УСТРОЙСТВО С ЕМКОСТНЫМ ДАТЧИКОМ

УСТРОЙСТВО С ЕМКОСТНЫМ ДАТЧИКОМ


RU (11) 2126173 (13) C1

(51) 6 G08B13/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1999.02.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 94030021/09 
(22) Дата подачи заявки: 1994.08.09 
(45) Опубликовано: 1999.02.10 
(56) Аналоги изобретения: Авторское свидетельство, 821911, кл. G 01B 7/00, 1981. 
(71) Имя заявителя: Научное производственно-коммерческое товарищество "Фортуната" 
(72) Имя изобретателя: Фролов Н.С.; Сухомлинов В.В. 
(73) Имя патентообладателя: Научное производственно-коммерческое товарищество "Фортуната" 
(98) Адрес для переписки: 152620 Углич Ярославской обл., ул.К.Маркса 2А-18, Сухомлинову В.В. 

(54) УСТРОЙСТВО С ЕМКОСТНЫМ ДАТЧИКОМ 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использованно в устройствах охранной и противопожарной сигнализации, а также в устройствах для измерения линейных размеров и перемещений с емкостными датчиками. Задачей изобретения является расширение области применения устройства за счет повышения экономичности и точности работы. Устройство содержит кварцевый генератор прямоугольных импульсов скважности-2, имеющий два противофазных выхода с одинаковыми, кроме фаз, выходными характеристиками, два блока реактивных элементов, выполненных в виде емкостных датчиков, сумматор и блок регистрации. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах охранной и противопожарной сигнализации, а также устройствах для измерения линейных размеров с емкостными датчиками.

Известно большое количество устройств с емкостными датчиками и электронных емкостных реле. В качестве аналогов полезно рассмотреть два устройства, прошедшие некоторый практический отбор и рекомендованные в литературе для широкого повторения.

Известно устройство охранной сигнализации (см. журнал "Радиолюбитель". Минск. ISSN 0869-0510, 1992 год, N 8, стр. 26).

Устройство содержит последовательно включенные генератор с частотно-задающим LC-контуром, конденсатор связи, второй LC-контур, амплитудный детектор и компаратор, а электрод (сенсор) емкостного датчика соединен с частотно-задающим контуром генератора.

Недостатком устройства являются неудовлетворительная точность срабатывания и повышенное энергопотребление, требующее сетевого электропитания.

Известно емкостное реле (см. журнал "Радио". Москва. ISSN 0033-765X, 1992 год, N 9, стр. 48).

Устройство имеет аналогичную функциональную схему, но также не обладает необходимой точностью срабатывания и экономичностью и как предыдущее требует настройки двух LC-контуров.

Сложившаяся традиция проектирования подобных устройств наложила отпечаток и на профессиональные разработки, к которым со всем основанием можно отнести интегральные микросхемы КМ1025КП1 и КМ1025КП2, функционально представляющие собой емкостные реле, см. И.В.Новаченко, В.А.Телец. "Справочник. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры". Москва. "Радио и связь", 1991 г., стр. 121. Принцип действия указанных микросхем подобен принципу работы приведенных аналогов.

Не критикуя сложности схемотехники (микросхемы содержат до 12-ти функциональных узлов) и отмечая как достоинство использование только одного "навесного" LC-контура, отметим как основной недостаток повышенный ток электропотребления, составляющий 20 миллиампер.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство по авторскому свидетельству СССР N 821911, которое содержит генератор опорного напряжения, индуктивный датчик и блок регистрации, в котором опорный генератор выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов скважности-2, а устройство снабжено блоком реактивных элементов, образующих с индуктивностью датчика резонансный фильтр.

Для использования данного устройства в качестве емкостного реле достаточно в блок реактивных элементов включить емкостный датчик. Однако такое устройство может иметь лишь ограниченное применение, так как на рабочей частоте порядка 30 кГц оно не имеет достаточной чувствительности, а на высоких, более 1 - 2 МГц становится не экономичным.

Задачей изобретения является расширение области применения устройства за счет повышения экономичности и точности работы.

Поставленная задача решается тем, что кварцевый генератор прямоугольных импульсов скважности-2 содержит дополнительный противофазный выход импульсной последовательности скважности-2 с одинаковыми (кроме фаз) выходными характеристиками, что и первый выход, кроме того, устройство в качестве блока реактивных элементов содержит емкостный датчик, дополнительно второй емкостный датчик (идентичный первому) или подстроечный конденсатор и сумматор.

На чертеже приведена функциональная схема устройства с емкостным датчиком.

Устройство содержит кварцевый генератор 1 прямоугольных импульсов скважности-2, имеющий дополнительно выход , инвертированный (противофазный) выходу A, емкостный датчик 2, подключенный первым электродом к выходу A генератора, второй емкостный датчик (или конденсатор) 3, подключенный первым электродом к выходу A генератора, сумматор 4, подключенный выходами к вторым электродам емкостных датчиков 2 и 3, а выходом подключенный к блоку 5 регистрации.

Устройство работает следующим образом.

При включении кварцевый генератор 1 генерирует переменное напряжение прямоугольных импульсов скважности-2, частота которого определяется собственной частотой кварцевого резонатора.

Напряжение этого генератора с противофазных выходов A и прямого и инвертированного подается на емкостные датчики 2 и 3.

Сумматор 4 отрегулирован таким образом, что его выходное напряжение равно нулю и на выходе блока регистрации 5 присутствует сигнал логического нуля.

При приближении к одному из датчиков контролируемого объекта его емкость изменится, напряжение на выходе сумматора станет отличным от нуля и на выходе блока регистрации 5 возникнет сигнал логической единицы. Посторонние дестабилизирующие воздействия, например изменение температуры в зоне контроля, в равной степени изменяют параметры датчиков и не вызывают дополнительных погрешностей. В случае возникновения градиента температур, например при пожароопасности, изменение емкостей датчиков будет неодинаковым и устройство срабатывает как противопожарная сигнализация.

Генератор прямоугольных импульсов скважности-2 имеет кварцевую стабилизацию частоты и, будучи выполнен на микросхеме КМОП структуры, имеет токопотребление менее 20-ти микроампер, что в 1000 раз меньше, чем у устройства аналога (КМ1025КП1-2). Токопотребление блока регистрации в режиме слежения не меньше.

Таким образом, область применения устройства значительно расширяется, так как становится возможным использование в нем автономных источников питания (батарей или аккумуляторов небольшой емкости), при этом ресурс работы устройства в режиме слежения составит 1 - 2 года в сравнении с двумя - тремя сутками для аналога.

Повышение точности работы устройства достигается за счет низкого уровня фазовых шумов генератора с кварцевой стабилизацией частоты, идентичности характеристик противофазных прямоугольных импульсов, а также возможности дифференциального включения емкостных датчиков.

Чувствительность и стабильность предложенного устройства с рабочей частотой 32,768 кГц оказываются значительно выше, чем у устройства прототипа, работающего на частоте в несколько мегагерц.

Кроме того, очевидным достоинством предлагаемого устройства являются его простота, отсутствие катушек индуктивности и минимальное количество "навесных" элементов, что обеспечивает его высокую надежность, особенно при микросхемном использовании.

Сверхсуммарный эффект, определяющий избирательский уровень технического решения, характеризуется еще и тем, что устройство становится универсальным, в том числе пригодным для прецизионного измерения линейных размеров и перемещений, при использовании в нем дифференциальных емкостных датчиков. В этом случае блок 5 регистрации должен содержать линейный усилитель и фазочувствительный детектор. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство с емкостным датчиком, содержащее кварцевый генератор прямоугольных импульсов скважности-2, блок реактивных элементов и блок регистрации, отличающееся тем, что устройство содержит второй блок реактивных элементов и сумматор, а кварцевый генератор прямоугольных импульсов скважности-2 содержит дополнительный противофазный выход, при этом блок реактивных элементов и второй блок реактивных элементов выполнены в виде емкостных датчиков, первые электроды которых подключены к противофазным выходам кварцевого генератора прямоугольных импульсов скважности-2, а вторые электроды емкостных датчиков подключены к входам сумматора, выход которого подключен к входу блока регистрации.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru