×
27.11.2014
216.013.0be7

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и автоматики и может быть использовано в датчиках, обеспечивающих измерение различных физических величин. Датчик физических величин с потенциальным выходом содержит сенсор (1) с внутренней емкостью (2) и внутренним сопротивлением (3), подключенными по переменному току между выходом устройства (4) и общей шиной (5). Выход устройства (4) соединен с входом (6) дополнительного неинвертирующего усилителя тока (7) через дополнительный конденсатор (8), причем выход дополнительного неинвертирующего усилителя тока (7) связан по переменному току с выходом устройства (4). Технический результат заключается в повышении быстродействия датчика за счет минимизации влияния внутренней емкости 2 сенсора 1 на переходный процесс, связанный со «скачкообразным» изменением измеряемой физической величины. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной техники и автоматики и может быть использовано в датчиках, обеспечивающих измерение различных физических величин.

По физической природе измеряемых сигналов датчики классифицируются на электрические, электромагнитные, акустические, оптические и т.д. и, в этой связи, они присутствуют в разных классах МПК. Заявляемое техническое решение относится одновременно ко многим из перечисленных датчиков, выходной электрический сигнал которых функционально связан с измеряемым физическим параметром тех или иных объектов техники, физики, химии, биологии, медицины, ближнего и дальнего космоса и т.п. [1-18].

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является датчик физических величин (светового потока) с потенциальным выходом, представленный в патенте US 6906325, fig.3, который содержит сенсор 1 с внутренней емкостью 2 и внутренним сопротивлением 3, подключенными по переменному току между выходом устройства 4 и общей шиной 5.

Аналогичную архитектуру имеют датчики других направлений измерительной техники - акселерометры, датчики температуры, датчики деформации, датчики оптического излучения, датчики удара, радиации, датчики акустических сигналов, датчики тока и т.п.

Существенный недостаток известного датчика-прототипа состоит в том, что его быстродействие ограничивается внутренней емкостью 2, являющейся неотъемлемой частью сенсорного элемента 1, генерирующего токовый электрический сигнал, пропорциональный измеряемой физической величине.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении быстродействия датчика за счет минимизации влияния внутренней емкости 2 сенсора 1 на переходный процесс, связанный со «скачкообразным» изменением измеряемой физической величины.

Поставленная задача решается тем, что в датчике физических величин с потенциальным выходом фиг.2, содержащем сенсор 1 с внутренней емкостью 2 и внутренним сопротивлением 3, подключенными по переменному току между выходом устройства 4 и общей шиной 5, предусмотрены новые элементы и связи - выход устройства 4 соединен со входом 6 дополнительного неинвертирующего усилителя тока 7 через дополнительный конденсатор 8, причем выход дополнительного неинвертирующего усилителя тока 7 связан по переменному току с выходом устройства 4.

На чертеже фиг.1 приведена схема устройства-прототипа.

На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.

На чертеже фиг.3 приведена схема заявляемого датчика фиг.2 в среде PSpice.

На чертеже фиг.4 показана частотная зависимость отношения выходного напряжения датчика фиг.3 к выходному току сенсора 1 при R1=10 кОм, Ki=2, C0=2 пФ и разных значениях емкости дополнительного конденсатора 8 (Cк=C8). Из данных графиков следует, что при Cк≈2 пФ частотный диапазон предлагаемого устройства расширяется с 2 МГц до 16,1 ГГц.

На чертеже фиг.5 представлен переходный процесс на выходе заявляемого устройства фиг.3 при Ki=2, Cк=C8-2 пФ и высокоомном резисторе R1=100 кОм. Из данного графика следует, что выигрыш по времени установления переходного процесса в схеме фиг.3 превышает 500 раз.

На чертеже фиг.6 представлен переходный процесс на выходе заявляемого устройства фиг.3 при Ki=2, Cк=С8-2 пФ и другом сопротивлении резистора R1=10 кОм. Из данного графика следует, что выигрыш по времени установления переходного процесса в схеме фиг.3 превышает 500 раз.

Быстродействующий датчик физических величин с потенциальным выходом фиг.2 содержит сенсор 1 с внутренней емкостью 2 и внутренним сопротивлением 3, подключенными по переменному току между выходом устройства 4 и общей шиной 5. Выход устройства 4 соединен со входом 6 дополнительного неинвертирующего усилителя тока 7 через дополнительный конденсатор 8, причем выход дополнительного неинвертирующего усилителя тока 7 связан по переменному току с выходом устройства 4.

На чертеже фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, дополнительный неинвертирующий усилитель тока 7 имеет низкое входное и высокое выходное сопротивления, а его коэффициент передачи по току (Ki) больше единицы, причем емкость дополнительного конденсатора 8 (C8) определяется по формуле

,

где C2 - внутренняя емкость 2 сенсора 1.

Рассмотрим в сравнении работу датчиков фиг.1 и фиг.2.

Комплексная передаточная функция и верхняя граничная частота fв (по уровню -3 дБ) датчика физических величин - прототипа фиг.1 определяются формулами

где τв=R3C2 - постоянная времени сенсора 1;

R3 - эквивалентное внутреннее сопротивление (3) сенсора 1;

C2 - внутренняя емкость сенсора 1.

Комплексный коэффициент передачи по напряжению датчика фиг.2

Из (1) можно найти условие минимизации влияния дополнительного конденсатора 2 на амплитудно-частотную характеристику датчика:

Если выбрать Ki=2, то величина емкости C8=C2.

Из (3) и (4) следует, что изменение сопротивления R3, которое зависит от типа сенсора 1, не влияет на условие (4).

Данные выводы подтверждаются результатами компьютерного моделирования фиг.4.

Существенное увеличение верхней граничной частоты заявляемого устройства соответствует (во временной области) существенному уменьшению времени установления переходного процесса tуcт (фиг.5, фиг.6), что характерно для линейных систем.

Таким образом, предлагаемый датчик характеризуется более высоким быстродействием.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патентная заявка US 2007/0126507.

2. Патент US 5661435, fig.1.

3. Патент US 6714082, fig.2.

4. Патент US 5889605, fig.1.

5. Патентная заявка US 2008/0309407.

6. Патент US 4492931, fig.2.

7. Патентная заявка US 2006/0109057, fig.1.

8. Патентная заявка US 2006/0220747.

9. Патентная заявка US 2010/0312080.

10. Патент RU 2339973, fig.2А.

11. Патент US 7547902.

12. Патент US 7343103.

13. Патент US 7167655.

14. Патентная заявка US 2008/0075473, fig.1.

15. Патент US 4674093, fig.1.

16. Патент US 5343034, fig.2.

17. Патент ЕР 0165312, fig.1.

18. Патент ЕР 0720729, fig.2.


БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 226 items.
27.01.2013
№216.012.215a

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель, содержит первый (1) входной транзистор, источник входного сигнала (2),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474039
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215b

Избирательный усилитель

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474040
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24ea

Операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение входного статического тока ОУ, а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. Операционный усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, неинвертирующий вход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474952
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24eb

Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения входных синфазных сигналов на 0,7÷0,8, что является существенным улучшением одного из важных качественных показателей ДУ. Дифференциальный усилитель с расширенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474953
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24ec

Токовое зеркало

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение точности передачи малых входных токов токового зеркала Вильсона при его реализации на p-n-p транзисторах с изоляцией p-n переходами на подложку. Токовое зеркало содержит первый (1) входной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474954
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b1

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный со входом устройства (2), первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475937
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b2

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит входной транзистор (1), эмиттер которого через первый (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475938
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b3

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475939
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b4

Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение стабильности коэффициента усиления по напряжению при радиационном воздействии. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1) с общей эмиттерной цепью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475940
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b5

Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является обеспечение высокой стабильности статического режима дифференциального усилителя и повышение значения его коэффициента усиления по напряжению. Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475941
Дата охранного документа: 20.02.2013
Showing 1-10 of 394 items.
27.01.2013
№216.012.204a

Адаптивная машина вращательного бурения

Изобретение относится к горной промышленности, к бурильным машинам вращательного типа. Машина содержит гидродвигатель вращения, гидроцилиндр подачи, напорную и сливную магистрали, подключаемые к маслостанции, регулируемые дросселя, гидрораспределители. Гидродвигатель вращения и гидроцилиндр...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473767
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2102

Источник опорного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, и других элементов автоматики. Технический результат - упрощение схемы при высокой температурной стабильности выходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473951
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215a

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель, содержит первый (1) входной транзистор, источник входного сигнала (2),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474039
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215b

Избирательный усилитель

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474040
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24ea

Операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение входного статического тока ОУ, а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. Операционный усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, неинвертирующий вход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474952
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24eb

Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения входных синфазных сигналов на 0,7÷0,8, что является существенным улучшением одного из важных качественных показателей ДУ. Дифференциальный усилитель с расширенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474953
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24ec

Токовое зеркало

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение точности передачи малых входных токов токового зеркала Вильсона при его реализации на p-n-p транзисторах с изоляцией p-n переходами на подложку. Токовое зеркало содержит первый (1) входной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474954
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.282f

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение температурной стабильности выходного напряжения источника опорного напряжения. Для этого предложен источник опорного напряжения, содержащий первый транзистор, база которого подключена к базе второго...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475807
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b1

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный со входом устройства (2), первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475937
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b2

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит входной транзистор (1), эмиттер которого через первый (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475938
Дата охранного документа: 20.02.2013
+ добавить свой РИД