×
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 161-170 of 255 items.
13.01.2017
№217.015.8929

Необрастающая эмаль прогидроф

Изобретение относится к лакокрасочным материалам и предназначено для получения гидрофобных необрастающих покрытий, используется в судостроении и для защиты металлических изделий и конструкций, эксплуатируемых в атмосферных условиях. Описана необрастающая эмаль, состоящая из отвердителя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602553
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.8b5a

Способ определения прочности при отрыве клеевого соединения сотового заполнителя с обшивкой в трехслойной панели и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области механических испытаний трехслойных панелей авиационно-космического назначения с обшивками из полимерного композиционного материала (ПКМ) и сотовым заполнителем из металлического или неметаллического материала. Сущность:осуществляют растяжение образца клеевого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604114
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.91e3

Пассивная инфракрасная штриховая мира

Изобретение относится к области фотометрии, и касается пассивной инфракрасной штриховой миры. Мира включает в себя штриховые элементы различных типоразмеров. Штриховые элементы выполнены в виде прямоугольных рам с установленными в них поворотными экранирующими пластинами. Экранирующие пластины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605818
Дата охранного документа: 27.12.2016
25.08.2017
№217.015.ae1e

Устройство для прекращения неуправляемого движения модели летательного аппарата при ее динамических испытаниях на устойчивость и управляемость

Изобретение относится к области экспериментальных исследований летательных аппаратов в аэродинамических трубах и может быть использовано при динамических испытаниях моделей летательных аппаратов в аэродинамических трубах. Устройство состоит из модели, установленной на стойке в потоке АДТ при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612848
Дата охранного документа: 13.03.2017
25.08.2017
№217.015.ba2c

Самолет с адаптивным цельноповоротным стабилизатором

Изобретение относится к области аэродинамики маневренных самолетов. Адаптивный стабилизатор самолета установлен на продольной хвостовой балке, которая позволяет одновременно изменять в полете углы отклонения стабилизатора в двух взаимно перпендикулярных направлениях: относительно оси,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615605
Дата охранного документа: 05.04.2017
25.08.2017
№217.015.cc3f

Комбинированный ножевой вал устройства для мерной резки углеродного и стеклянного волокна

Комбинированный ножевой вал содержат расположенный на оси вращения с подшипниками цилиндр и пластинчатые ножи. Он выполнен двухслойным с внутренним металлическим слоем с кольцевой проточкой на его внешней поверхности шириной 30-40 мм и глубиной 12-15 мм и наружным кольцевым слоем из полиуретана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620525
Дата охранного документа: 26.05.2017
26.08.2017
№217.015.dd35

Устройство для контроля герметичности топливного бака самолета

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при контроле герметичности самолетных топливных баков сложной конфигурации. Контроль герметичности осуществляется с использованием рабочей газовой смеси воздуха с контрольным газом (элегазом или гелием). За пределами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624618
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.e424

Способ изготовления пропитанных смолой деталей из композиционного материала

Изобретение относится к способу изготовления пропитанных смолой деталей из композиционного материала и может применяться в различных областях (авиационной, космической, судостроительной, автомобильной и других). Согласно способу изготовления пропитанных смолой деталей из композиционного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626413
Дата охранного документа: 27.07.2017
26.08.2017
№217.015.e66b

Способ контроля герметичности топливного бака самолета

Изобретение относится к области контроля герметичности полых изделий и может быть использовано для контроля герметичности самолетных топливных баков преимущественно сложной конфигурации. Сущность: контроль герметичности осуществляют с использованием рабочей газовой смеси воздуха с контрольным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626976
Дата охранного документа: 02.08.2017
19.01.2018
№218.016.051c

Способ снижения лобового сопротивления аппаратов на статической воздушной подушке

Изобретение относится к способам снижения лобового сопротивления аппаратов на статической воздушной подушке и касается транспортных средств с малым отношением длины к ширине. Для снижения скорости и изменения направления набегающего воздуха из отверстий в носовой части корпуса аппарата...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630875
Дата охранного документа: 13.09.2017
Showing 161-170 of 186 items.
10.05.2016
№216.015.3c71

Распылитель форсунки

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к распылителям топливных форсунок двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Предложен распылитель топливной форсунки, содержащий корпус 1 с топливоподающими каналами 2, кольцевой полостью 3 высокого давления, отверстиями...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583199
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.05.2016
№216.015.41b3

Электроизоляционный эпоксидный лак

Изобретение относится к эпоксидным электроизоляционным составам, в частности составам на основе эпоксидных или полиэфирных смол в органическом растворителе, и может быть использовано в производстве изделий радиотехники и электроники, к которым предъявляются высокие требования по электрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584734
Дата охранного документа: 20.05.2016
10.08.2016
№216.015.523d

Универсальный стенд для определения характеристик электроприводов и движителей действующих моделей бпла

Изобретение относится к области авиации, в частности к средствам для проведения испытаний приводов и движителей летательных аппаратов. Стенд для определения характеристик электроприводов и движителей беспилотных летательных аппаратов содержит корпус стенда, основание с кронштейнами крепления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594048
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.55e1

Устройство для определения спектральной излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения излучательной способности материалов. Устройство содержит вакуумную камеру, исследуемый образец, механизм вращения образца, омический нагреватель, спектрометр, компьютер и модель черного тела. При этом в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593445
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.07.2016
№216.015.569f

Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей на станках с ЧПУ. Способ включает обработку концевой торовой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности. Выбирают оптимальную частоту...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588757
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5cb6

Способ получения на летательном аппарате (ла) улучшенного изображения подстилающей поверхности

Изобретение относится к способам моделирования, анализа и обработки изображений и может быть использовано в системах повышения ситуационной осведомленности пилотов летательных аппаратов (ЛА), а также в системах внешнего ориентирования и распознавания по видеоинформации в мобильных роботах и в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591029
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.74ea

Электроизоляционный заливочный компаунд

Изобретение относится к электроизоляционным компаундам, которые могут быть использованы для заливки или пропитки частей электрических машин, приборов, токопроводящих схем и деталей в радиотехнической, электротехнической и электронной промышленностях. Компаунд состоит из диглицидилового эфира...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598861
Дата охранного документа: 27.09.2016
13.01.2017
№217.015.85ea

Бронебойный боеприпас

Изобретение относится к области вооружения, а именно к бронебойным боеприпасам, в частности к снарядам с реактивным двигателем, запускаемым из ствола орудия. Бронебойный боеприпас содержит гильзу с метательным зарядом и снаряд. Последний включает поддон, закрепленный в нем бронебойный сердечник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603688
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8628

Нитратор для получения жидких нитроэфиров

Изобретение относится к области производства эфиров азотной кислоты, используемых при получении баллиститных порохов, промышленных взрывчатых веществ и жидких унитарных топлив, конкретно к нитратору для получения жидких нитроэфиров. Предлагаемый нитратор содержит заключенную в корпус с крышкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603773
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8929

Необрастающая эмаль прогидроф

Изобретение относится к лакокрасочным материалам и предназначено для получения гидрофобных необрастающих покрытий, используется в судостроении и для защиты металлических изделий и конструкций, эксплуатируемых в атмосферных условиях. Описана необрастающая эмаль, состоящая из отвердителя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602553
Дата охранного документа: 20.11.2016
+ добавить свой РИД