Converter of flat parallel differential capacitor movable electrode displacement to frequency
JPS6025579Y2 (en) capacitive electrical signal converter
JPS61270611A (en) Inclination sensor
RU2037770C1 (en) Measuring converter of nonelectric values
JPH0120650Y2 (en)