×
10.10.2013
216.012.74a9

Результат интеллектуальной деятельности: БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002495522
Дата охранного документа
10.10.2013
Аннотация: Изобретение относится к технике передачи измерительных сигналов, характеризующихся величиной электрического напряжения, в частности к буферным усилителям. Техническим результатом является повышение быстродействия передачи напряжения на расстояние за счет уменьшения времени переходных процессов передачи быстроменяющихся напряжений по длинным проводным связям. Буферный усилитель состоит из операционного усилителя и двух подключенных к его выходу и инверсному входу соединительных проводов, образующих своим объединением с другого конца выход буферного усилителя, входом которого является неинверсный вход операционного усилителя, подключенный к источнику напряжения, а параллельно входам операционного усилителя по отдельности или совместно введены резистор и один или два противофазно включенных диода, преимущественно германиевых. 1 ил.
Основные результаты: Буферный усилитель, состоящий из операционного усилителя и двух подключенных к его выходу и инверсному входу соединительных проводов, образующих своим объединением с другого конца выход буферного усилителя, входом которого является неинверсный вход операционного усилителя, подключенный к источнику напряжения, отличающийся тем, что в него параллельно входам операционного усилителя по отдельности или совместно введены резистор и один или два противофазно включенных диода, преимущественно германиевых.

Изобретение относится к технике передачи измерительных сигналов, характеризующихся величиной электрического напряжения, в частности к буферным устройствам передачи напряжения по длинным проводным линиям при построении измерительных преобразователей, например сигналов удаленных резистивных датчиков в тензометрии прочностных испытаний авиационно-космических конструкций.

Современный летательный аппарат имеет чрезвычайно сложную конструкцию, которая при минимальном весе должна обладать необходимой прочностью. Приходится проводить специфические экспериментальные исследования в широком диапазоне воздействий в большом числе точек крупных натурных конструкций. Наиболее распространенным и универсальным видом измерений при исследованиях конструкций летательных аппаратов и большого ряда других объектов науки и техники является электротензометрия [1. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. - М.: Машиностроение, 1974, с.3-12. 2. Автоматизация измерений и обработка данных при испытаниях самолета на прочность. И.Ф.Образцов, А.С.Голубков, А.Н.Серьезнов и др. - М.: Машиностроение, 1991, с.75, табл.4.3. 3. Измерительная информационная система «Прочность-2000» для испытаний на прочность современной авиакосмической техники. Е.Г.Зубов, Ю.С.Ильин, В.В.Шевчук. Авиакосмическая техника и технология, 2003, №3, с.30-36]. Важнейшим узлом измерительного оборудования здесь является преобразователь сигналов тензорезисторных датчиков (как мостовых, так и одиночных) в электрическое напряжение, характеристиками которого в значительной мере определяются конечные результаты испытаний. При построении таких преобразователей широко применяют буферные электронные устройства на базе операционных усилителей напряжения. В силу ряда положительных свойств при измерении сигналов резистивных датчиков успешно используют импульсное их питание [Передельский Г.И. Мостовые цепи с импульсным питанием. - М.: Энергоатомиздат, 1988]. Массовое использование тензорезисторов обусловлено целым комплексом известных их достоинств. Однако при большом количестве (10000-20000) датчиков и большой длине (200 метров и более) соединительных линий [Глаговский Б.А., Пивен И.Д. Электротензометры сопротивления. Изд. 2-е, перераб. - Л.: Энергия, 1972] в силу неизбежных переходных процессов значительно увеличивается общее время последовательного опроса всего массива датчиков, и проблемы быстродействия измерений приобретают важнейшее значение.

Широко известен буферный усилитель в виде повторителя напряжения, построенного на базе операционного усилителя с единичной обратной связью по напряжению, выполненной соединением его инверсного входа с его выходом [Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергия. Ленинградское отделение, 1980, стр.50, рис.3-9(б)]. Входом буферного усилителя является неинверсный вход операционного усилителя, соединенный с источником напряжения. Для передачи напряжения на расстояние (в удаленную точку передачи напряжения) здесь используют подключенный к выходу операционного усилителя соединительный провод, изменения напряжения на втором удаленном конце которого повторяет изменения напряжения источника напряжения. Однако при построении различных измерительных преобразователей по выходной цепи буферного усилителя обязательно протекает измерительный ток, который создает неконтролируемое падение напряжения на сопротивлении удлинительного провода, чем вызываются искажения передачи величины напряжения к удаленной точке. Для переключения многих резистивных датчиков на один измерительный преобразователь используют различные коммутационные устройства, которые своим переходным сопротивлением значительно увеличивают погрешности передачи напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является буферный усилитель, у которого для формирования напряжения в удаленной точке используют два провода, идущих отдельно от выхода и инверсного входа операционного усилителя и соединенных вместе в этой удаленной точке. [Методы и средства натурной тензометрии: Справочник / М.Л.Дайчик, Н.И.Пригоровский, Г.Х.Хуршудов. - М.: Машиностроение, 1989, стр.61, рис.5]. Влияние сопротивлений проводов и коммутирующих элементов на точность передачи напряжения здесь значительно уменьшено, однако введение второго провода практически удваивает величину монтажной емкости нагрузки для буферного усилителя, что почти в 2 раза уменьшает скорость передачи напряжения в удаленную точку выхода буферного усилителя за счет существенного увеличения времени переходных процессов при быстроменяющихся напряжениях, например при скоростной коммутации и при импульсном питании тензорезисторных датчиков.

Задачей и техническим результатом изобретения являются повышение быстродействия передачи напряжения на расстояние за счет уменьшения времени переходных процессов передачи быстроменяющихся напряжений по длинным проводным связям.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в буферный усилитель, состоящий из операционного усилителя и двух подключенных к его выходу и инверсному входу соединительных проводов, образующих своим объединением с другого конца выход буферного усилителя, входом которого является неинверсный вход операционного усилителя, подключенный к источнику напряжения, параллельно входам операционного усилителя по отдельности или совместно введены резистор и один или два противофазно включенных диода, преимущественно германиевых.

Фигура иллюстрирует рассматриваемый буферный усилитель.

На фигуре показаны: «Е» - источник передаваемого напряжения, «U» - удаленная для передачи напряжения точка устройства, «ОУ» - операционный усилитель напряжения, «W1» и «W2» - длинные соединительные провода, «С1» и «С2» - собственные монтажные емкости проводов «W1» и «W2», «I1» и «I2» - токи перезаряда емкостей «С1» и «С2» во время переходных процессов в буферном усилителе, «D1» и «D2» - диоды, «R» - резистор, «Gnd» - общая шина всего устройства.

Буферный усилитель построен на базе операционного усилителя «ОУ», выход и инверсный вход которого через соединительные провода «W1» и «W2» образуют своим взаимным соединением удаленную точку «U» формирования выходного напряжения буферного усилителя относительно общей шины «Gnd». Провода «W1» и «W2» обладают собственными монтажными емкостями «С1» и «С2». Входом буферного усилителя является неинверсный вход усилителя «ОУ», который подключен к источнику напряжения «Е» относительно общей шины «Gnd». Параллельно входам операционного усилителя по отдельности или совместно установлены резистор «R» и один или два противофазно включенных диода «D1» и «D2».

Буферный усилитель работает следующим образом.

В статическом режиме и без резистора «R» и диодов «D1» и «D2», благодаря высокому коэффициенту усиления напряжения и высокому входному сопротивлению современного операционного усилителя «ОУ» разность напряжений между его входами практически равна нулю и ток по проводу «W2» вследствие этого практически не течет, не создавая, естественно, на сопротивлении этого провода падения напряжения, что обеспечивает поэтому напряжение в точке «U» практически равным напряжению источника «Е». При скачкообразном изменении входного напряжения буферного усилителя в отсутствие резистора «R» и диодов «D1» и «D2» усилителю «ОУ» приходится обеспечивать перезаряд совместно обеих емкостей «С1» и «С2» своим выходным током «I1», протекающим с выхода усилителя «ОУ» через провод «W1» к точке «U» и далее по проводу «W2».

В отношении введения только резистора «R» (без диодов «D1», «D2»):

Установка вводимого в буферный усилитель резистора «R» создает через него дополнительную цепь перезаряда емкостей «С1» и «С2» с помощью дополнительного тока «I2», вытекающего из источника «Е» через резистор «R» к проводу «W2», и тем самым, как нетрудно заметить, ускоряет переходный процесс (см. фигуру). В статическом режиме здесь, т.к. разность напряжений между входами усилителя «ОУ» практически равна нулю, ток по резистору «R» практически не течет, что соответствует как будто его отсутствию, т.е. исходному описанному состоянию буферного усилителя. При скачкообразном изменении входного напряжения буферного усилителя (источника «Е») в первый момент между напряжением источника «Е» и напряжением на емкости «С2» провода «W2», т.е. на выводах резистора «R» образуется перепад напряжения, который и создает через резистор «R» дополнительный (ускоряющий) ток перезаряда «I2». По мере заряда емкости «С2» величина этого перепада напряжения уменьшается, вплоть до практически нуля, и состояние буферного усилителя переходит в исходное - статическое.

В отношении введения только диодов «D1», «D2» (без резистора «R»):

Установка вводимых в буферный усилитель диодов «D1» и «D2» создает через них дополнительную цепь перезаряда емкостей «С1» и «С2» с помощью дополнительного тока «I2», вытекающего из источника «Е» через диоды «D1» и «D2» к проводу «W2», и тем самым, как нетрудно заметить, ускоряет переходный процесс (см. фигуру). В статическом режиме здесь, т.к. разность напряжений между входами усилителя «ОУ» практически равна нулю, ток по диодам «D1» и «D2» практически не течет, что соответствует как будто их отсутствию, т.е. исходному описанному состоянию буферного усилителя. При скачкообразном изменении входного напряжения буферного усилителя (источника «Е») в первый момент между напряжением источника «Е» и напряжением на емкости «С2» провода «W2», т.е. на выводах диодов «D1» и «D2» образуется перепад напряжения, который и создает через соответствующий диод «D1» или «D2» дополнительный (ускоряющий) ток перезаряда «I2». По мере заряда емкости «С2» величина этого перепада напряжения уменьшается, вплоть до практически нуля, и состояние буферного усилителя переходит в исходное - статическое.

В отношении совместного введения резистора «R» и диодов «D1», «D2»:

Установка одновременно резистора «R» и диодов «D1» и «D2» (параллельно друг другу) создает для каждого элемента свои (упомянутые выше) дополнительные токи перезаряда, которые, суммируясь, увеличивают ток «I2» перезаряда емкостей «С1» и «С2», что, как нетрудно заметить, совместно дополнительно ускоряет переходный процесс (см. фигуру). Величина тока через обычный резистор линейно зависит от перепада напряжения. Характеристика же диодов имеет сугубо нелинейный характер: при малых напряжениях сопротивление их очень большое, при больших (в прямом направлении) - очень мало. Поэтому (при совместном использовании резистора «R» и диодов «D1» и «D2») в начальный момент (скачкообразного входного напряжения буферного усилителя), т.е. при большом перепаде напряжения определяющим будет ток «I2» через открытый диод «D1» или «D2» (значительно большим, чем через резистор), а по мере уменьшения перепада определяющим становится ток «I2» через резистор «R».

В отношении использования только одного из диодов «D1», «D2» (без резистора «R» или с ним) для вышеописанных случаев:

При одном конкретном входном ступенчатом перепаде напряжения (положительном или отрицательном) работает из пары диодов «D1» и «D2» только один, для которого этот перепад открывающий. В случае если переходной процесс буферного усилителя важен только для одной (конкретной) полярности ступенчатого перепада входного напряжения, можно установить в буферный усилитель только один соответствующий диод («D1» или «D2»).

Использование совместно резистора «R» и пары диодов «D1» и «D2» (или одного из них) удачно дополняют друг друга, однако использование их и по отдельности также дают существенный заявляемый эффект, что важно для успешного применения.

Германиевые диоды по сравнению с другими, например кремниевыми, имеют характеристику, круто загибающуюся при достаточно малых прямых напряжениях, что делает применение их в данном буферном усилителе предпочтительным.

Описанная работа буферного усилителя соответствует режиму повторителя напряжения, но, кроме того, можно реализовать некоторое усиление напряжения передачи известными путями, например введением двух резисторов: один - в провод «W2», другой - между инверсным входом усилителя «ОУ» и общей шиной «Gnd» [Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергия. Ленинградское отделение, 1980, стр.47, рис.3-7(а)].

В результате использования изобретения значительно повышается быстродействие передачи буферным усилителем напряжения на расстояние за счет уменьшения времени переходных процессов передачи быстроменяющихся напряжений по длинным проводным связям. По данному предложению на предприятии выполнены соответствующие теоретические и экспериментальные исследования по созданию конкретных устройств и отработки условий оптимизации их использования, которые подтвердили реализуемость рассматриваемого технического решения и заявленного технического эффекта. В результате испытаний опытных образцов время переходных процессов уменьшено в 1,5-2 раза. Реализация предложения при построении измерительных преобразователей сигналов удаленных резистивных датчиков в тензометрии прочностных испытаний авиационно-космических конструкций позволит существенно повысить скорость выполнения исследовательских программ по совершенствованию современных летательных аппаратов.

Буферный усилитель, состоящий из операционного усилителя и двух подключенных к его выходу и инверсному входу соединительных проводов, образующих своим объединением с другого конца выход буферного усилителя, входом которого является неинверсный вход операционного усилителя, подключенный к источнику напряжения, отличающийся тем, что в него параллельно входам операционного усилителя по отдельности или совместно введены резистор и один или два противофазно включенных диода, преимущественно германиевых.
БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 141-150 of 255 items.
20.12.2015
№216.013.9cc4

Композиционный порошок на основе нитрида кремния

Изобретение относится к области получения тугоплавких неорганических соединений, в частности к получению композиционных порошков на основе нитрида кремния, которые могут быть использованы в качестве исходного сырья для получения конструкционной и функциональной керамики, в автомобильной и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571757
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.01.2016
№216.013.a2c3

Способ получения композиционного армированного порошкового материала

Изобретение относится к получению композиционного армированного порошкового материала для нанесения покрытий холодным сверхзвуковым газодинамическим напылением. Смешивают матричный порошок металлов или их сплавов и армирующий нанопорошок с размером частиц от 1 нм до 100 нм, в полученную смесь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573309
Дата охранного документа: 20.01.2016
10.03.2016
№216.014.bde5

Антифрикционный композиционный материал на основе порошковой меди

Изобретение относится к антифрикционным композиционным материалам, получаемым методами порошковой металлургии, которые могут быть использованы при изготовлении тяжелонагруженных подшипников скольжения коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, преимущественно дизельных двигателей....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576740
Дата охранного документа: 10.03.2016
27.02.2016
№216.014.bf1e

Способ получения полидисперсного порошка карбида бора

Изобретение относится к производству неорганических соединений, конкретно к карботермическому способу получения полидисперсных порошков карбида бора, предназначенных для получения на их основе абразивных порошков для шлифования и ударопрочной керамики. Способ включает смешивание борной кислоты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576041
Дата охранного документа: 27.02.2016
27.02.2016
№216.014.c12c

Способ термической обработки изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии термической обработки изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов для использования в судостроении и конструкциях, эксплуатирующихся в морских условиях, авиакосмической технике, транспортном машиностроении. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576283
Дата охранного документа: 27.02.2016
10.02.2016
№216.014.c22f

Аппарат на воздушной подушке

Изобретение относится к авиации и касается аппаратов на воздушной подушке (АВП) с системами демпфирования колебаний по высоте и автоматического управления по углам крена и тангажа. АВП содержит ограждение ВП, снабженное воздуховодом, расположенным вдоль периметра корпуса и разделенным на две...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574649
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.02.2016
№216.014.c32e

Способ увеличения подъемной силы самолета и устройство для его реализации

Способ и устройство увеличения аэродинамической подъемной силы самолета с силовой установкой, имеющей сопло, расположенное у задней кромки крыла. Для увеличения подъемной силы самолета с силовой установкой, имеющей сопло в области задней кромки крыла, используют нижнюю внешнюю поверхность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574676
Дата охранного документа: 10.02.2016
20.06.2016
№217.015.044a

Состав эпоксибисмалеимидной смолы и способ ее получения

Изобретение относится к области получения полимерных композиционных материалов, применяемых в авиакосмической технике, в частности к составу эпоксибисмалеимидной смолы и способу получения состава. Состав эпоксибисмалеимидной смолы содержит в мас.%: 29,2-47,6...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587169
Дата охранного документа: 20.06.2016
10.04.2016
№216.015.2bd1

Способ определения термомеханических характеристик материалов, обладающих эффектом памяти формы

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов с памятью формы, а именно сплавов на основе никелида титана, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для определения и контроля радиальных напряжений термомеханического возврата, необходимых для обеспечения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579174
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2c3d

Способ повышения чувствительности электромагнитных датчиков пульсаций скорости преобразователей гидрофизических полей

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потока электропроводящей жидкости, например морской воды. Способ повышения чувствительности электромагнитных датчиков пульсаций скорости преобразователей гидрофизических полей согласно изобретению включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579805
Дата охранного документа: 10.04.2016
Showing 141-150 of 186 items.
20.10.2015
№216.013.86f2

Способ получения пенополиуретанового нанокомпозита

Изобретение относится к производству полимерных композитов на основе пенополиуретанов, которые могут быть использованы для теплоизоляции конструкций в судостроении, авиастроении и автомобильной промышленности. Способ получения пенополиуретанового нанокомпозита включает предварительную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566149
Дата охранного документа: 20.10.2015
27.10.2015
№216.013.87f8

Пьезоэлектрический акселерометр

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустики. Пьезоэлектрический акселерометр содержит предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и первый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566411
Дата охранного документа: 27.10.2015
20.11.2015
№216.013.9047

Лигатура для титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве титановых сплавов. Лигатура для титановых сплавов содержит, мас.%: ванадий 30-50, углерод 1-4, молибден 5-25, титан 5-20, алюминий 20-50, примеси - остальное. Изобретение позволяет за счет добавки в титановый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568551
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.904b

Способ получения наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения покрытий методами газодинамического и газотермического напыления

Изобретение относится к получению наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения износо-коррозионностойких покрытий гизодинамическим и газотермическим напылением. Проводят диспергирование наноструктурного материала в жидкую среду посредством ультразвука и сушку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568555
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.90fe

Устройство для получения и хранения атомарного водорода

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано в водородной энергетике для получения, хранения и транспортировки водорода. Устройство для получения атомарного водорода содержит реактор 1, работающий на разложении воды твердым реагентом, анод 3, катод 4 и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568734
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.91de

Способ преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию

Изобретение может быть использовано в электронике, приборостроении и машиностроении при создании автономных устройств с большим сроком службы. Способ преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию включает изготовление полупроводникового материала, состоящего из областей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568958
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.92cf

Комбинированный гидроакустический приемник

Изобретение относится к метрологии, в частности к измерительным средствам, используемым в гидроакустике. Гидроакустический приемник содержит сферический корпус с элементами упругого подвеса, пьезоэлементы и груз, контактирующий с корпусом через пьезоэлементы, установленные на одинаковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569201
Дата охранного документа: 20.11.2015
10.12.2015
№216.013.97a0

Способ получения и хранения атомарного водорода

Изобретение относится к области химии и водородной энергетики и может быть использовано в энергетике и транспортном машиностроении. Способ получения и хранения атомарного водорода включает электролиз воды с использованием в электролизной ячейке медного анода и катода из сплава дюральалюминия,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570436
Дата охранного документа: 10.12.2015
20.12.2015
№216.013.9a84

Устройство для контроля подводного шума плавсредства

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для оперативного контроля параметров подводного шума плавсредства с помощью гидроакустического рабочего средства измерений (РСИ) с самого плавсредства. С самого плавсредства в режиме стабилизации и без хода плавсредства за...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571181
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.12.2015
№216.013.9cc4

Композиционный порошок на основе нитрида кремния

Изобретение относится к области получения тугоплавких неорганических соединений, в частности к получению композиционных порошков на основе нитрида кремния, которые могут быть использованы в качестве исходного сырья для получения конструкционной и функциональной керамики, в автомобильной и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571757
Дата охранного документа: 20.12.2015
+ добавить свой РИД