Цифровий вимірювач тиску

Цифровий вимірювач тиску, що включає оптичний сенсор тиску, перший, другий та третій світловоди, генератор оптичного випромінювання, фотоприймач, який складається з лінзи, фотодіода і двох підсилювачів із резисторами у від'ємному зворотному зв'язку, загальну шину, перетворювач "напруга-код", оперативний запам'ятовувальний пристрій, постійний запам'ятовувальний пристрій, цифровий відліковий пристрій та мікропроцесор, які з'єднані між собою через загальну шину, генератор оптичного випромінювання, що підключений через перший світловод до оптичного сенсора тиску, перший та другий ви ходи якого з'єднані з другим та третім світловодами, який відрізняється тим, що має додатково введені керований генератор оптичного випромінювання, четвертий, C2 2 (11) 1 3 78044 4 більність. Це обмежує не тільки точність, але й Поставлена технічна задача вирішується задіапазон вимірювання тиску тому, що пристрій вдяки тому, що в ци фровий вимірювач тиску, що працює на лінійній ділянці функції перетворення включає в себе оптичний сенсор тиску, перший, фотоприймача. другий та третій світловоди, генератор оптичного Вказані причини заважають досягненню повипромінювання, фотоприймач, який складається ставленої задачі підвищення точності та розшиз лінзи, фотодіода і двох підсилювачів із резисторення діапазону вимірювання тиску. рами у від'ємному зворотному зв'язку, загальну Відомий також пристрій для вимірювання тисшину, перетворювач "напруга-код", оперативний ку [А.С. SU 1624290 А1 МКИ 5. Устройство для иззапам'я товуючий пристрій, постійний запам'ятовумерения давления / О.Ф.Иванов, Ф.Т.Вильконец, ючий пристрій, цифровий відліковий пристрій та В.Б.Сидоров, В.В.Кирпичев, Б.А.Белогородский, мікропроцесор, які з'єднані між собою через загаВ.Г.Лужаин и С.А.Гринев. Бюл. №4, 1991], що льну шину, генератор оптичного випромінювання, включає в себе оптичний сенсор тиску, перший та що підключений через перший світловод до оптидругий світловоди, генератор оптичного випромічного сенсору тиску, перший та другий виходи нювання, фотоприймач із підсилювачем, вимірюякого з'єднані з другим та третім світловодами, вальний прилад, який включає в себе загальну додатково введені керований генератор оптичного шину, оперативний запам'ятовуючий пристрій, випромінювання, четвертий, п'ятий і шостий світпостійний запам'ятовуючий пристрій, мікропроцеловоди, перша та друга пари лінз, оптичний сумасор і цифровий відліковий пристрій. тор, світловипромінювальний діод, фотодіод, підВідомий пристрій не забезпечує достатні точсилювач-формувач імпульсів, фільтр верхніх ність та діапазон вимірювання тиску через те, що частот та синхронний детектор, перетворювач реалізує прямий метод вимірювання тиску. Цей "код-частота", перетворювач "код-струм" і обтюраметод передбачає використання фотоприймача, торний диск із синхронним двигуном, вхід керуванфункція перетворення якого є нелінійною та має ня якого підключений до виходу перетворювача часову і температурну нестабільність. Спеціальні "код-частота", входи якого з'єднані з загальною структурні чи стр уктурно-алгоритмічні методи кошиною, до якої підключені входи перетворювача рекції нелінійності у відомому пристрої не викорис"код-струм", чий ви хід з'єднаний із входом управтовуються. В результаті не досягається виключенління керованого генератора оптичного випроміня похибок від нелінійності функції перетворення нювання, вихід якого оптично з'єднаний із входом фотоприймача, адитивної та мультиплікативної четвертого світловода, ви ходи якого, як і виходи похибок вимірювання. Крім того, діапазон вхідного другого та третього світловодів оптично з'єднані, сигналу фотоприймача обмежується лінійною дічерез обтюраторний диск, із першою парою лінз, лянкою його функції перетворення. які, через п'я тий та шостий світловоди, оптично Все це заважає досягненню поставленої задаз'єднані з другою парою лінз, котрі, через оптичний чі підвищення точності та розширення діапазону суматор, з'єднані з фотоприймачем, виходи якого вимірювання тиску. підключені до фільтру верхніх частот, чий ви хід Найбільш близьким за технічною сутністю до підключений до сигнального входу синхронного цифрового вимірювача тиску є оптичний манометр детектора, вихід якого з'єднаний із входом пере[Световодные датчики / Б.А.Красюк, О.Г.Семёнов, творювача "напруга-код", вхід керування синхроА.Г.Шереметьев и др. - М.: Машиностроение, нного детектора підключений, через підсилювач1990. - 256с.], що включає в себе оптичний сенсор формувач імпульсів, до виходу фотодіода, який тиску, перший, другий та третій світловоди, генеоптично з'єднаний, через обтюраторний диск, із ратор оптичного випромінювання, фотоприймач із світловипромінювальним діодом, вхід керування підсилювачем, перетворювач "код-частота", опеякого підключений до одного з розрядів паралельративний запам'ятовуючий пристрій, постійний ного порту мікропроцесора, вихід другого розряду запам'ятовуючий пристрій, мікропроцесор і цифякого з'єднаний із входом керування джерела опровий відліковий пристрій. тичного випромінювання, а вхід послідовного порВідомий пристрій не забезпечує достатню точту підключений до виходу підсилювача-формувача ність вимірювання тиску через реалізацію прямого імпульсів. методу вимірювання. Останній передбачає викоНа рисунку зображена структурна схема цифристання фотоприймача з нелінійною та нестабірового вимірювача тиску, де 1 - оптичний сенсор льною у часі і від температури функцією перетвотиску; 2, 3, 4, 7, 14 і 15 - відповідно перший, друрення, а також підсилювача, дрейф нуля якого гий, третій, четвертий, п'ятий і шостий сві тловоди; також залежить від температури. Крім того, відо5 - генератор оптичного випромінювання; 6 - керомий пристрій має обмежений діапазон вимірюванваний генератор оптичного випромінювання; 8 ня, оскільки робоча точка розташована на лінійній світловипромінювальний діод; 9 - обтюраторний ділянці функції перетворення фотоприймача. За диск; 10 - фотодіод; 11, 13 - перша пара лінз; 12 межами цієї ділянки зростає похибка від нелінійсинхронний двигун; 16 - підсилювач-формувач ності. імпульсів; 17, 19 - друга пара лінз; 18 - оптичний В основу винаходу покладена технічна задача суматор; 20 - фотоприймач, який складається з створення цифрового вимірювача дійсного зналінзи, фотодіода і двох підсилювачів; 21 - фільтр чення тиску, у якому завдяки введеної сукупності верхніх частот; 22 - син хронний детектор; 23 - пефункціональних блоків та нових зв'язків між ними і ретворювач "код-частота"; 24 - перетворювач "наз іншими блоками пристрою забезпечувалося б пруга-код"; 25 - перетворювач "код-струм"; 26 підвищення точності та розширення діапазону визагальна шина; 27 - цифровий відліковий пристрій; мірювання тиску. 28 - оперативний запам'ятовуючий пристрій; 29 5 78044 6 постійний запам'ятовуючий пристрій; 30 - мікропотоків Фх1 і Ф х2, що поступають на фотоприймач процесор. 20, та напругами Uн1 і Uн2, що утворюються на Цифровий вимірювач тиску включає в себе першому та другому його вихода х відповідно, маоптичний сенсор тиску 1, перший, другий та третій ють вигляд: світловоди 2, 3 і 4, генератор оптичного випроміé1 2 ¥ ù 1 ' 3 ' ' U1 = S н Ф х 1 + S л Ф х 1 ê + sin (2 n - 1)W t ú + D U1 ; нювання 5 та фотоприймач 20, який складається з ê2 p 2n - 1 ú ë n =1 û лінзи, фотодіода і двох підсилювачів. Крім того, é1 2 ¥ ù цифровий вимірювач тиску містить загальну шину 1 U 2 = S 'н Ф 3 2 + S 'л Ф х2 ê + sin (2 n - 1)W t ú + D U '2 ; х 26, перетворювач "напруга-код" 24, оперативний 2 p 2n - 1 ê ú ë n =1 û запам'я товуючий пристрій 28, постійний запам'я де U1 і U2 - вихідні напруги першого та другого підтовуючий пристрій 29, цифровий відліковий присилювачів фотоприймача; стрій 27 та мікропроцесор 30, які з'єднані між со= = 0,5{DU 2 } + {DUз 2 } , {DU'1} 0,5{DU1} + {D Uз1}, {DU' 2 } бою через загальну шину 26. Генератор оптичного випромінювання 5 підключений через перший свіде D U1 і DU2 - постійні складові вихідних напруг тловод 2 до оптичного сенсору тиску 1, перший та першого та другого підсилювачів фотоприймача, другий ви ходи якого з'єднані з другим та третім DUз1 та DUз 2 - напруги зміщення першого та друсвітловодами 3 і 4. гого підсилювачів фотоприймача; В цифровий вимірювач тиску додатково введені керований генератор оптичного випроміню' ' Sн = вання 6, четвертий, п'ятий і шостий світловоди 7, = S н (1 + g н ), S л S л (1 + g л ) - параметри функції перетворення фотоприймача, що враховують 14 і 15, перша та друга пари лінз 11, 13 і 17, 19 вплив на нього дестабілізуючих факторів, а також відповідно, оптичний суматор 18, світловипромізміну параметрів у часі; S н, Sл - номінальні за знанювальний діод 8, фотодіод 10, підсилювачченням параметри функції перетворення фотоформувач імпульсів 16, фільтр верхні х часто т 21 і синхронний детектор 22, перетворювач "кодприймача; g н , g л - відносні відхилення параметчастота" 23, перетворювач "код-струм" 25 і обтюрів функції перетворення фотоприймача від раторний диск 9 із синхронним двигуном 12. номінальних значень, що викликані впливом на Слід зазначити, що підсилювач-формувач імфотоприймач дестабілізуючих факторів. пульсів 16 формує періодичну послідовність імпуЦифровий вимірювач тиску працює наступним чином. Після вмикання джерела живлення функцільсів з частотою W керування синхронним двигуональні блоки цифрового вимірювача тиску встаном 12, але затриманим на час затримки новлюються в початкове положення за командою з вимірювального каналу від фотоприймача 20 до мікропроцесора 30. Цифровий відліковий пристрій синхронного детектора 22. Крім того, потужність 27 обнуляється. вихідних імпульсів перетворювача "код-частота" У постійний запам'ятовуючий пристрій 29 за23 є достатньою для керування роботою синхрописуються коди чисел, NI1 і NI2, які забезпечують нного двигуна 12. формування струмів I1 і I2 живлення керованого Для кращого розуміння сутності запропоновагенератора оптичного випромінювання 6; код чисного технічного рішення пояснимо спочатку принцип дії оптичного сенсора тиску. ла N W , який забезпечує формування сигналу кеОптичний сенсор тиску, як і у прототипі, місрування частотою обертання обтюраторного тить в собі перший, другий та третій світловоди, диску 9. оптичні волокна яких розташовані по трьом концеУ першому такті на сенсор 1 світловий потік Фн нтричним кільцевим зонам, та чутливу мембрану із від генератора оптичного випромінювання 5 через внутрішньою дзеркальною поверхнею. Оптичні перший світловод 2 не поступає. Це обумовлено волокна першого світловоду, що розміщені в сетим, генератор оптичного випромінювання 5 заредній кільцевій зоні, призначені для направлення лишається вимкненим. За командою з мікропроцесвітлового потоку Ф’н нормованої інтенсивності сора 30 в регістр перетворювача "код-струм" 25 ({Ф’н }=2{Фн}, де Фн - нормований за значенням поступає код числа NI1. В результаті на керований світловий потік) на внутрішню дзеркальну поверхгенератор оптичного випромінювання 6 поступить ню мембрани, а оптичні волокна другого і третього струм I1 живлення, який забезпечує формування світловодів, що розташовані, відповідно, у внутрісвітлового потоку Ф’1, причому {Ф’1}=2{Ф1}, де шній та зовнішній концентричних кільцевих зонах {Ф1}}={Ф0}-{ DF 0 }; Ф 0 - нормований за значенням призначені для передачі інформативних світлових ( ( потоків Фх1 і Ф х2 , відбити х вн утрішньою дзеркальною поверхнею мембрани. Значення інтенсивностей відбитих інформативних світлових потоків Фх1 і Фх2 дорівнюють відповідно {Фх1}={Фн}-{Ф х}={Ф н}-{Sс}{р х}; {Фх2}={Фн}-{Ф х}={Ф н}-{Sс}{р х}; де рх - вимірюваний тиск; Фх - приріст світлового потоку, що пропорційний вимірюваному тиску; Sс - коефіцієнт перетворення вимірюваного тиску рх у приріст Ф х світлово го потоку. Припустимо, що функція перетворення фотоприймача 20 крім лінійної має кубічну складову. Рівняння зв'язку між інтенсивностями світлових ) å ) å світловий потік; DF 0 - нормований за значенням приріст світлового потоку. Сві тловий потік Ф’1 від керованого генератора оптичного випромінювання 6 поступає на вхід четвертого світловоду 7. На першому та др угому ви ходах четвертого сві тловоду 7 формуються додаткові світлові потоки Ф11({Ф 11}={Ф 0}-{ DF 0 }) та Ф12({Ф12}={Ф0}-{ DF 0 }) відповідно. Нормований за значенням приріст світлового потоку встановлюється за умовою DF 0 7 78044 { DF 0 }={Sc}{ D p0 }, де D p0 - нормований за значенням приріст тиску. Додаткові світлові потоки Ф11 і Ф12 комутуються за допомогою обтюраторного диску 9 і, через першу пару лінз 11 і 13, п'ятий та шостий світловоди 14 і 15, другу пару лінз 17 і 19 відповідно надходять на перший та другий входи оптичного суматора 18. З виходу оптичного суматора 18 додаткові комутовані світлові потоки Ф’11 і Ф’12 поступають на фотоприймач 20. За допомогою фотоприймача 20 додаткові світлові потоки Ф’11 і Ф’12 перетворюють у напруги: é1 2 ' 3 U11 Sн Ф11 + S'л Ф3 ê + 11 ê2 p ë ( ¥ ) ( ù å 2n - 1sin(2n - 1)Wt úúû + DU ; 1 ' 1 (1) n =1 ) é1 2 3 U 12 S 'н Ф 3 + S 'л Ф 12 ê + 12 ê2 p ë ù ¥ å 2n1- 1sin(2n - 1)Wtúúû + D U ; ' 2 (2) n =1 Отримані напруги U11 (1) і U12 (2) подають на входи фільтра верхніх частот 21. На виходах фільтра верхніх частот 21 отримують амплітудномодульовані сигнали ( ' 3 ' 3 U' ф1 = k ф S н Ф1 + S л Ф1 ¥ ) 4 å 2n1- 1 sin(2n - 1)Wt + DU p 12 ; (3) n=1 é ' 3 ' 3 4 U" ф1 = êk ф S н Ф1 + S л Ф1 p ê ë ( де {DU12}= kф 12 n =1 коефіцієнт { }- { }= DU'1 ¥ ) å 2n1- 1 sin(2n - 1)Wt + DU DU'2 підсилення ù ú; ú û (4) фільтра; 0,5{DU1} - {DU2 }{DU з1} - {DUз2 } . З виходів фільтра верхніх частот 21 сигнали U'ф1 (3) і U”ф1 (4) поступають на входи синхронного детектора 22. За командою з мікропроцесора 30 в регістр перетворювача "код-частота" 23 поступає код числа N W . В результаті з ви ходу перетворювача "кодчастота" 23 на вхід керування синхронного двигуна 12 надходить періодична послідовність імпульсів із частотою W та з заданою вольт-секундною площею. Обтюраторний диск 9 починає обертатись із частотою W . За командою з мікропроцесора вмикається світловипромінювальний діод 8. Світловий потік від світловипромінювального діоду 8 через перший проріз в обтюраторному диску 9 (див. рисунок) поступає на фотодіод 10 і перетворюється в змінну напругу. З ви ходу фотодіода 10 напруга надходить на підсилювач-формувач імпульсів 16. На виходах підсилювача-формувача імпульсів 16 утворюються сигнали типу "меандр" U'фi = U0 4 ¥ 1 sin(2n - 1)W t; å p n=1 2n - 1 U" = -U 0 фi 4 ¥ 1 sin (2n - 1)Wt; å p n=1 2n - 1 (5) (6) де U0 - нормована за значенням амплітуда імпульсів. Сигнали U’фі (5) і U”фі (6) подають на входи керування синхронного детектора 22. В результаті синхронного детектування напруг U’ф1 (3) і U”ф1 (4) на виході синхронного детектора 22 утворюється постійна напруга ' 3 Uд1 = k фk д æ SнФ1 + S 'лФ1ö = ç ÷ è ø éS' (Ф - D Ф )3 + S' (Ф - D Ф )ù, = k фk д н 0 0 л 0 0 ú ê ë û (7) 8 де kд - коефіцієнт передачі синхронного детектора 22. За допомогою перетворювача "напруга-код" 24 напруга Uд1 (7) перетворюється у ци фровий код числа N1=kп{Uд1} (8) де kп - коефіцієнт перетворення перетворювача "напруга-код" 24. По загальній шині 26 цифровий код числа N1 (8) поступає в оперативний запам'ятовуючий пристрій 28, де й запам'ятовується. У другому такті за командою з мікропроцесора 30 в регістр перетворювача "код-струм" 25 поступає код числа N12. В результаті на керований генератор оптичного випромінювання 6 поступить струм І2 живлення, який забезпечує формування світлового потоку Ф’2, причому {Ф’2}=2{Ф2}, де {Ф2}}={Ф0}-{ DF0 }. Світловий потік Ф’2 від керованого генератора оптичного випромінювання 6 поступає на вхід четвертого світловоду 7. На першому та другому ви ходах че твертого світловоду 7 формуються додаткові світлові потоки Ф21 ({Ф21}={Ф0}{ DF0 }) та Ф22 ({Ф 22}={Ф 0}-{ DF0 }) відповідно. Додаткові світлові потоки Ф21 і Ф22 комутуються за допомогою обтюраторного диску 9 і через першу пару лінз 11 і 13, п'ятий та шостий світловоди 14 і 15, другу пару лінз 17 і 19 відповідно надходять на перший та другий входи оптичного суматора 18. З виходу оптичного суматора 18 додаткові комутовані світлові потоки Ф’21 і Ф’22 поступають на фотоприймач 20. За допомогою фотоприймача 20 додаткові світлові потоки Ф’21 і Ф’22 перетворюють у напруги: ¥ é ù 1 ' æ ö 1 2 U21 = ç S'нФ3 + S'л Ф21 ÷ ê + å sin(2n - 1 Wt ú + DU1 ) 21 è øê2 p 2n - 1 ú n =1 ë û (9) é1 2 ¥ 1 ù U22 = æ S'нФ3 + S'лФ22 ö ê + å sin(2n - 1 Wt ú + DU'2 ) ç ÷ 22 è øê2 p 2n - 1 ú n =1 ë û (10) Отримані напруги (9) і (10) подають на входи фільтра верхніх часто т 21. На вихода х фільтра верхніх частот 21 отримують амплітудномодульовані сигнали ¥ 1 æ ö4 U'ф2 = k фç S'нФ 3 + S 'лФ2 ÷ å sin(2n - 1)Wt + DU12 2 è øp 2n - 1 (11) é ù 1 U" 2 = -ê k ф æ S'нФ3 + S'лФ2 ö å sin(2n - 1)Wt + D U12 ú ç ÷ ф 2 øp 2n - 1 ê è ú n=1 ë û (12) n =1 4 ¥ З виходів фільтра верхніх частот 21 сигнали U'ф2 (11) і U"ф2 (12) поступають на входи синхронного детектора 22. Світловий потік від світловипромінювального діоду 8 через перший проріз в обтюраторному диску 9 поступає на фотодіод 10 і перетворюється в напругу. З виходу фото діода 10 напруга надходить на підсилювач-формувач імпульсів 16. На виходах підсилювача-формувача імпульсів 16 утворюються сигнали U’фі (5) і U”фі (6), які подають на входи керування синхронного детектора 22. На виході синхронного детектора 22 утворюється напруга Uд2 = k фk д æ S'нФ3 + S'лФ2 ö = ç ÷ 2 è ø = k фk д éS'н(Ф0 - D Ф0 )3 + S'л (Ф0 - D Ф0 )ù, ê ú ë û (13) 9 78044 10 За допомогою перетворювача "напруга-код" 24 Світлові потоки Фx1, Ф 21 і Ф x2, Ф22 комутуються напругу (13) перетворюють у ци фровий код числа за допомогою обтюраторного диску 9. На лінзу 11 N2=kп{Uд2} (14) поступають одночасно комутовані інформативний По загальній шині 26 цифровий код N 2 (14) посвітловий потік Ф’x1, з виходу другого світловоду 3, ступає в оперативний запам'я товуючий пристрій та додатковий світловий потік Ф’21 з першого вихо28, де й запам'ятовується. ду четвертого світловоду 7. На лінзу 13 поступаУ третьому такті за командою з мікропроцесоють одночасно комутовані інформативний світлора 30 вмикається генератор оптичного випромінювий потік Ф’x2, з ви ходу третього світловоду 4, та вання 5. По першому світловоду 2 від генератора додатковий світловий потік Ф’22, з друго го ви ходу оптичного випромінювання 5 на внутрішню дзерчетвертого світловоду 7. кальну поверхню мембрани оптичного сенсора На виході лінзи 11 утворюється комутований тиску 1 поступає світловий потік Ф’н нормованої сумарний світловий потік Ф’31 ({Ф’31}={Ф’ x1}+{Ф’ 21}), інтенсивності ({Ф’н}=2{Фн}). Одночасно на зовнішню а на виході лінзи 13 - комутований сумарний світповерхню чутливої мембрани оптичного сенсора ловий потік Ф’32 ({Ф’32}={Ф’ x2}+{Ф’22}). С умарні світтиску 1 діє тиск р х. Відбиті вн утрішньою дзеркальлові потоки Ф’31 і Ф’32 через п'ятий та шостий світною поверхнею мембрани інформативні світлові ловоди 14 і 15 подають на лінзи 17 і 19 відповідно. потоки Фх1 і Ф х2 поступають на входи другого та З виходів лінз 17 і 19 комутовані сумарні світлові третього світловодів 3 і 4 відповідно. потоки через оптичний суматор 18 надходять на За командою з мікропроцесора 30 в регістр фотоприймач 20. перетворювача "код-струм" 25 поступає код числа За допомогою фотоприймача 20 сумарні світN12. В результаті на керований генератор оптичнолові потоки Ф’31 і Ф’32 перетворюють у напруги: го випромінювання 6 поступить струм І2 живлення, é1 2 ¥ 1 ù ' U31 = æ S 'нФ 3 + S 'лФ31 ö ê + å sin(2n - 1)W t ú + DU1 (15) ç ÷ який забезпечує формування світлового потоку 31 è øê 2 p 2n - 1 ú n =1 ë û Ф’2. Світловий потік Ф’2 від керованого генератора é1 2 ¥ 1 ù оптичного випромінювання 6 поступає на вхід чет' ' U32 = æ Sн Ф3 + S'лФ 32 ö ê + å sin(2n - 1)W t ú + DU1 (16) ç ÷ 32 вертого світловоду 7. На першому та другому виè øê 2 p 2n - 1 ú n =1 ë û ходах че твертого світловоду 7 формуються додатОтримані напруги U31 (15) і U32 (16) подають на кові світлові потоки Ф21 ({Ф21}={Ф0}-{ DF0 }) та Ф 22 входи фільтра верхніх частот 21. На виходах філь({Ф22}={Ф 0}-{ DF0 }) відповідно. U 'ф3 = k ф é S'н( Ф3 + Ф3 31 32 ê ë 1 ' 3 3 + k ф éSн ( Ф31 + Ф32 ê ë 2 ) тра верхніх частот 21 отримують амплітудномодульовані сигнали ¥ ) + S'л ( Ф31 + Ф 32 ) ] 2 å p ( ' + Sл Ф 31 + Ф 32 ' U'ф3 = -á k ф é S'н ( Ф 3 + Ф 3 ) + S'л ( Ф 31 + Ф 32 31 32 ê ë + 1 k ф éS'н ( Ф 3 + Ф 3 ) + S'л ( Ф 31 + Ф 32 31 32 ê ë 2 n=1 1 sin(2n - 1)Wt + 2n - 1 ) ] + DU12; ¥ ) ]2 å 1 sin( 2n - 1) Wt + p n =1 2n - 1 (18) ) ] + DU12 ñ; З виходів фільтра верхніх частот 21 сигнали U'ф3 (17) і U”ф3 (18) поступають на входи синхронного детектора 22. Світловий потік від світловипромінювального діоду 8 через перший проріз в обтюраторному диску 9 поступає на фотодіод 10 і перетворюється в напругу. З виходу фотодіода 10 напруга надходить на підсилювач-формувач імпульсів 16. На виході підсилювача-формувача імпульсів 16 утворюються сигнали U'фі (5) і U”фі (6), які подають на входи керування синхронного детектора 22. На виході синхронного детектора 22 утворюється напруга Uд 2 = (17) k фk д é ' æ 3 S çФ + Ф332 ö + S'л (Ф31 + Ф32 ) ÷ ë н ø 2 ê è 31 ] (19) За допомогою перетворювача "напруга-код" 24 напругу Uд3 (19) перетворюють у цифровий код числа N3=kп{Uд3} (20) По загальній шині 26 цифровий код числа N3 (20) поступає в оперативний запам'ятовуючий пристрій 28, де й запам'ятовується. У четвертому такті генератор оптичного випромінювання 5 залишається ввімкнутим. По першому світловоду 2 від генератора оптичного випромінювання 5 на внутрішню дзеркальну поверхню мембрани оптичного сенсора тиску 1 поступає світловий потік Ф’н нормованої інтенсивності. Одночасно на зовнішню поверхню чутливої мембрани оптичного сенсора тиску 1 діє тиск рx. Відбиті внутрішньою дзеркальною поверхнею мембрани інформативні світлові потоки Фx1і Ф x2 поступають на входи другого та третього світловодів 3 і 4 відповідно. За командою з мікропроцесора 30 в регістр перетворювача "код-струм" 25 поступає код числа NI1. В результаті на керований генератор оптичного випромінювання 6 поступить струм I1 живлення, який забезпечує формування світлового потоку Ф’1. Світловий потік Ф’1 від керованого генератора оптичного випромінювання б поступає на вхід четвертого світловоду 7. На першому та другому виходах че твертого світловоду 7 формуються додат 11 78044 12 потоки через оптичний суматор 18 надходять на кові світлові потоки Ф11 ({Ф11}={Ф 0}-{ DF0 }) та фотоприймач 20. Ф12({Ф 12}={Ф 0}-{ DF0 }) відповідно. За допомогою фотоприймача 20 сумарні світСвітлові потоки Фx1, Ф 11 і Ф x2, Ф12 комутуються лові потоки Ф41 і Ф 42 перетворюють у напруги: за допомогою обтюраторного диску 9. На лінзу 11 é1 2 ¥ 1 ù поступають одночасно комутовані інформативний U41 = æ S'нФ3 + S'лФ 41 öê + å ç ÷ sin( 2n - 1)Wtú + 41 è øê 2 p 2n - 1 ú (21) світловий потік Ф’x1, з виходу другого світловоду 3, ë n=1 û та додатковий світловий потік Ф’11, з першого ви' + DU1; ходу четвертого світловоду 7. é1 2 ¥ 1 ù На лінзу 13 поступають одночасно комутовані U42 = æS 'н Ф 3 + S 'лФ 42 ö ê + å sin( 2n - 1)W t ú + ç ÷ 42 è øê2 p 2n - 1 інформативний світловий потік Ф’x2 з виходу треú (22) n =1 ë û тього світловоду 4, та додатковий світловий потік ' + D U1; Ф’12, з др угого виходу четвертого світловоду 7. Отримані напруги U41 (21) і U42 (22) подають на На виході лінзи 11 утворюється комутований входи фільтра верхніх частот 21. На виходах фільсумарний світловий потік Ф’41 ({Ф’41}={Ф’x1}+{Ф’ 11}) а тра верхніх частот 21 отримують амплітуднона виході лінзи 13 - сумарний світловий потік Ф’42 модульовані сигнали ({Ф’42}={Ф’ x1}+{Ф’12}). Комутовані сумарні світлові потоки Ф’41 і Ф’42 через п'ятий та шостий сві тловоди 14 і 15 подають на лінзи 17 і 19 відповідно. З виходів лінз 17 і 19 комутовані сумарні світлові Uф4 = k ф éS н( Ф 41 + Ф42 ê ë ' ' 3 1 ' 3 3 + kф éS н ( Ф 41 + Ф 42 ê ë 2 3 ) 1 k ф é S'н ( Ф 3 + Ф3 41 42 ê ë 2 1 sin(2n - 1)Wt + p n=12n - 1 ( ' + S л Ф 41 + Ф 42 ' U'ф 4 = -ák ф é S'н ( Ф 3 + Ф3 ê 41 42 ë + ¥ ) + S 'л ( Ф 41 + Ф 42 ) ] 2 å ) ] + DU12; ¥ 1 sin(2n - 1)Wt + p n =12n - 1 ) + S'л ( Ф 41 + Ф42 ) ] 2 å ´ Uд4 = {F 20}(N 4 - N 3 ) + ( F0 { ] (25) (27) Fн0 }+ {F 20}(N 2 - N1) - {Fн0}{DF0 }( N 2 + N 1) }{ де è k фk д é ' æ 3 S ç Ф + Ф342 ö + S 'л (Ф 41 + Ф 42 ) ÷ ë н ø 2 ê è 41 За допомогою перетворювача "напруга-код" 24 напругу Uд4 (25) перетворюють у цифровий код числа N4=kп{Uд4} (26) По загальній шині 26 цифровий код числа N4 (26) поступає в оперативний запам'ятовуючий пристрій 28, де й запам'ятовується. У п'я тому такті результати чотирьох тактів вимірювання N1 (8), N2 (14), N3 (20) і N4 (26) обробляють згідно з рівнянням числових значень {F0 }(N 1 - N 2 ) + {DF 0 }(N 1 - N 2 ) 3 ´ 3{Sc } {F0 N 1 - N 2 ) + {DF0 }(N 1 - N 2 ) }( æ {F20 } = 2{F 0}{ç F}0 2 { (24) ) + S'л ( Ф 41 + Ф42 ) ] + DU12 ñ; З ви ходу фільтра верхніх частот 21 сигнали U'ф4 (23) і U'’ф4 (24) поступають на входи синхронного детектора 22. Світловий потік від світловипромінювального діоду 8 через перший проріз в обтюраторному диску 9 поступає на фотодіод 10 і перетворюється в напругу. З виходу фотодіода 10 напруга надходить на підсилювач-формувач імпульсів 16. На виході підсилювача-формувача імпульсів 16 утворюються сигнали U’фi (5) і U’’фi (6), які подають на входи керування синхронного детектора 22. На виході синхронного детектора 22 утворюється напруга Nрх = {рх} = (23) ö DF0 }2 ÷, ø {F н0} = 3 {F н }(2{ F 0} +{ Fн ) } і отримують дійсне значення тиску р x. При обробці результатів чотирьох тактів вимірювань за рівнянням числових значень (22) виключається вплив похибок вимірювання, обумовлених нестабільністю функції перетворення фотоприймача 20. Одночасно виключається вплив на результат вимірювання коефіцієнта підсилення kф фільтра верхніх частот 21, коефіцієнта передачі kд синхронного детектора 22 і коефіцієнта перетворення kнк перетворювача "напруга-код" 24. Позитивний ефект отриманий завдяки введенню в пристрій суттєви х відмітних ознак (сукупності функціональних блоків) та їх зв'язків між собою та з іншими суттєвими ознаками. Таким чином, введення нової сукупності функціональних блоків та но вих зв'язків між ними і з іншими блоками пристрою, а також використання нового рівняння числових значень (22) дало можливість: 1) забезпечити підвищення точності вимірювання тиску за рахунок виключення похибок вимірювання пов'язаних з нелінійністю і нестабільністю функції перетворення фотоприймача 20; 2) розширення діапазону вимірювання тиску за рахунок виключення впливу параметрів нелінійної функції перетворення фотоприймача 20 на остаточний результат вимірювання. За рахунок використання двохнапівперіодного синхронного детектора забезпечується подвійна 13 78044 14 вихідна напруга та суттєво зменшується рівень функції перетворення фотоприймача 20, а також їх комутаційних завад. зміни в часі та за температурою, відносно номінаАналіз рівняння числових значень (22) покальних. зав, що обробка результатів проміжних вимірюТаким чином, запропонований цифровий вимівань зазначеним чином забезпечує виключення рювач тиску забезпечує вирішення зазначеної впливу абсолютних значень параметрів нелінійної технічної задачі. Комп’ютерна в ерстка Т.Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601