ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ИЗ СИГНАЛОВ ИНДУКЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H03K5/153 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в формирователях импульсов, в частности, индукционных датчиков частоты вращения, при уровне срабатывания, зависящем от амплитуды входного сигнала, а также при измерениях интервалов времени между импульсами для определения частоты вращения.

Особенностями работы датчиков такого типа при измерении параметров вращения реальных объектов являются широкий диапазон изменения амплитуды выходного сигнала датчиков при изменении частоты [1] и значительный уровень помех в выходном сигнале, также возрастающий с ростом частоты вращения.

Изменение амплитуды выходного сигнала датчиков в сочетании с наличием помех вызывает необходимость применения в схемах формирователей импульсов компараторов с гистерезисом - триггеров шмитта [2]. Благодаря наличию гистерезиса схема не срабатывает при наличии во входном сигнале помех с амплитудой, не превышающей величины гистерезиса.

Известно устройство формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [3], состоящее из входного интегратора, компаратора, построенного по схеме триггера шмитта с уровнем гистерезиса, зависящим от уровня входного сигнала, устройства выборки-хранения для фиксации максимума вольт-секундной площади, устройства управления. Его недостатком является достаточная сложность, отсутствие возможности изменения уровня гистерезиса в зависимости от параметров входного сигнала и недостаточная надежность, обусловленная тем, что для формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения используется только одна полярность сигнала.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство, реализующее способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [4]. Отличительной особенностью этого устройства является блокирование переключения компараторов с момента предыдущего переключения на ожидаемое время до следующего переключения. Время блокирования компараторов задается таймером и определяется путем экстраполяции на основе результатов измерения частоты и скорости ее изменения.

Недостатком этого формирователя импульсов является недостаточная точность формирования импульсов в случае появления различного рода помех, действующих после снятия блокирования компараторов. Сигналы помех, действующие после снятия блокирования компараторов, смещают момент переключения формирователя импульсов относительно истинного положения, что приводит к существенным погрешностям измерения частоты. Кроме этого к недостатку устройства можно отнести его сложность, вызванную наличием инвертора, таймера, измерителей частоты и скорости изменения частоты.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности формирования импульсов и упрощение схемы формирователя.

Поставленная цель достигается тем, что в формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий два компаратора и источник опорного сигнала, согласно предлагаемому изобретению введены D-триггер и двухвходовая схема «исключающее ИЛИ», причем выход источника опорного сигнала подключен к опорному входу второго компаратора, выходы компараторов подключены к входам схемы «исключающее ИЛИ», выход которой подключен к входу синхронизации D-триггера, а выход второго компаратора подключен к входу данных D-триггера.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства формирователя импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения. Устройство состоит из компараторов 1 и 2, источника опорного сигнала 3, логической схемы «исключающее ИЛИ» 4, D-триггера 5. Компаратор 1 срабатывает при переходе входного сигнала через ноль, т.е. в области максимального градиента входного сигнала, что обеспечивает минимальную девиацию выходного сигнала компаратора 1 при наличии помех. Уровень гистерезиса компаратора 2 задается источником опорного сигнала 3 и является фиксированной частью амплитудного значения напряжения предшествующего входного импульса.

Двухполярный сигнал индукционного датчика частоты вращения е_с подается на входы компараторов 1 и 2 и на вход источника опорного сигнала 3, который фиксирует максимальный и минимальный уровни входного импульса и формирует выходной опорный сигнал как фиксированную часть максимального или минимального уровней входного импульса. Выход источника опорного сигнала 3 подключен к опорному входу компаратора 2, выходы компараторов 1 и 2 подключены к входам схемы «исключающее ИЛИ» 4, выход схемы 4 подключен к динамическому входу синхронизации D-триггера 5, к входу данных D-триггера 5 подключен выход компаратора 2. Выход D-триггера 5 является выходом формирователя.

Работает устройство следующим образом. При переходе входного сигнала (фиг.2а) через ноль компаратор 1 переключается (фиг.2б), на выходе схемы «исключающее ИЛИ» 4 формируется активный фронт импульса синхронизации D-триггера 5 (фиг.2г), что приводит к инверсии выхода D-триггера 5 (фиг.2д). Последующая серия переключений компаратора 1, возникающая из-за действия различного рода помех, не изменяет уровень выходного сигнала D-триггера 5, поскольку уровень сигнала на информационном входе D-триггера 5 (фиг.2в) остается постоянным. Только при достижении входным сигналом уровня порога гистерезиса компаратора 2, который определяется уровнем амплитуды входного сигнала и устанавливается существенно выше уровня помех по входу формирователя, компаратор 2 переключается (фиг.2в). Далее процесс повторяется.

Таким образом, устройство работает как схема с гистерезисом, уровень которого отслеживает амплитудное значение входного сигнала, что позволяет не реагировать на помехи с уровнем, не превышающим уровня гистерезиса. При этом схема переключается при переходе сигнала через ноль, т.е. в области максимального градиента входного сигнала, что обеспечивает минимальное смещение фронта переключения схемы от воздействия помех и, следовательно, максимальную точность измерения частоты импульсов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения, управления и аварийной защиты, в состав которых входят датчики, вырабатывающие двухполярные сигналы, в частности индукционные датчики частоты вращения и расхода. Технический результат - повышение точности формирования импульсов и упрощение схемы формирователя. Устройство содержит два компаратора, источник опорного сигнала, логическую схему «исключающее ИЛИ», D-триггер. Выход источника опорного сигнала подключен к опорному входу второго компаратора, выходы компараторов подключены к входам схемы «исключающее ИЛИ», выход схемы подключен к динамическому входу синхронизации D-триггера, к входу данных D-триггера подключен выход второго компаратора. Выход D-триггера является выходом формирователя. 2 ил.

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий два компаратора и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что в него введены D-триггер и двухвходовая схема «исключающее ИЛИ», причем выход источника опорного сигнала подключен к опорному входу второго компаратора, выходы компараторов подключены к входам схемы «исключающее ИЛИ», выход которой подключен к входу синхронизации D-триггера, а выход второго компаратора подключен к входу данных D-триггера.