SU991331A2 - Резонансный измеритель малых приращений емкости - Google Patents

Description

ни , электронный ключ и блок формир вани  стробирующих импульсов, вход к торого подключен к выходу генератора низкой частоты, выход подключен к управл ющему входу генератора выс кой частоты и к входу электронного ключа,-вход электронного ключа подключен к второму источнику стабилиз рованного напр жени , а его выход к входу узкополосного фильтра. На чертеже представлена функциональна  схема предлагаемого устройства . Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, подключенный через конденсатор 2 св зи к колебательном контуру 3, параллельно которому вкл чены последовательно соединенные ва рикап 4 и конденсатор 5. Амплитудны детектор 6, вход которого подключен к колебательному контуру 3, а его выход св зан через узкополосный фильтр 7 с входом усилител  8 низко частоты и через фильтр 9 нижних час тот с одним из входов дифференциаль ного усилител  10. Второй вход усилител  10 соединен с источником 11 стабилизированного посто нного напр жени , а его выход подключен к мест соединени  варикапа 4 и конденсатора 5. Конденсатор 5, варикап 4,филь 9,. -дифференциальный усилитель 10 и источник 11 стабилизированного напр жени  составл ют блок 12 стабилизации рабочей точки на боковой ветви резонансной кривой. Информационный вход синхронного .детектора 13 подключен к выходу усилител  8 низкой частоты. Переключатель 14, генератор 15 низкой частоты и два конденсатора (контролируемый 16 и управл емый 17) подключены к входам переключател  14. Выход переключател  14 подклю чен к колебательному контуру 3, а его управл ющий вход соединен с выхо дом генератора 15 низкой частоты и управл ющим входом синхронного детек тора 13. Источник 18 стабилизированного посто нного напр жени , электронный ключ 19 и блок 20 формировани  стробирующих импульсов/ вход которого соединен с выходом генератора 15 низкой частоты, а выход блока 20 формировани  стробирующих импульсов подключен к управл ющим входам генератора 1 высокой частоты и элект ройного ключа 19. Вход ключа 19 соединен с источником 18 стабилизирован ного посто нного напр жени , а его выход подключен к входу узкополосного фильтра 7. Устройство содержит такнсе регистрирующий индикатор 21, сумматор 22, делитель 23 напр жени  и источник 24 стабилизированного пос то нного напр жени , вход которого подключен через делитель 23 напр жени  к одному из входов сумматора 22, второй вход которого подключен через регистрирующий индикатор 21 к выхоцу синхронного детектора 13. Выход сумматора 22 подключен к управл ющему входу конденсатора 17. Принцип работы устройства заключаетс  в следующем. 1енератор 1 высокой частоты через конденсатор 2 подпитывает колебательный контур 3, параллельно которому включены последовательно соединенные варикап 4 и конденсатор 5. Колебательный контур настраивают так, что его рабочее напр жение, так называема  рабоча  точка, находитс  на боковой ветви резонансной кривой. Напр жение колебательного контура 3, выпр мленное амплитудным детектором 6, подают через узкополосный фильтр 7 на вход усилител  8 низкой частоты и через фильтр 9- нижних частот - на один из входов дифференциального усилител , 10, на второй вход которого подают такое же по величине посто нное напр жение от источника 11 стабилизированного напр жени . Выход усилител  10 подключен к месту соединени  варикапа 4 и конденсатора 5. При изменении, параметров элементов колебательного контура 3 или изменении частоты генератора 1 рабоча  точка сместитс  вверх или вниз по резонансной кривой.Вследствие этого изменитс  напр жение посто нной составл ющей на выходе амплитудного детектора 6, которое подаетс  на дифференциальный усилитель 10. На выходе .дифференциального усилител  10 по витс  сигнал, который вызовет приращение (увеличение или уменьшение ) емкости варикапа 4. Это возвратит рабочую точку в исходное положение и скомпенсирует дестабилизирующий фактор. С выхода усилител  8 низкой частогты сигнал поступает на информационный вход синхронного детектора 13, который управл етс  синхронно с переключателем 14 генератором 15 низкой частоты . Напр жение на выходе генератор .а 15 низкой частоты имеет форму меандра . При помощи переключател  14 происходит поочередное подключение к колебательному контуру 3 контролируемого конденсатора 16 и управл емого конденсатора 17. При использовании контактного переклк )чател  , например геркона, в качестве переключател  14 поочередные подключени  конденсаторов 16 и 17 происход т не мгновенно, а с некоторым запаздыванием, св занным с инерционностью подвижного контакта во врем  его переброса с одного неподвижного контакта на другой и с так называемым дребезгом, имеющим место при его соприкосновении с неподвижными контактами. После окончани  дребезга следует режим установивщегос  посто нного контакта. Так как на дребезг и на врем  переброса подвижного контакта переключател  14 существенное вли ние оказывают температура , инерционные и гравитационные ситы и т.д. (причем эти Факторы по разному вли ют на дребезг и на врем  переброса контакта в пр мом и обратном направлении), то измен етс  и врем  подключени  контролируемого 16 и управл емого 17 конденсаторов, что приводит к по влению погрешностей измерени .

Дл  существенного уменьшени  указанных погрешностей необходимо в процессе измерени  исключить вли ние времени переброса и дребезга контактов переключател  14 на результат измерени . Это достигаетс  введение дополнительного источника 18 стабилизированного посто нного напр жени , электронного ключа 19 и блока 20 формировани  стробирующих импульсов, а также св зей между ними.

Напр жение генератора 15 низкой частоты поступает на блок 20 формировани  стробирующих импульсов/ которь1й под воздействием этого напр жени  формирует стробирующие импульсы, длительность которых устанавливаетс  несколько большей, чем суммарное врем  переброса контакта и его дребезга . Строб-импульсы с выхода блока 20 формировани  стробирующих импульсов подаютс  на управл кндий вход генератора 1 высокой частоты и на управл ющий вход электронного ключа 19. При постуГхлении стробирующего импульса на генератор 1 высокой частоты он выключаетс  (запираетс ) на врем  длительности импульса, что приведет к исчезновению напр жени  на колебательном контуре 3 и, следовательно, на имплитудном детекторе 6. Учитыва , что включение и выключение генератора 1 высокой частоты может производитьс  электронным способом, а скорость по влени  и исчезновени  напр жени  на колебательном контуре 3 и амплитудном детекторе б относительно больша , поэтому фронты напр жени , вызванные включением и выключением генератора- 1 высокой частоты на амплитудном детекторе 6, будут достаточно крутыми.

Стробирующий импульс с выхода блока 20 формировани  стробирующих импульсов поступает также на электронный ключ 19, вход которого подключен к источнику 18 стабилизированного пото нного напр жени , а выход его подключен к входу уэкополосного фильтра. 7 частоты коммутации. Напр жение источника 18 стабилизированного посто нного напр жени  устанавливаетс  равным напр жению посто нной составл ющей на выходе амплитудного детектора 6, величина которого поддерживаетс  на определенном уровне с помощью блока стабилизации рабочей точки. При поступлении стробирующих импульсов на электронный ключ 19, на выходе его по в тс  сигналы импульсных напр жений, равные по амплитуде на- пр жению источника 18, а по длительности равные длительности сигналам стробирующих импульсов. Сигналы с выходом амплитудного детектора 6 и электронного ключа 19 поступают на

0 вход узкополосного фильтра 7 частоты коммутации, где эти входные сигналы суммируютс .

Так как на врем  переброса и дребезга контакта переключател  14 происходит отключение генератора 1 высо5 кой частоты, то процедура подключени  конденсаторов 16 и 17 при помощи переключател  14 осуществл етс  при отсутствии высокочастотного напр жени  на контуре 3 и на контактах

0 самого переключател . Следовательно, си1;нал на выходе амплитудного детектора 6 не содержит составл к цих, св занных с нестабильностью времени переброса и дребезга подвижного контак5

Провалы

напр жени  в выходп

та.

ном сигнале амплитудного детектора б, . обусловленные отключением генератора 1 высокой частоты, компенсируютс  импульсами напр жени  с выхода элект0 ронного ключа 19, которые по длительности равны ширине длительности провала , а амплитуда равна посто нной составл квдей сигнала детектора 6.

Неполна  компенсаци  провалов,

5 котора  может иметь место из-за неточной установки напр жени  источника 18 из-за временной и температурной нестабильности коэффициента передачи электронного ключа 19 и из-за

0 возможного дрейфа напр жени  посто нной составл ющей на выходе амплитудного детектора 6 приведет к по влению информационной переменной составл ющей , частота которой в два ра- .

5 за выше частоты информативного сигнала (частоты коммутации). Однако эта помеха .не вызовет по влени  дополнительных погрешностей, так как она будет ослаблена узкополосным фильтром 7 и полностью подавлена синхрон0 ным детектором 13 ввиду известного свойства синхронного детектора 13 подавл ть четные гармоники в спектре детектируемого сигнала.

5

При неравенстве емкостей контролируемого конденсатора 16 и управл емого конденсатора 17 высокочастотное напр жение колебательного контура 3 будет промодулировано низкой

Claims (1)

1. 0 частотой. На выходе амплитудного детектора по витс  переменна  составл юща  низкой частоты, величина которой определ етс  разностью емкостей конт .ролируемого и управл емого конденсато5 ров 16 и 17. Переменна  составл юща  сигнала (фильтруетс , усиливаетс  и поступает .на синхронный детектор 13, на выходе которого по витс  посто нное напр жение , функционально св занное с разностью емкостей конденсаторов 16 и 17 Это напр жение поступает через регист рирующий индикат р 21 на один из входов сумматора 22, на второй входкоторого подаетс  через делитель напр жени  от источника 23 стабилизирован i ного посто нного напр жени . На выходе сумматора по витс  напр жение, которое прикладываетс  к управл ющему входу конденсатора 17. Это напр жение скомпенсирует разность емкостей между контролируемым 16 и управл емым l7 конденсаторами. Величина тока, протекаиоща  через регистрирующий индикатор 21, функционально св зана с приращением емкости контролируемого конденсатора 16. Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с известным существенно повышаетс  точность измерени  за счет исключени  погрешностей, обусловленных температурной и временной нестабильностью в работе переключател  14. Исключение указанных погрешностей измерени  в предлагаемом резонансном измерителе позволит применить его в устройствах, которые предназначены дл  измерени  неэлектрических величин , например толщины диэлектрических пленок,, диаметра диэлектрических нитей, влажности материалов и воздуха и т.д., электроемкостным способом Особенно необходим предлагаемый резонансный измеритель в тех случа х, ког да отклонени  измер емых неэлектри .ческих величин вызывают весьма малые приращени  емкости в первичных емкосTHfcJxt преобразовател х. Резонансный измеритель малых приращений емкости изготовлен в виде макета и исследован с целью оценки его погрешности измерени . Результаты исследований подтвердили правильность выбора технического решени . Учитыва  простоту схемотехнического решени , несложность изготовлени  и высокую точность измерени , предлагаемый резонансный изме5 итель найдет широкое применение в устройствах, предназначенных дл  измерени  неэлектрических- величин электроемкостным способом . . Формула изо.бретани  Резонансный измеритель ма.пых приращений емкости по авт. св. № 808981, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены второй источник стабилизированного посто нного напр жени , электронный ключ и блок формировани  стробируюЩих импульсов,вход которо-. го подключен к выходу генератора низкой частоты, выход подключен к управл ющему входу генератора высокой частоты и к управл ющему входу электронного ключа, вход электронного ключа подключен к второму источнику стабилизированного напр жени , а его выход - к входу узкополосного фильтра. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 808981 по за вке 27002l5/fl, кл. G 01 R 27/26, 20.12.78.