Обратная связь в датчиках тонов Короткова

Весьма перспективным представляется использование в датчиках ТК обратной связи.

Для введения обратной связи сигнал с выхода согласующего усилителя 1 подаётся на дополнительный электрод 4 основного пьезоэлемента или дополнительный пьезоэлемент 5 (рис. 6.40).

Два варианта исполнения датчика показаны на рисунках 6.41 и 6.42.

Рис. 6.40. ДТК с электромеханической обратной связью:

• 1 — усилитель; 2 — основной пьезоэлемент; 3 — основной электрод;
• 4 — дополнительный электрод; 5 — дополнительный пьезоэлемент; 6 — крышка

Рис. 6.41. ДТК с электромеханической обратной связью:

1 — корпус; 2 — крышка (мембрана); 3 — основной пьезоэлемент; 4 — усилитель; 5,6 — дополнительные пьезоэлементы.

Рис. 6.42. Датчик с электромеханической ОС:

1 — корпус; 2 — пластина; 3 — пьезоэлемент; 4 — усилитель; 5 — основной электрод; 6,7 — дополнительные электроды; 8,9 — инвертирующий и неинвертирующий выходы усилителя В датчике, изображённом на рисунке 6.41, используется один основной пьезоэлемент 3 и два дополнительных пьезоэлемента 5 и 6, расположенных на металлической пластине 2 разнополярными электродами. Сигнал на пьезоэлементы может поступать с инвертирующего или неинвертирующего выходов усилителя.

В датчике, изображённом на рисунке 6.42, используется пьезоэлемент с основным 5 и с двумя дополнительными электродами 6 и 7, подключёнными к инвертирующему и неинвертирующему входам 8, 9 усилителя 4. Принципиальные схемы этих датчиков изображены на рисунке 6.43 и 6.44.

Рис. 6.43. Схема датчика с ОС и прямоугольным биморфным элементом.

Рис. 6.44. Схема датчика с обратной связью и круглым биморфным элементом.

Разработан также вариант датчика с компланарным расположением дополнительного пьезоэлемента. Конструкция датчика изображена на рисунке 6.45, а схемы подключения — на рисунке 6.46.

Включение дополнительного пьезоэлемента в цепь положительной обратной связи (рис. 6.46) приводит к повышению чувствительности и деформации частотной характеристики (рис. 6.47). На этом рисунке по ординате отложено отношение выходного напряжения на частотах от 20 до 200 Гц к выходному напряжению на частоте 20 Гц. Как видно из рисунка 6.47, для датчика без обратной связи при достаточно большом R_BX усилителя (3 МОм) частотная характеристика в диапазоне 20…200 Гц практически линейная. Для датчиков с положительной обратной связью наблюдается подъём амплитудно-частотной характеристики в диапазоне 20…200 Гц на 20…30 дБ в зависимости от полярности пьезоэлементов.

Рис. 6.45. ДТК с компланарным расположением дополнительного пьезоэлемента:

• 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — основной пьезоэлемент;
• 4 — дополнительный пьезоэлемент; 5 — плата усилителя

Рис. 6.46. Схемы ДТК с компланарным расположением дополнительного пьезоэлемента:

• 1,2 — основной и дополнительный пьезоэлемент;
• 3 — усилитель

Нетрудно заметить, что схема датчика с дополнительным компланарным пьезоэлементом и положительной обратной связью (рис. 6.46) представляет собой активный фильтр верхних частот Чебышева второго порядка. В данном случае в качестве конденсаторов фильтра используются пьезоэлементы.

Для схемы с положительной обратной связью также существует оптимальное соотношение площадей дополнительного и основного пьезоэлементов, при котором достигается максимум чувствительности (рис. 6.48).

Рис. 6.47. Амплитудно-частотные характеристики ДТК с компланарным расположением дополнительного пьезоэлемента:

1 — датчик по рисунку 6.24; 2 — датчик по рисунку 6.46 а с соединением пьезоэлементов разнополярными электродами; 3 — то же при соединении пьезоэлементов однополярными электродами.

Рис. 6.48. Зависимость относительной чувствительности S/5_max от отношения F_noJF_octi для датчика по рисунке 6.46.