×
01.04.2020
220.018.124b

АНАЛОГОВЫЙ СИНХРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к  приборам для измерения напряжений, и может быть использовано для сравнения двух переменных напряжений и измерения их разности в  метрологических установках, например в индуктивном делителе. Аналоговый синхронный усилитель содержит дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, а неинвертирующий вход соединен с источником сравниваемого напряжения. Выход дифференциального усилителя через усилитель напряжения соединён с первым входом синхронного детектора, выход которого связан с фильтром нижних частот, к которому подключен аналого-цифровой преобразователь, который соединен с микроконтроллером. Вход буферного операционного усилителя подключен к источнику эталонного напряжения, а выход - через общую точку подключен к отрицательному выходу первого фотоэлектрического солнечного модуля и к положительному выходу второго фотоэлектрического солнечного модуля. Положительный выход первого фотоэлектрического солнечного модуля подключен к положительному входу питания дифференциального усилителя, отрицательный вход питания которого соединен с отрицательным выходом второго фотоэлектрического солнечного модуля. Генератор опорного напряжения подключен к фазовращателю, который соединен со вторым входом синхронного детектора. Изобретение обеспечивает усиление подавления синфазного сигнала, что увеличивает точность измерения разности двух напряжений и повышает надежность работы аналогового синхронного усилителя. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к приборам для измерения напряжений и может быть использовано для сравнения двух переменных напряжений и измерения их разности в метрологических установках, например в индуктивном делителе.

Известен аналоговый синхронный усилитель [Analog Lock-In Amplifier Operation and Service Manual https://www.thinksrs.com/downloads/pdfs/manuals/SR124m.pdf, стр. 2-4, рисунок 2.1], содержащий дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, а  неинвертирующий вход соединен с источником сравниваемого напряжения. Выход дифференциального усилителя последовательно через режекторный фильтр и усилитель напряжения соединён с первым входом синхронного детектора. Со вторым входом синхронного детектора через фазовращатель соединён генератор опорного напряжения. Выход синхронного детектора через фильтр нижних частот и усилитель напряжения соединён с выходом синхронного усилителя.

Это устройство обеспечивает низкое подавление синфазного сигнала в диапазоне рабочих частот, что уменьшает точность измерения в этом диапазоне.

Известен аналоговый синхронный усилитель [Baranov P., Borikov V., Ivanova V., Bien Bui Duc, Uchaikin S., Cheng-Yang Liu Lock-in amplifier with a high common-mode rejection ratio in the range of 0.02 to 100 kHz // Acta IMEKO, 2019, vol. 8, no. 1, 103-110., рисунок 11], принятый за прототип, который содержит дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, а неинвертирующий вход соединен с источником сравниваемого напряжения. Выход дифференциального усилителя через усилитель напряжения соединён с первым входом синхронного детектора. Со вторым входом синхронного детектора соединён выход генератора опорного напряжения. Выход синхронного детектора через фильтр нижних частот подключен к устройству выборки хранения, выход которого подсоединен к аналого-цифровому преобразователю. Выход аналого-цифрового преобразователя подключен к микроконтроллеру. Инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к эмиттерному повторителю напряжения, имеющему три выхода. На первом выходе повторителя напряжения формируется напряжение, содержащее постоянную составляющую положительной амплитуды и переменную составляющую, равную напряжению на входе повторителя напряжения. На втором выходе повторителя напряжения формируется напряжение, содержащее постоянную составляющую отрицательной амплитуды и переменную составляющую, равную напряжению на входе повторителя напряжения. На третьем выходе повторителя напряжения формируется напряжение, равное напряжению на входе повторителя напряжения. Первый и второй выходы повторителя напряжения подключены к положительному и отрицательному входам питания дифференциального усилителя, а третий выход - подключен к общей точке питания дифференциального усилителя. Таким образом, эмиттерный повторитель напряжения образует схему следящего питания для дифференциального усилителя.

Это устройство является структурно сложным из-за наличия эмиттерного повторителя напряжения, что снижает надежность работы. Использование неинвертирующей схемы построения эмиттерного повторителя напряжения, приводит к его самовозбуждению, что снижает подавление синфазного сигнала в диапазоне рабочих частот и уменьшает точность измерения.

Технический результат предложенного изобретения заключается в усилении подавления синфазного сигнала, что увеличивает точность измерения разности двух напряжений и повышает надежность работы аналогового синхронного усилителя.

Аналоговый синхронный усилитель, также как в прототипе, содержит генератор опорного напряжения, дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, а неинвертирующий вход соединен с источником сравниваемого напряжения, выход дифференциального усилителя через усилитель напряжения соединён с первым входом синхронного детектора, выход которого связан с фильтром нижних частот, аналого-цифровой преобразователь подключен к микроконтроллеру.

Согласно изобретению аналоговый синхронный усилитель дополнительно содержит буферный операционный усилитель, вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, а выход - через общую точку подключен к отрицательному выходу первого фотоэлектрического солнечного модуля и к положительному выходу второго фотоэлектрического солнечного модуля. Положительный выход первого фотоэлектрического солнечного модуля подключен к положительному входу питания дифференциального усилителя, отрицательный вход питания которого соединен с отрицательным выходом второго фотоэлектрического солнечного модуля. Генератор опорного напряжения подключен к фазовращателю, который соединен со вторым входом синхронного детектора. К фильтру нижних частот подключен аналого-цифровой преобразователь.

Предложенный аналоговый синхронный усилитель позволяет увеличить подавление синфазного сигнала и повысить надежность работы за счет обеспечения построения схемы следящего питания для дифференциального усилителя на двух фотоэлектрических солнечных модулях и операционном усилителе, включённом по схеме повторителя напряжения. Наличие фазовращателя позволяет изменять фазу опорного напряжения, что позволяет добиться максимальной близости фаз опорного и измеряемого напряжения, что также увеличивает точность измерений.

На фиг. 1 представлена структурная схема аналогового синхронного усилителя.

Аналоговый синхронный усилитель содержит дифференциальный усилитель 1 (ДУ), инвертирующий вход которого подключен к источнику эталонного напряжения 2 (ИЭН), а неинвертирующий вход соединен с  источником сравниваемого напряжения 3 (ИСН). Выход источника эталонного напряжения 2 (ИЭН) соединен с входом буферного операционного усилителя 4 (БУ), выход которого через общую точку подключен к отрицательному выходу первого фотоэлектрического солнечного модуля 5 (ФСМ1) и положительному выходу второго фотоэлектрического солнечного модуля 6 (ФСМ2). Положительный выход первого фотоэлектрического солнечного модуля 5 (ФСМ1) подключен к положительному входу питания дифференциального усилителя 1 (ДУ). Отрицательный выход второго фотоэлектрического солнечного модуля 6 (ФСМ2) подключен к отрицательному входу питания дифференциального усилителя 1 (ДУ). К выходу дифференциального усилителя 1 (ДУ) подключен усилитель напряжения 7 (У), который соединён с первым входом синхронного детектора 8 (СД). Ко второму входу синхронного детектора 8 (СД) через фазовращатель 9 (ФЗ) подключен выход генератора опорного напряжения 10 (ГОН). К выходу синхронного детектора 8 (СД) последовательно подключены фильтр нижних частот 11 (ФНЧ), аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП), микроконтроллер 13 (МК).

В качестве дифференциального усилителя 1 (ДУ) может быть использован любой инструментальный операционный усилитель, например, AD620. Усилитель напряжения 7 (У) может быть реализован по типовой схеме инвертирующего включения операционного усилителя. В качестве синхронного детектора 8 (СД) может быть использован любой аналоговый синхронный перемножитель, например, AD734. Фазовращатель 9 (ФЗ) может быть реализован по типовой схеме фазовращателя на операционном усилителе. Генератор опорного напряжения 10 (ГОН) может быть выполнен по типовой схеме генератора на основе прямого цифрового синтеза. Фильтр нижних частот 11 (ФНЧ) может быть выполнен по схеме активного фильтра Бесселя нижних частот третьего порядка на частоту среза 0,1 Гц. В качестве аналого-цифрового преобразователя 12 (АЦП) может быть использован любой сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь. В качестве микроконтроллера 13 (МК) может быть использован любой 8-битный микроконтроллер. В качестве фотоэлектрических солнечных модулей 5 (ФСМ1) и 6 (ФСМ2) могут быть использованы любые фотоэлектрические солнечные модули с выходным напряжением не менее 5 В постоянного тока и нагрузочной способностью не менее 15 мА, например, монокристаллическая солнечная батарея 10 Вт, 12 В, производства Chinaland Solar Energy, модель CHN10-36M.

Буферный операционный усилитель 4 (БУ) может быть реализован по типовой схеме повторителя напряжения на операционном усилителе. В качестве источника сравниваемого напряжения 3 (ИСН) может быть использован любой источник переменного напряжения с сигналом на выходе . В качестве источника эталонного напряжения 2 (ИЭН) может быть использован любой источник переменного напряжения с сигналом на выходе .

Аналоговый синхронный усилитель работает следующим образом.

От источника сравниваемого напряжения 3 (ИСН) на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 1 (ДУ) поступает сигнал . От источника эталонного напряжения 2 (ИЭН) через общую точку на буферный операционный усилитель 4 (БУ) и на инвертирующий вход дифференциального усилителя 1 (ДУ) поступает сигнал . С учетом коэффициента передачи буферного операционного усилителя 4 (БУ) эталонное напряжение переменного тока поступает на общую точку первого 5 (ФСМ1) и второго 6 (ФСМ2) фотоэлектрического солнечного модуля, подавая, тем самым, напряжения на отрицательный и положительный входы питания дифференциального усилителя 1 (ДУ). Таким образом, первый и второй фотоэлектрические солнечные модули 5 (ФСМ1), 6 (ФСМ2) и буферный операционный усилитель 4 (БУ) образуют схему следящего питания для дифференциального усилителя 1 (ДУ).

На выходе дифференциального усилителя 1 (ДУ) выделяется напряжение переменного тока в соответствии с формулой:

где KП – коэффициент передачи буферного операционного усилителя 4 (БУ);

K ОСС – коэффициент подавления синфазного сигнала дифференциального усилителя 1 (ДУ).

Так как разность сравниваемых напряжений много меньше их амплитуд, то эффективный коэффициент подавления синфазного сигнала дифференциального усилителя 1 (ДУ) определяется по формуле:

.

При коэффициенте передачи буферного операционного усилителя 4 (БУ), стремящемся к 1, коэффициент подавления синфазного сигнала дифференциального усилителя 1 (ДУ) стремится к бесконечности.

Напряжение переменного тока от дифференциального усилителя 1 (ДУ) усиливается усилителем напряжения 7 (У) и поступает на первый вход синхронного детектора 8 (СД). На второй вход синхронного детектора 8 (СД) с выхода генератора опорного напряжения 10 (ГОН) через фазовращатель 9 (ФЗ) поступает напряжение переменного тока

,

где – опорное напряжение;

Uref – амплитуда опорного напряжения;

φref – фазовое смещение опорного напряжения.

Разностное напряжение переменного тока и опорное напряжение перемножаются синхронным детектором 8 (СД). Напряжения с выхода синхронного детектора 8 (СД) фильтруются фильтром нижних частот 11 (ФНЧ) и оцифровываются аналого-цифровым преобразователем 12 (АЦП). Оцифрованное напряжение обрабатывается микроконтроллером 13 (МК) и представляется пользователю в цифровом виде на экране персонального компьютера в соответствии с выражением:

.

Аналоговый синхронный усилитель, содержащий генератор опорного напряжения, дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, а неинвертирующий вход соединен с источником сравниваемого напряжения, выход дифференциального усилителя через усилитель напряжения соединён с первым входом синхронного детектора, выход которого связан с фильтром нижних частот, аналого-цифровой преобразователь подключен к микроконтроллеру, отличающийся тем, что содержит буферный операционный усилитель, вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, а выход через общую точку подключен к отрицательному выходу первого фотоэлектрического солнечного модуля и к положительному выходу второго фотоэлектрического солнечного модуля, положительный выход первого фотоэлектрического солнечного модуля подключен к положительному входу питания дифференциального усилителя, отрицательный вход питания которого соединен с отрицательным выходом второго фотоэлектрического солнечного модуля, генератор опорного напряжения подключен к фазовращателю, который соединен со вторым входом синхронного детектора, к фильтру нижних частот подключен аналого-цифровой преобразователь.
АНАЛОГОВЫЙ СИНХРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
АНАЛОГОВЫЙ СИНХРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 76.
10.10.2015
№216.013.8147

Способ определения параметров асинхронного электродвигателя

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения параметров асинхронных электродвигателей. Способ заключается в том, что в течение пуска и работы асинхронного электродвигателя одновременно измеряют мгновенные величины токов и напряжений на двух фазах статора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564692
Дата охранного документа: 10.10.2015
27.10.2015
№216.013.89bc

Устройство для сжигания жидкого и газообразного топлива

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области энергетического машиностроения, и позволяет обеспечить эффективность и экологичность сжигания жидкого и газообразного топлива. Устройство содержит корпус, канал рециркуляции, регулирующую заслонку и выхлопную трубу. В корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566863
Дата охранного документа: 27.10.2015
20.11.2015
№216.013.9196

Способ оценки эффективности защиты лимфоцитов от апоптоза

Изобретение касается способа оценки эффективности защиты лимфоцитов от апоптоза, относится к медицине и может быть использовано в биохимии, кардиологии и терапии. Способ включает выделение лимфоцитов, инкубацию клеток 48 часов при температуре 37°С и 5% содержанием СО, количественное определение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568886
Дата охранного документа: 20.11.2015
27.11.2015
№216.013.94b2

Способ получения влагостойкого композитного топлива из торфа

Изобретение относится к способу получения твердого композитного топлива из торфа, который включает термическую обработку торфа при температуре 200-500°C без доступа воздуха, смешивание связующего с измельченным углеродистым остатком, формирование из полученной смеси брикета и его сушку, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569685
Дата охранного документа: 27.11.2015
20.01.2016
№216.013.a233

Способ обработки полых цилиндров

Изобретение относится к обработке полых цилиндров. Выполняют бурты у торцев цилиндров. Осуществляют дорнование отверстия цилиндра с натягом, равным не менее 5% от его диаметра. Осуществляют осевое пластическое растяжение цилиндра с деформациями 1…2,5%. Осуществляют дорнование отверстия цилиндра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573165
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.02.2016
№216.014.e822

Тепловизионная система для проведения наружной тепловизионной съемки

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при проведении наружной тепловизионной съемки для диагностики состояния строительных сооружений и энергетических объектов. Тепловизионная система для проведения наружной тепловизионной съемки содержит блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575798
Дата охранного документа: 20.02.2016
10.04.2016
№216.015.2f74

Тепловизионный дефектоскоп

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для активного одностороннего теплового контроля металлических, композиционных и др. материалов. Тепловизионный дефектоскоп содержит оптический нагреватель для тепловой стимуляции объекта контроля, тепловизор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580411
Дата охранного документа: 10.04.2016
27.05.2016
№216.015.443f

Ретрансляционный модуль для телеметрической системы с электромагнитным каналом связи

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин в процессе бурения с использованием телеметрических систем, основанных на электромагнитном канале передачи данных. Техническим результатом является увеличение достоверности и скорости передачи данных по электромагнитному каналу связи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585617
Дата охранного документа: 27.05.2016
10.06.2016
№216.015.4680

Устройство регистрации крутящего момента при вращательном и возвратно-вращательном движениях исполнительного органа

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для регистрации крутящего момента статически и динамически нагруженных узлов при вращательном и возвратно-вращательном движениях активных и пассивных органов машин и механизмов. Устройство представляет собой подшипниковый узел, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586962
Дата охранного документа: 10.06.2016
10.06.2016
№216.015.46b4

Способ определения метионина в модельных водных растворах методом циклической вольтамперометрии на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами золота

Изобретение относится к аналитической химии. Способ определения метионина в модельных водных растворах методом циклической вольтамперометрии на графитовом электроде, модифицированном коллоидными частицами золота, включает модифицирование графитовых электродов коллоидными частицами золота из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586961
Дата охранного документа: 10.06.2016
Показаны записи 1-3 из 3.
09.06.2018
№218.016.5d1d

Микромеханический гироскоп

Изобретение относится к гироскопам вибрационного типа, в частности к микромеханическим гироскопам, которые предназначены для измерения угловой скорости движения основания. Микромеханический гироскоп содержит подвижную массу на двухосном резонансном подвесе, неподвижное основание, подвижные и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656119
Дата охранного документа: 31.05.2018
29.04.2019
№219.017.3e4d

Микромеханический гироскоп

Изобретение относится к гироскопам вибрационного типа, в частности к микромеханическим гироскопам, которые предназначены для измерения угловой скорости движения основания. Сущность изобретения заключается в том, что в системе возбуждения и стабилизации первичных колебаний микромеханического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686441
Дата охранного документа: 25.04.2019
01.05.2019
№219.017.4827

Цифровой феррозондовый магнитометр

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля. Цифровой феррозондовый магнитометр содержит цифро-аналоговый преобразователь, к которому подключен усилитель тока, который соединен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686519
Дата охранного документа: 29.04.2019
+ добавить свой РИД