[go: up one dir, main page]

RU2110770C1 - Method of measurement of physical quantity and device for its realization - Google Patents

Method of measurement of physical quantity and device for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2110770C1
RU2110770C1 RU96115445A RU96115445A RU2110770C1 RU 2110770 C1 RU2110770 C1 RU 2110770C1 RU 96115445 A RU96115445 A RU 96115445A RU 96115445 A RU96115445 A RU 96115445A RU 2110770 C1 RU2110770 C1 RU 2110770C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
computer
input
output
driver
frequency
Prior art date
Application number
RU96115445A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96115445A (en
Inventor
А.Б. Степанов
Н.А. Удовиченко
Ю.Н. Федоров
Original Assignee
Удовиченко Николай Алексеевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Удовиченко Николай Алексеевич filed Critical Удовиченко Николай Алексеевич
Priority to RU96115445A priority Critical patent/RU2110770C1/en
Priority to AU37113/97A priority patent/AU3711397A/en
Priority to PCT/RU1997/000233 priority patent/WO1998003837A1/en
Priority to EP97933936A priority patent/EP1020708A1/en
Priority to US09/230,240 priority patent/US6415239B1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2110770C1 publication Critical patent/RU2110770C1/en
Publication of RU96115445A publication Critical patent/RU96115445A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: invention is meant for technology employing computer for reception and processing of metrological information of general assignment. Measured value acts on sensitive element of device meant for measurement of physical quantity. Change of electric parameter of element leads to change of parameter f electric oscillatory process in former of variable voltage which frequency of output voltage changes accordingly. Mentioned voltage goes from output of level converter to input of audioadapter of computer which configuration corresponds to Multimedia Personal Computer specification, is processed and value of measured quantity is determined with usage of software and information on transmission characteristics of former and on parameters of frequency-setting elements. EFFECT: increased functional reliability and accuracy of method and device. 6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, использующей компьютер при получении и работе с метрологической информацией общего назначения. The invention relates to measuring equipment using a computer when receiving and working with metrological information for general purposes.

Известен способ измерений с использованием компьютера, в основе которого лежит преобразование физической величины в электрическое напряжение, где информация содержится в уровне сигнала [1]. A known method of measurement using a computer, which is based on the conversion of a physical quantity into electrical voltage, where the information is contained in the signal level [1].

Известен способ преобразования физической величины в электрическое напряжение фиксированного уровня, а информация об измеряемой величине содержится в длительности (периоде) напряжения [3]. A known method of converting a physical quantity into an electrical voltage of a fixed level, and information about the measured quantity is contained in the duration (period) of the voltage [3].

Способы реализуются соответствующими устройствами. The methods are implemented by appropriate devices.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату, и принятым авторами в качестве прототипа, является способ и устройство для измерения физической величины [4] в котором формируют сигнал, длительность которого пропорциональна измеряемой величине. Для этого используют заряд эталонного конденсатора до определенного уровня напряжения, через резистор, электрическое сопротивление которого чувствительно к измеряемой величине. Closest to the proposed method in terms of technical nature and the achieved result, and adopted by the authors as a prototype, is a method and device for measuring a physical quantity [4] in which a signal is generated, the duration of which is proportional to the measured quantity. To do this, use the charge of the reference capacitor to a certain voltage level, through a resistor whose electrical resistance is sensitive to the measured value.

Реализующее его устройство состоит из терморезистора, соединенного с ним последовательно конденсатора, и транзистора, включенного параллельно конденсатору. Эти элементы образуют колебательный контур, а параметры элементов задают частоту выходного напряжения. Перечисленные элементы и триггер Шмитта образуют формирователь импульсного электрического напряжения. Выход формирователя соединен с цифровым входом компьютера. The device implementing it consists of a thermistor connected in series with a capacitor, and a transistor connected in parallel with the capacitor. These elements form an oscillatory circuit, and the parameters of the elements determine the frequency of the output voltage. The listed elements and Schmitt trigger form a pulse voltage generator. The output of the driver is connected to the digital input of the computer.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

По сигналу компьютера транзистор запирается, и в этот же момент в компьютере запускается внутренний счетчик времени. Конденсатор через включенный в цепь его заряда терморезистор заряжается до величины порога опрокидывания триггера Шмитта. Фиксируют момент заряда конденсатора. Сигнал перепада напряжения с выхода триггера Шмитта поступает в компьютер, останавливая внутренний счетчик, и по сигналу компьютера переводит транзистор в режим насыщения. Разряд конденсатора происходит через внутреннее сопротивление транзистора. Информация об измеряемой величине содержится во внутреннем счетчике компьютера. At the signal of the computer, the transistor is locked, and at the same moment, the computer starts the internal time counter. The capacitor, through the thermistor included in its charge circuit, is charged to the value of the Schmitt trigger tipping threshold. The moment of charge of the capacitor is recorded. The voltage drop signal from the output of the Schmitt trigger enters the computer, stopping the internal counter, and by the computer signal puts the transistor in saturation mode. The discharge of the capacitor occurs through the internal resistance of the transistor. Information about the measured value is contained in the internal computer counter.

Известный способ позволяет измерять физическую величину, температуру, компенсировать влияние температурной нестабильности характеристик некоторых компонентов реализующего его устройства на результаты измерений. The known method allows to measure the physical quantity, temperature, to compensate for the effect of temperature instability of the characteristics of some components of the device implementing it on the measurement results.

Существенными недостатками известного способа и реализующего его устройства являются низкая точность измерений, обусловленная принципиальной невозможностью скомпенсировать влияние температурной нестабильности всех активных элементов схемы формирователя и возникновением систематических ошибок измерений из-за накопления вследствие нелинейности характеристик транзистора и конечности его сопротивления в режиме насыщения остаточного напряжения на конденсаторе, а также ограниченные функциональные возможности, не позволяющие проводить измерения с использованием распространенных персональных компьютеров без дополнительных устройств и программ драйверов. Significant disadvantages of the known method and its implementing device are the low measurement accuracy due to the fundamental impossibility to compensate for the temperature instability of all active elements of the driver circuit and the occurrence of systematic measurement errors due to accumulation due to nonlinearity of the characteristics of the transistor and the finiteness of its resistance in the mode of saturation of the residual voltage across the capacitor, as well as limited functionality that does not allow prov possible measurements using a common personal computer without any additional hardware and driver software.

В основу изобретения поставлена задача повышения точности и стабильности измерений, при одновременном расширении функциональных возможностей способа и устройства, упрощения процедуры измерений и соответственно унификации процедуры и средств измерений. The basis of the invention is the task of improving the accuracy and stability of measurements, while expanding the functionality of the method and device, simplifying the measurement procedure and, accordingly, unifying the procedure and measurement tools.

Дополнительно ставятся задачи повышения надежности измерений, обеспечения электрической развязки, вплоть до дистанционной, беспроводной, связи между компонентами измерительной системы, а также управления формирователем для повышения разрешающей способности измерений. In addition, the tasks are to increase the reliability of measurements, ensure electrical isolation, up to remote, wireless, communication between the components of the measuring system, as well as control the driver to increase the resolution of measurements.

Поставленная основная задача измерения физической величины с использованием компьютера решается тем, что подвергают физическому воздействию чувствительный элемент, организуют, используя электрический параметр чувствительного элемента, электроколебательный процесс, формируют под влиянием электроколебательного процесса электрическое напряжение, которое подают на вход компьютера, согласно изобретению, электроколебательный процесс организуют периодическим, напряжение формируют с уровнем и частотой информационно-значимых составляющих его частотного спектра, удовлетворяющими в диапазоне измерения физической величины параметрам входа аудиоадаптера компьютера, конфигурация которого соответствует спецификации Multimedia Personal Computer, при этом входом компьютера является вход его аудиоадаптера. The main task of measuring a physical quantity using a computer is solved by exposing the sensing element to physical action, organizing, using the electric parameter of the sensing element, the electro-oscillating process, forming under the influence of the electro-oscillating process an electric voltage that is applied to the input of the computer, according to the invention, organizing the electro-oscillating process periodic, voltage is formed with the level and frequency of information-significant components its frequency spectrum, satisfying, in the measurement range of a physical quantity, the input parameters of the computer audio adapter, the configuration of which complies with the Multimedia Personal Computer specification, while the computer input is the input of its audio adapter.

Поставленная задача решается также и устройством для реализации способа, включающим компьютер, чувствительный элемент, соединенный с ним формирователь переменного электрического напряжения, содержащий частотозадающие элементы, согласно изобретению формирователь дополнительно содержит преобразователь уровня напряжения, выход которого является выходом формирователя, конфигурация компьютера соответствует спецификации Multimedia Personal Computer (MPS), выход формирователя соединен с входом аудиоадаптера такого компьютера, частотозадающие элементы формирователя имеют параметры, обеспечивающие частоту информационно- значимых составляющих частотного спектра выходного напряжения в пределах, удовлетворяющих параметрам входа аудиоадаптера компьютера во всем диапазоне измерения физической величины. The problem is also solved by a device for implementing the method, including a computer, a sensing element, an alternating voltage generator connected to it containing frequency-setting elements, according to the invention, the generator further comprises a voltage level converter, the output of which is the output of the driver, the computer configuration complies with the Multimedia Personal Computer specification (MPS), the output of the driver is connected to the input of the audio adapter of such a computer, you have shaper parameters providing information and meaningful frequency components of the output voltage of the frequency spectrum in the range satisfying the parameters input audio adapter computer over the entire range of measurement of the physical quantity.

Наилучший результат достигается в устройстве тем, что преобразователь уровня напряжения выполнен либо в виде оптоэлектронных, согласованных между собой, приемника, соединенного с входом аудиоадаптера, и передатчика, соединенного с выходом формирователя, либо в виде трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с входом аудиоадаптера, а первичная соединена с выходом формирователя. The best result is achieved in the device by the fact that the voltage level converter is made either in the form of an optoelectronic, interconnected, receiver connected to the input of the audio adapter, or in the form of a transformer, the secondary winding of which is connected to the input of the audio adapter, and primary connected to the output of the shaper.

Дополнительные задачи решаются тем, что устройство содержит идентификатор чувствительного элемента и формирователя соединенный с цифровым входом компьютера, а также тем, что оно снабжено блоком управления формирователем, вход блока соединен с цифровым выходом компьютера или аудиоадаптера компьютера, а выход блока - с входом управления формирователем. Additional tasks are solved by the fact that the device contains an identifier of the sensitive element and the driver connected to the digital input of the computer, as well as the fact that it is equipped with a driver control unit, the input of the unit is connected to the digital output of a computer or computer audio adapter, and the output of the unit is connected to the driver control input.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - принципиальная схема устройства для измерения температуры, пример реализации; на фиг.3 - функциональная схема устройства, содержащего идентификатор чувствительного элемента и формирователя; на фиг.4 - функциональная схема устройства, содержащего блок управления формирователем. In FIG. 1 shows a functional diagram of a device for implementing the proposed method; figure 2 is a schematic diagram of a device for measuring temperature, an example implementation; figure 3 is a functional diagram of a device containing the identifier of the sensitive element and the driver; figure 4 is a functional diagram of a device containing a control unit of the shaper.

В предлагаемом способе измерения выбирают схему формирователя, работающую в автоколебательном режиме (мультивибратор, генератор и т.п.), одним из частотозадающих элементов которой является чувствительный элемент. Чувствительный элемент подвергают физическому воздействию, изменяя тем самым его электрический параметр. Так как параметр чувствительного элемента участвует в образовании электрического автоколебательного процесса, это приводит к изменению параметра процесса (его частоты) и соответственно частоты выходного напряжения формирователя. При выбранной схеме с мультивибратором сигнал на его выходе содержит большое число гармоник, но информационно-значимой является основная, первая гармоника. Поэтому параметры частотозадающих элементов выбирают такими, чтобы во всем диапазоне измерения физической величины основная гармоника частотного спектра выходного напряжения была согласована с входными параметрами аудиоадаптера компьютера, конфигурация которого соответствует спецификации Multimedia Personal Computer. Для некоторых измерений информационно- значимыми могут быть вторая и последующие гармоники или только они. При использовании резистивных датчиков (терморезистор, фоторезистор, тензорезистор) весьма удобно применять формирователь, выполненный по схеме мультивибратора. При емкостных датчиках (температуры, размеров и других величин) и датчиках, использующих емкостной эффект (силы, перемещения, давления и т.д.), в качестве формирователя используют схему высокочастотного емкостного генератора, а выходное напряжение схемы с требуемыми параметрами получают путем смешивания напряжений с измерительного и опорного генератора. Для параметрических датчиков (фотодиод, термопара, и т.д.) в качестве формирователя используют схему генератора, управляемого напряжением (ГУН). Приведенные выше рассуждения об информационно-значимых составляющих также справедливы вне зависимости от выбора конкретной схемы реализации ГУН. Для бесконтактных датчиков Холла схемная реализация формирователя будет весьма непростой. В частности, необходимо стабилизировать величину выходного тока цепи схемы, в которую включен датчик. In the proposed measurement method, a shaper circuit is selected that operates in a self-oscillating mode (multivibrator, generator, etc.), one of the frequency-setting elements of which is a sensitive element. The sensitive element is subjected to physical action, thereby changing its electrical parameter. Since the parameter of the sensitive element is involved in the formation of an electric self-oscillating process, this leads to a change in the process parameter (its frequency) and, accordingly, the frequency of the output voltage of the driver. With the selected scheme with a multivibrator, the signal at its output contains a large number of harmonics, but the main, first harmonic is information-significant. Therefore, the parameters of the frequency-setting elements are chosen such that in the entire measurement range of the physical quantity, the main harmonic of the frequency spectrum of the output voltage is consistent with the input parameters of the computer audio adapter, the configuration of which complies with the Multimedia Personal Computer specification. For some measurements, the second and subsequent harmonics or only they can be information-significant. When using resistive sensors (thermistor, photoresistor, strain gauge) it is very convenient to use a shaper made according to the multivibrator scheme. With capacitive sensors (temperature, size and other values) and sensors using the capacitive effect (force, displacement, pressure, etc.), a high-frequency capacitive generator circuit is used as a shaper, and the output voltage of the circuit with the required parameters is obtained by mixing the voltages with measuring and reference generator. For parametric sensors (photodiode, thermocouple, etc.), a voltage-controlled oscillator (VCO) circuit is used as a shaper. The above discussion of information-significant components is also valid regardless of the choice of a specific implementation scheme of the VCO. For non-contacting Hall sensors, the circuit implementation of the shaper will be very difficult. In particular, it is necessary to stabilize the output current of the circuit circuit into which the sensor is included.

Вычисление физической величины, также как и прототипе, происходит в компьютере. Введенный в компьютер сигнал подвергают преобразованию Фурье, выделяя информационно- значимые составляющие частотного спектра, и, используя значения передаточных характеристик чувствительного элемента, формирователя, аудиоадаптера компьютера, программно вычисляют значение физической величины. The calculation of the physical quantity, as well as the prototype, takes place in the computer. The signal entered into the computer is subjected to Fourier transform, isolating the information-significant components of the frequency spectrum, and using the values of the transfer characteristics of the sensing element, shaper, computer audio adapter, the value of the physical quantity is calculated programmatically.

Способ реализуется в работе устройства, функциональная схема которого приведена на фиг.1. The method is implemented in the operation of the device, a functional diagram of which is shown in figure 1.

Устройство содержит чувствительный элемент 1, соединенный с ним формирователь 2 переменного электрического напряжения, содержащий частотозадающие элементы 3, с параметрами, обеспечивающими для информационно-значимых составляющих частотного спектра его выходного напряжения частоту и ее изменения в пределах, удовлетворяющих параметрам подключенного к выходу преобразователя 4 уровня входа аудиоадаптера 5 компьютера 6. Компьютер 6, оснащенный программным обеспечением, имеет конфигурацию, соответствующую спецификации Multimedia Personal Computer. The device contains a sensing element 1, an alternating voltage generator 2 connected to it, containing frequency-setting elements 3, with parameters providing for information-significant components of the frequency spectrum of its output voltage the frequency and its changes within the limits satisfying the parameters of the input level converter 4 audio adapter 5 of computer 6. Computer 6, equipped with software, has a configuration that meets the specifications of Multimedia Personal Computer.

Преобразователь 4 уровня может быть выполнен в виде согласованных между собой оптических передатчика и приемника информации, а также в виде согласующего трансформатора или радиоприемопередатчика. The level 4 converter can be made in the form of coordinated optical transmitters and information receivers, as well as in the form of a matching transformer or radio transceiver.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Измеряемая величина воздействует на чувствительный элемент 1 и приводит к изменению его электрического параметра, вследствие чего изменяется параметр электроколебательного процесса в формирователе 2 переменного электрического напряжения и соответственно частота его выходного напряжения. Последнее с выхода преобразователя уровня 4 поступает на вход аудиоадаптера 5 компьютера 6, конфигурация которого соответствует спецификации Multimedia Personal Computer, обрабатывается и с использованием программного обеспечения и информации о передаточных характеристиках формирователя и параметрах частотозадающих элементов, хранящейся в памяти компьютера, позволяет определить значение измеряемой величины. The measured value acts on the sensitive element 1 and leads to a change in its electrical parameter, as a result of which the parameter of the electro-oscillation process in the shaper 2 of an alternating electric voltage and, accordingly, the frequency of its output voltage, are changed. The latter, from the output of the level 4 converter, is fed to the input of the audio adapter 5 of computer 6, the configuration of which corresponds to the Multimedia Personal Computer specification, and is processed using software and information on the transfer characteristics of the driver and the parameters of the frequency-setting elements stored in the computer's memory, which makes it possible to determine the value of the measured value.

Устройство для измерения температуры (фиг.2) содержит чувствительный элемент (терморезистор) 1, соединенный с выходом 7 усилителя 8 формирователя 2 переменного электрического напряжения и через регулировочный резистор 9 с измерительным конденсатором 10, подстроечным конденсатором 11 и инвертирующим входом 12 усилителя 8. Выход 7 усилителя 8 соединен с резисторами 13, 14 и 15 преобразователя 4 уровня напряжения формирователя и через резистор 13 с неинвертирующим входом 16 усилителя 8. Через резистор 15 неинвертирующий вход 16 соединен с "аналоговой землей", а через резистор 14 - с входом аудиоадаптера 5 компьютера 6 спецификации МРS, оснащенного программным обеспечением. Инвертирующий вход 12 усилителя 8 через конденсатор 10 и подстроечный конденсатор 12 соединен с "аналоговой землей". The temperature measuring device (Fig. 2) contains a sensing element (thermistor) 1 connected to the output 7 of an amplifier 8 of an AC voltage generator 2 and through an adjustment resistor 9 with a measuring capacitor 10, a tuning capacitor 11 and an inverting input 12 of the amplifier 8. Output 7 the amplifier 8 is connected to the resistors 13, 14 and 15 of the voltage level converter 4 of the driver and through the resistor 13 with the non-inverting input 16 of the amplifier 8. Through the resistor 15, the non-inverting input 16 is connected to the "analog ground her ", and through resistor 14 - with the input of the audio adapter 5 of computer 6 of the MPS specification, equipped with software. The inverting input 12 of the amplifier 8 through the capacitor 10 and the trim capacitor 12 is connected to the "analog ground".

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Исходное состояние схемы определяется отсутствием заряда на конденсаторе 10 и вследствие этого практически нулевым напряжением на инвертирующем входе 12 усилителя 8. В то же время часть выходного напряжения усилителя 8 через резисторы 13 и 14 преобразователя 4 уровня напряжения формирователя подается на неинвертирующий вход 16 усилителя 8 и превышает напряжение на инвертирующем входе 12. В результате напряжение на выходе 7 усилителя 8 имеет положительную полярность и величину, определяемую напряжением питания и внутренней схемой усилителя. Конденсаторы 10 и 11 начинают заряжаться током, протекающим с выхода 7 усилителя 8 через чувствительный элемент 1 и регулировочный резистор 9 на "аналоговую землю". На обкладках конденсатора начинает накапливаться заряд. По мере заряда конденсатора падение напряжения на нем (по модулю) будет увеличиваться до тех пор, пока не превысит напряжения на неинвертирующем входе 16. Тогда выходное напряжение усилителя 8 изменится на противоположное и процесс повторится. Таким образом частота основной гармоники выходного напряжения определяется постоянной времени, численно равной произведению суммы величин сопротивлений чувствительного элемента 1 и регулировочного резистора 9 на суммарную емкость измерительного 10 и подстроечного 11 конденсаторов, что позволяет однозначно связать частоту основной гармоники с измеряемой величиной. Изменение измеряемой температуры приводит к изменению сопротивления чувствительного элемента 1, т.е. времени заряда и соответственно частоты основной гармоники выходного переменного электрического напряжения, подаваемого на вход аудиоадаптера 5 компьютера 6 спецификации MPS. Компьютер, оснащенный программным обеспечением, вычисляет измеряемую величину. Изменением величины регулировочного резистора 9 и подстроечного конденсатора 11 обеспечивают для конкретного типа чувствительного элемента 1 и выбранного диапазона измерения температуры основную частоту генерации в диапазоне, соответствующем входным параметрам аудиоадаптера 5 компьютера 6. Резисторы 13, 14 и 15 обеспечивают соответствие входным параметрам аудиоадаптера по уровню подаваемого на его вход напряжения формирователя 2. The initial state of the circuit is determined by the absence of charge on the capacitor 10 and, as a result, by almost zero voltage at the inverting input 12 of the amplifier 8. At the same time, part of the output voltage of the amplifier 8 is supplied to the non-inverting input 16 of the amplifier 8 through the resistors 13 and 14 of the converter 4 of the voltage level of the driver. the voltage at the inverting input 12. As a result, the voltage at the output 7 of the amplifier 8 has a positive polarity and a value determined by the supply voltage and the internal circuit of the amplifier. The capacitors 10 and 11 begin to be charged by the current flowing from the output 7 of the amplifier 8 through the sensing element 1 and the adjustment resistor 9 to the "analog ground". On the plates of the capacitor, a charge begins to accumulate. As the capacitor charges, the voltage drop across it (modulo) will increase until it exceeds the voltage at the non-inverting input 16. Then the output voltage of the amplifier 8 will change to the opposite and the process will repeat. Thus, the frequency of the fundamental harmonic of the output voltage is determined by the time constant, numerically equal to the product of the sum of the resistance values of the sensing element 1 and the adjustment resistor 9 by the total capacitance of the measuring 10 and tuning 11 capacitors, which allows us to uniquely relate the frequency of the fundamental to the measured value. A change in the measured temperature leads to a change in the resistance of the sensing element 1, i.e. charge time and, accordingly, the fundamental frequency of the output alternating electric voltage supplied to the input of the audio adapter 5 of the computer 6 of the MPS specification. A computer equipped with software calculates the measured value. By changing the magnitude of the adjusting resistor 9 and the tuning capacitor 11, for a particular type of sensor 1 and a selected temperature measurement range, the main generation frequency is provided in the range corresponding to the input parameters of the audio adapter 5 of the computer 6. Resistors 13, 14 and 15 ensure that the input parameters of the audio adapter match the level of its shaper voltage input 2.

Пример реализации иллюстрирует простоту используемого схемотехнического решения. Благодаря этому легко обеспечивается возможность изготовления, вплоть до серийного, модулей датчика с формирователем. Наличие ряда таких модулей ставит задачу их идентификации с целью безошибочности их подключения и соответственно повышения надежности измерений в целом. Модуль чувствительного элемента формирователя, снабженный индентификатором, в свою очередь обеспечивает унификацию процедуры измерений. An example implementation illustrates the simplicity of the circuitry used. This makes it possible to manufacture, up to serial, sensor modules with a former. The presence of a number of such modules poses the task of identifying them with the aim of faultlessly connecting them and, accordingly, increasing the reliability of measurements in general. The sensor module of the shaper, equipped with an identifier, in turn, provides a unification of the measurement procedure.

На фиг. 3 изображена функциональная схема устройства, содержащего идентификатор чувствительного элемента и формирователя. In FIG. 3 shows a functional diagram of a device containing an identifier of a sensitive element and a driver.

Устройство, кроме перечисленного выше, содержит идентификатор 17, представляющий собой автономный блок энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, выход которого подключен к цифровому входу компьютера 6. Идентификатор содержит опознавательную информацию о типе датчика и формирователя, роде и диапазоне измерения физической величины, градуировке чувствительного элемента и формирователя. The device, in addition to the above, contains an identifier 17, which is a self-contained unit of non-volatile non-volatile read-only memory, the output of which is connected to the digital input of computer 6. The identifier contains identification information about the type of sensor and shaper, the type and range of measurement of the physical quantity, the calibration of the sensitive element and shaper .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Измеряемая величина воздействует на чувствительный элемент 1, что приводит к изменению его параметра. Вследствие этого изменяется параметр электроколебательного процесса в формирователе 2 переменного электрического напряжения и соответственно его выходное напряжение. Последнее с выхода преобразователя уровня 4 поступает на вход аудиоадаптера 5 компьютера 6, конфигурация которого соответствует спецификации Multimedia Personal Computer, обрабатывается и с использованием программного обеспечения и информации о передаточных характеристиках формирователя и параметрах частотозадающих элементов, считываемой с идентификатора 17, позволяет определить значение измеряемой величины. The measured value affects the sensitive element 1, which leads to a change in its parameter. As a result of this, the parameter of the electro-oscillatory process in the shaper 2 of the alternating electric voltage and accordingly its output voltage are changed. The latter from the output of the level 4 converter is fed to the input of the audio adapter 5 of computer 6, the configuration of which corresponds to the Multimedia Personal Computer specification, and is processed using software and information on the transfer characteristics of the driver and the parameters of the frequency-sensing elements read from identifier 17, which makes it possible to determine the value of the measured value.

Задача управления формирователем в целях повышения разрешающей способности или расширения диапазона измерений решается устройством, содержащим блок управления формирователем. На фиг. 4 изображена функциональная схема такого устройства. The task of controlling the shaper in order to increase the resolution or expand the measurement range is solved by a device containing a control unit of the shaper. In FIG. 4 shows a functional diagram of such a device.

Устройство, кроме перечисленного выше, содержит блок 18 управления формирователем 2, соединенный с цифровым выходом аудиоадаптера 5 или цифровым выходом компьютера 6. The device, in addition to the above, contains a control unit 18 of the shaper 2 connected to the digital output of the audio adapter 5 or the digital output of the computer 6.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При инициализации устройства компьютер 6, в зависимости от требуемого диапазона измерений задает через блок управления формирователем 18 передаточные характеристики формирователя и параметры его частотозадающих элементов. Измеряемая величина воздействует на чувствительный элемент 1, что приводит к изменению его параметра. Вследствие этого изменяется параметр электроколебательного процесса в формирователе 2 переменного электрического напряжения и соответственно его выходное напряжение. Последнее с выхода преобразователя уровня 4 поступает на вход аудиоадаптера 5 компьютера 6, конфигурация которого соответствует спецификации Multimedia Personal Computer, обрабатывается и с использованием программного обеспечения и информации о заданных передаточных характеристиках формирователя и параметрах его частотозадающих элементов позволяет определить значение измеряемой величины. When the device is initialized, the computer 6, depending on the required measurement range, sets the transfer characteristics of the former and the parameters of its frequency-setting elements through the driver control unit 18. The measured value affects the sensitive element 1, which leads to a change in its parameter. As a result of this, the parameter of the electro-oscillatory process in the shaper 2 of the alternating electric voltage and accordingly its output voltage are changed. The latter from the output of the level 4 converter is supplied to the input of the audio adapter 5 of computer 6, the configuration of which corresponds to the Multimedia Personal Computer specification, is processed and using software and information about the given transfer characteristics of the driver and the parameters of its frequency-setting elements allows you to determine the value of the measured value.

Благодаря отличию действий, состава и структуры устройства, связи его частей, их схемных решений, а также параметров элементов предлагаемое техническое решение характеризуется повышенной точностью и стабильностью измерения физической величины вследствие периодичности электроколебательного процесса, из-за которой взаимокомпенсируется влияние нестабильности характеристик компонентов формирователя на информационно-значимый параметр его выходного напряжения. При этом осуществляется минимальное число операций при формировании напряжения и имеется возможность выбора оптимального соотношения точности, диапазона и продолжительности измерения физической величины, а также проведения измерения ряда физических величин, в том числе одновременного, с использованием одного компьютера, в связи с более предпочтительными для целей измерения информационно-значимыми параметрами формируемого напряжения и соответственно условиями его согласования с входными параметрами компьютера. Due to the difference in the actions, composition and structure of the device, the connection of its parts, their circuit solutions, as well as the parameters of the elements, the proposed technical solution is characterized by increased accuracy and stability of measurement of physical quantity due to the periodicity of the electro-vibrational process, due to which the influence of instability of the characteristics of the components of the shaper on information significant parameter of its output voltage. At the same time, the minimum number of operations is carried out during voltage generation and it is possible to select the optimal ratio of accuracy, range and duration of measurement of a physical quantity, as well as to measure a number of physical quantities, including simultaneously, using one computer, in connection with more preferred measurement goals information-relevant parameters of the generated voltage and, accordingly, the conditions for its coordination with the input parameters of the computer.

Изобретение значительно упрощает для пользователя процедуру измерения и стандартизирует ее благодаря использованию унифицированного технического средства, завершающего эту процедуру - компьютера распространенной спецификации MPS, и расширяет функциональные возможности путем использования в качестве информационно-значимых параметров как частоты, так и уровня формируемого напряжения, упрощает и унифицирует процедуру измерений, благодаря новой связи с входом аудиоадаптера компьютера. Кроме того, оно расширяет функциональные возможности путем введения преобразователя уровня и выполнения преобразователя уровня в виде того или иного средства электрической развязки. The invention greatly simplifies the measurement procedure for the user and standardizes it through the use of a unified technical tool that completes this procedure - a computer of the widespread MPS specification, and expands functionality by using both frequency and the level of generated voltage as information-relevant parameters, simplifies and unifies the procedure measurements, thanks to a new connection with the input of the computer's audio adapter. In addition, it expands the functionality by introducing a level converter and performing a level converter in the form of one or another means of electrical isolation.

Использование изобретения дополнительно упрощает, унифицирует и автоматизирует процедуру измерений и повышает их надежность вследствие наличия идентификатора чувствительного элемента и формирователя, а также блока управления формирователем. The use of the invention additionally simplifies, unifies and automates the measurement procedure and increases their reliability due to the presence of the identifier of the sensitive element and the shaper, as well as the control unit of the shaper.

Источники информации
1. Заявка Японии, 5-25409, кл. G 01 D 09/00.
Sources of information
1. Application of Japan, 5-25409, cl. G 01 D 09/00.

2. Заявка PCT(WO), 94/12940, кл. G 06 F 15/20. 2. PCT Application (WO), 94/12940, CL G 06 F 15/20.

3. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC./ Под ред. У.Томпкинса и Дж. Уэбстера.- М.: Мир, 1992, с. 312. 3. Pairing sensors and input devices with IBM PC./ computers. Ed. W. Tompkins and J. Webster.- M.: Mir, 1992, p. 312.

4. Заявка Франции, 2697080, кл. G 01 D 3/02, 1994 (прототип). 4. Application of France, 2697080, cl. G 01 D 3/02, 1994 (prototype).

Claims (6)

1. Способ измерения физической величины с использованием компьютера, заключающийся в том, что подвергают физическому воздействию чувствительный элемент, организуют, используя электрический параметр чувствительного элемента, электроколебательный процесс, формируют под влиянием электроколебательного процесса электрическое напряжение, которое подают на вход компьютера, отличающийся тем, что электроколебательный процесс организуют периодическим, напряжение формируют с уровнем и частотой информационно значимых составляющих его частотного спектра, удовлетворяющими в диапазоне измерения физической величины параметрам входа аудиоадаптера компьютера, конфигурация которого соответствует спецификации Multimedia Personal Computer, при этом входом компьютера является вход его аудиоадаптера. 1. A method of measuring a physical quantity using a computer, which consists in exposing the sensing element to physical influence, organizing, using the electric parameter of the sensing element, the electro-oscillating process, generating an electric voltage under the influence of the electro-oscillating process, which is supplied to the input of the computer, characterized in that the electro-oscillatory process is organized periodically, voltage is formed with the level and frequency of informationally significant components of it spectrum, satisfying the input parameters of the computer’s audio adapter, the configuration of which complies with the Multimedia Personal Computer specification, in the measurement range of the physical quantity, while the input of the computer is the input of its audio adapter. 2. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее компьютер, чувствительный элемент, соединенный с ним формирователь переменного электрического напряжения, содержащий частотозадающие элементы, отличающееся тем, что формирователь дополнительно содержит преобразователь уровня напряжения, выход которого является выходом формирователя, конфигурация компьютера соответствует спецификации Multimedia Personal Computer, выход формирователя соединен с входом аудиоадаптера такого компьютера, частотозадающие элементы формирователя имеют параметры, обеспечивающие частоту информационно значимых составляющих частотного спектра его выходного напряжения в пределах, удовлетворяющих параметрам входа аудиоадаптера компьютера во всем диапазоне измерения физической величины. 2. The device for implementing the method according to claim 1, comprising a computer, a sensing element, an alternating voltage generator connected to it, comprising frequency-setting elements, characterized in that the generator further comprises a voltage level converter, the output of which is the output of the driver, the computer configuration corresponds to the specification Multimedia Personal Computer, the output of the driver is connected to the input of the audio adapter of such a computer, the frequency-setting elements of the driver have a parameter ry, providing the frequency of informationally significant components of the frequency spectrum of its output voltage within the range satisfying the input parameters of the computer audio adapter in the entire measurement range of the physical quantity. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что преобразователь уровня напряжения выполнен в виде оптоэлектронных сигласованных между собой приемника, соединенного с входом аудиоадаптера, и передатчика, соединенного с выходом формирователя. 3. The device according to claim 2, characterized in that the voltage level converter is made in the form of an optoelectronic signal coupled to each other connected to the input of the audio adapter, and a transmitter connected to the output of the driver. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что преобразователь уровня напряжения выполнен в виде трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с входом аудиоадаптера, а первичная - с выходом формирователя. 4. The device according to claim 2, characterized in that the voltage level converter is made in the form of a transformer, the secondary winding of which is connected to the input of the audio adapter, and the primary one is connected to the output of the driver. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительно содержит идентификатор чувствительного элемента и формирователя, соединенный с цифровым входом компьютера. 5. The device according to claim 2, characterized in that it further comprises an identifier of the sensing element and the driver connected to the digital input of the computer. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что формирователь снабжен блоком управления, вход которого соединен с цифровым выходом аудиоадаптера компьютера, а выход - с входом управления формирователя. 6. The device according to claim 2, characterized in that the driver is equipped with a control unit, the input of which is connected to the digital output of the computer’s audio adapter, and the output is connected to the driver input of the driver.
RU96115445A 1996-07-24 1996-07-24 Method of measurement of physical quantity and device for its realization RU2110770C1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96115445A RU2110770C1 (en) 1996-07-24 1996-07-24 Method of measurement of physical quantity and device for its realization
AU37113/97A AU3711397A (en) 1996-07-24 1997-07-22 Method and device for measuring physical values using a computer
PCT/RU1997/000233 WO1998003837A1 (en) 1996-07-24 1997-07-22 Method and device for measuring physical values using a computer
EP97933936A EP1020708A1 (en) 1996-07-24 1997-07-22 Method and device for measuring physical values using a computer
US09/230,240 US6415239B1 (en) 1996-07-24 1997-07-25 Method and device for measuring physical values using a computer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96115445A RU2110770C1 (en) 1996-07-24 1996-07-24 Method of measurement of physical quantity and device for its realization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2110770C1 true RU2110770C1 (en) 1998-05-10
RU96115445A RU96115445A (en) 1998-09-10

Family

ID=20183858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96115445A RU2110770C1 (en) 1996-07-24 1996-07-24 Method of measurement of physical quantity and device for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2110770C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2238523C2 (en) * 2002-04-01 2004-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" Method for measuring physical value and device for realization of said method
RU2276329C2 (en) * 2000-01-13 2006-05-10 Висоник Лтд. Circuit for measuring signal
RU2289851C2 (en) * 2002-09-06 2006-12-20 Роузмаунт Инк. Low power physical level for bus in industrial transmitter

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2697080B1 (en) * 1992-10-19 1994-11-25 Landis Gyr Building Control Fr Method and device for measuring a physical quantity of operation, in particular the temperature in a room or a vehicle and functional unit incorporating this device.

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2697080B1 (en) * 1992-10-19 1994-11-25 Landis Gyr Building Control Fr Method and device for measuring a physical quantity of operation, in particular the temperature in a room or a vehicle and functional unit incorporating this device.

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2276329C2 (en) * 2000-01-13 2006-05-10 Висоник Лтд. Circuit for measuring signal
RU2238523C2 (en) * 2002-04-01 2004-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" Method for measuring physical value and device for realization of said method
RU2289851C2 (en) * 2002-09-06 2006-12-20 Роузмаунт Инк. Low power physical level for bus in industrial transmitter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7415366B2 (en) Electronic field device with a sensor unit for capacitive level measurement in a container
JP2665915B2 (en) Transmitter with vernier measuring device
CA2643920C (en) Analog sensors bus
EP1279964B1 (en) Resistance measuring circuit
CN105763159A (en) Method and device for adjusting frequency offset of mobile terminal
TW200521418A (en) Radio frequency temperature sensor and temperature cablibrating method therefor
RU2110770C1 (en) Method of measurement of physical quantity and device for its realization
US4794320A (en) Multi-frequency capacitance sensor
CN114629438B (en) Acceleration compensation anti-vibration crystal oscillator and compensation method thereof
JPS6344176A (en) System and method of obtaining digital output from multiple converter
RU5248U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL QUANTITY
US6415239B1 (en) Method and device for measuring physical values using a computer
JP2002090401A (en) Capacitance sensor circuit
US11982579B2 (en) Measurement apparatus
RU2020745C1 (en) Nonelectric-quantity-to-digital-code converter
US20070252656A1 (en) Variable loop gain oscillator system
RU2162239C1 (en) Aerological radiosonde
SU938118A1 (en) Device for measuring conductive material dielectric permeability
Guarnaschelli et al. Direct-reading frequency meter
SU987496A1 (en) Meter of one component content in multi-component mixture
RU2238523C2 (en) Method for measuring physical value and device for realization of said method
RU2209421C2 (en) Facility measuring conduction of liquid media
SU600477A1 (en) Frequency resistance converter
SU1145302A1 (en) Complex resistance frequency converter
RU2162238C1 (en) Aerological radiosonde

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100725

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130927

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140725