ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ИЗ СИГНАЛОВ ИНДУКЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H03K5/153 

Предлагаемое 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 [1].

Известно устройство формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [2], состоящее из двух компараторов, инвертора, источника опорного сигнала, измерителей частоты и скорости изменения частоты, таймера.

Недостатком этого формирователя импульсов является достаточно высокая сложность, низкая надежность, обусловленная, в том числе, отсутствием диагностики входных цепей с датчика на наличие короткого замыкания и разрыва и недостаточная помехоустойчивость в случае появления различного рода помех, действующих после снятия блокирования компараторов.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство, реализующее способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [3]. Его структурная схема приведена на фиг.1. Устройство содержит входной фильтр 1 низкой частоты, компаратор 6, первый ЦАП 2 в качестве источника напряжения смещения сигнала датчика, второй ЦАП 5 в качестве источника опорного сигнала компаратора 6, АЦП 3, центральный процессор (ЦП) 4. Компаратор 6, транзисторный ключ Т, АЦП 3, ЦАП 2, ЦАП 5 и ЦП 4 являются встроенными компонентами микроконтроллера 7. Отличительной особенностью этого устройства является квазипостоянный уровень амплитудного значения напряжения с датчика на выходе входного фильтра во всем диапазоне измеряемой частоты, плавающий уровень порогов срабатывания компаратора по отношению к уровню напряжения с датчика, возможность диагностирования входных цепей с датчика на наличие короткого замыкания и разрыва.

Недостатком этого формирователя импульсов является достаточно высокая сложность устройства, обусловленная наличием ЦАП в качестве источника напряжения смещения сигнала датчика, и длительное время диагностирования входных цепей, обусловленное перезарядкой емкости входного фильтра при переключении входного формирователя в режим диагностики.

Предлагаемое изобретение направлено на снижения сложности устройства за счет введения резистивного делителя напряжения вместо ЦАП и уменьшения времени проведения диагностики входных цепей с датчика на наличие короткого замыкания и разрыва за счет отключения емкости при переключении входного формирователя в режим диагностики.

Поставленная цель достигается тем, что в формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий компаратор, фильтр низкой частоты RC-типа, имеющий частоту среза, находящуюся в нижней области частотного диапазона формирователя, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), шунтирующий резистор, транзисторный ключ и центральный процессор (ЦП), причем выходы индукционного датчика соединены с входами фильтра, выход фильтра соединен с входом АЦП, первым входом компаратора и первым выводом шунтирующего резистора, второй вход компаратора соединен с выходом ЦАП, второй вывод шунтирующего резистора соединен с открытым стоком транзисторного ключа, исток транзисторного ключа соединен с общим выводом компаратора, АЦП и ЦАП, выход АЦП, затвор транзисторного ключа, вход ЦАП и компаратор подключены к ЦП, а компаратор, транзисторный ключ, АЦП, ЦАП и ЦП являются встроенными компонентами микроконтроллера, согласно предлагаемому изобретению в него введены делитель напряжения и второй транзисторный ключ, причем выход делителя напряжения соединен со вторым выходом индукционного датчика, открытый сток второго транзисторного ключа соединен с выводом конденсатора входного фильтра, исток второго транзисторного ключа соединен с общим выводом компаратора, АЦП и ЦАП, а затвор второго транзисторного ключа подключен к ЦП, причем второй транзисторный ключ также является встроенным компонентом микроконтроллера.

Введенный в схему формирователя импульсов делитель напряжения из двух резисторов и конденсатора задает смещение для входного сигнала с датчика, что позволяет упростить входной формирователь за счет исключения из схемы одного ЦАП.

Введенный в схему формирователя второй транзисторный ключ позволяет существенно ускорить время проведения диагностики входных цепей с датчика за счет исключения времени ожидания перезаряда конденсатора входного фильтра в начале цикла диагностики.

Таким образом, предложенная совокупность признаков изобретения приводит к снижению сложности формирователя и уменьшает время проведения диагностики входных цепей.

На фиг.2 приведена структурная схема предлагаемого устройства формирователя импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения. Устройство состоит из входного фильтра 1 низкой частоты, делителя напряжения 2, компаратора 6, ЦАП 5 в качестве источника опорного сигнала компаратора 6, АЦП 3, ЦП 4, транзисторных ключей Т1 и Т2. При этом выходы индукционного датчика соединены с входами фильтра 1, второй выход индукционного датчика соединен с выходом делителя напряжения 2, выход фильтра 1 соединен с входом АЦП 3, первым входом компаратора 6 и первым выводом шунтирующего резистора R_Ш. Вывод конденсатора С_Ф фильтра 1 соединен с открытым стоком транзисторного ключа Т2. Второй вход компаратора 6 соединен с выходом ЦАП 5. Второй вывод шунтирующего резистора R_Ш соединен с открытым стоком транзисторного ключа Т1, исток транзисторных ключей Т1 и Т2 соединен с общим выводом компаратора 6, АЦП 3 и ЦАП 5. Выход АЦП 3, затворы транзисторных ключей Т1 и Т2, входы ЦАП 5, компаратор 6 подключены к ЦП 4. Компаратор 6, транзисторные ключи Т1 и Т2, АЦП 3, ЦАП 5 и ЦП 4 являются встроенными компонентами микроконтроллера 7.

Работает устройство следующим образом. Делитель напряжения 2 в составе резисторов R_С1 и R_С2 и конденсатора C_С в качестве источника напряжения смещения сигнала датчика формирует напряжение смещения на выходных обмотках датчика, обеспечивая при любом уровне выходного сигнала датчика положительный уровень потенциала на входах АЦП 3 и компаратора 6. АЦП 3 измеряет напряжение на выходе фильтра 1 и передает коды напряжения в ЦП 4, который посредством ЦАП 5 формирует уровни опорного напряжения для компаратора 6 и определяет состояние входных цепей с датчика. В начале фазы подъема выходного сигнала фильтра 1 порог гистерезиса компаратора 6 является высоким, затем после достижения выходного сигнала фильтра 1 уровня высокого порога компаратор 6 срабатывает, и порог гистерезиса меняется центральным процессором 4 на низкий. В фазе снижения выходного сигнала фильтра 1 компаратор 6 срабатывает после достижения этим сигналом уровня низкого порога, после чего центральный процессор 4 подает на опорный вход компаратора 6 посредством ЦАП 5 высокий уровень порога гистерезиса. Величины порогов гистерезиса определяются по значениям напряжения, измеряемого АЦП 3.

В режиме диагностики входных цепей с датчика транзисторный ключ Т2 закрывается, транзисторный ключ Т1 открывается и формируется измерительная цепь из последовательно включенных активного сопротивления обмотки датчика R_Д, сопротивления фильтра R_Ф, шунтирующего сопротивления R_Ш. Закрытие Т2 исключает конденсатор С_Ф входного фильтра 1 из измерительной цепи. Цепь запитывается напряжением U_СМ, формируемым делителем напряжения 2. По величине напряжения U_Ш на шунтирующем сопротивлении R_Ш, измеряемом АЦП 3, центральный процессор 4 определяет состояние входных цепей датчика. В случае исправных входных цепей напряжение U_Ш будет равно: U_Ш=U_СМ*R_Ш/(R_Д+R_Ф+R_Ш). При разрыве входных цепей ток по шунтирующему сопротивлению R_Ш не протекает, и напряжение U_Ш будет равно нулю. При коротком замыкании входных цепей U_Ш будет равно: U_Ш=U_СМ*R_Ш/(R_Ф+R_Ш).

Таким образом, введение в устройство делителя напряжения позволяет исключить из схемы один ЦАП и тем самым приводит к упрощению устройства, а введение транзисторного ключа позволяет отключать конденсатор входного фильтра в режиме диагностики, что исключает время ожидания перезаряда конденсатора в начале цикла диагностики и уменьшает время на проведение диагностики входных цепей с датчика.

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения относится к измерительной технике и может быть использован в системах автоматического измерения, управления и аварийной защиты, в состав которых входят датчики, вырабатывающие двухполярные сигналы, в частности индукционные датчики частоты вращения и расхода. Достигаемый технический результат - снижение сложности устройства и уменьшение времени проведения диагностики входных цепей с датчика на наличие короткого замыкания и разрыва. Устройство содержит входной фильтр 1 низкой частоты RC - типа, делитель напряжения 2, АЦП 3, центральный процессор (ЦП) 4, шунтирующий резистор, компаратор 6, ЦАП 5, транзисторные ключи Т1 и Т2, при этом компаратор 6, транзисторные ключи Т1 и Т2, АЦП 3, ЦАП 5 и ЦП 4 являются встроенными компонентами микроконтроллера 7. 2 ил.

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий компаратор, фильтр низкой частоты RC-типа, имеющий частоту среза, находящуюся в нижней области частотного диапазона формирователя, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), шунтирующий резистор, транзисторный ключ и центральный процессор (ЦП), причем выходы индукционного датчика соединены с входами фильтра, выход фильтра соединен с входом АЦП, первым входом компаратора и первым выводом шунтирующего резистора, второй вход компаратора соединен с выходом ЦАП, второй вывод шунтирующего резистора соединен с открытым стоком транзисторного ключа, исток транзисторного ключа соединен с общим выводом компаратора, АЦП и ЦАП, выход АЦП, затвор транзисторного ключа, вход ЦАП и компаратор подключены к ЦП, а компаратор, транзисторный ключ, АЦП, ЦАП и ЦП являются встроенными компонентами микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введены делитель напряжения и второй транзисторный ключ, причем выход делителя напряжения соединен со вторым выходом индукционного датчика, открытый сток второго транзисторного ключа соединен с выводом конденсатора входного фильтра, исток транзисторного ключа соединен с общим выводом компаратора, АЦП и ЦАП, а затвор второго транзисторного ключа подключен к ЦП, причем второй транзисторный ключ также является встроенным компонентом микроконтроллера.