Фазочувствительный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК H03D3/18 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в системах автоматического управления и регулирования в устрой ствах измерения и преобразования ре гулируемых физических величин. Известен фазочувствительный преобразователь, содержащий операционный усилитель с целью резистивной отрицательной обратной связи, инвер тирующий вход которого через первый делитель напряжения соединен с исто ником сигнала, и последовательно со диненные и включенные между источни ком сигнала и неинвертирующим входо операционного усилителя ключ и втор делитель напряжения, при этом управ ляющий вход ключа соединен с источником опорного сигнала DЦ. Недостатком этого фазочувствитеиьного преобразователя является невысокая точность, обусловленная изменениемв процессе работы входно го отверстия и зависимостью выходно напряжения от изменений напряжения источника опорного сигнала, которым питается датчик измеряемой величины Наиболее, близким к предлагаемому является фазочувствительный преобразователь, содержащий интегратор, последовательно включенные между источником входного сигнала и входом интегратора первый резистор и первый ключ, второй резистор, включенный между выходом интегоатооа и точкой соединения первых резистора ключа, и источник порного сигнала, соединенный с управляющим входом первого ключа 2. Однако известный фазочувствитель ный преобразователь также имеет нев сокую точность преобразования, обус ловленную зависимостью выходного напряжения от изменений напряжения источника опорного сигнала, питающего датчик измеряемой физической величины. Цель изобретения - повышение точности преобразования при .изменениях напряжения источника опорного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в фазочувствительньй преобразователь, содержадий интегратор последовательно включенные между источником входного сигнала и входо интегратора первый резистор и первы ключ, второй резистор, включенный между выходом интегратора и точкой соединения первых резистора и ключа, и источник опорного сигнала, введены трансформатор, первичная обмотка которого соединена с источником опорного сигнала, источник постоянного напряжения, включенный между одним из выводов вторичной обмотки трансформатора и общей шиной, последовательно соединенные третий резистор, второй ключ, второй интегратор и амплитудньй компаратор, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, и Конденсатор, включенный между вторым входом амплитудного компаратора и другим выходом вторичной обмотки трансформатора, к которому также подключен второй выход третьего резистора. На фиг. 1 приведена электрическая принципиальная схема предлагаемого фазочувствительного преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства. Фазочувствительный преобразователь содержит первый 1 и второй 2 интеграторы, первый 3 и второй А ключи, источник 5 входного сигнала, источник 6 опорного сигнала, источник 7 постоянного напряжения, трансформатор 8, первый 9, второй 10 и третий 11 резисторы, амплитудный компаратор 12 и конденсатор 13. Устройство работает следующим образом. и вторым 4 Управление первым 3 ключами осуществляется разнополярными импульсами прямоугольной формы которые формируются на выходе амплитудного компаратора 12, Для этого на второй вход амплитудного компаратора 12 подается сигнал переменного тока (фиг. 2а) со вторичной обмотки трансформатора 8 через конденсатор 13. На первый вход амплитудного компаратора 12 поступает напряжение постоянного тока Uf... (фиг.2а) смещения с выхода второго интегратора 2. При зтом на выходе амплитудного компаратора 12 образуются импульсы прямоугольной формы и (фиг. 26), симметричные относительно сигналов переменного тока t/ . Изменение полярности прямоугольных импульсов происходит в моменты времени, когда мгновенное значение сигнала переменного тока DTP равно напряжению смещения постоянного тока и, следовательно, скважность 3 импульсов или угол включения оС определяется соотношением сигналов. Первый 3 и второй А ключи при положительной полярности прямоугольных импульсов открыты (замкнуты), при отрицательных - закрыты (разомкнуты) При этом на вход первого интегратора поступает только заштрихованная част входного сигнала U (фиг. 2в). В разомкнутом состоянии перного и второго 4 ключей первый 1 и второй 2 интеграторы работают в режиме пaмя ти-и сигналы на их выходах остаются постоянными в течение каждого импуль са Uji отрицательной полярности. Это позволяет представить входной сигнал в виде эквивалентного входного сигнала, образованного сшиванием заштрихаванных участков входного сигнала и.(.фчт. 2г). Эквивалентны входной сигнал имеет переменную составляющую, которая на выходе первого интегратора 1 фильтруется, и постоянную составляющую, которая для указанного входного сигнала определяется выражением 2 cosoC 8х. 9ke ЗГ ЗГ- 2 ot вх. m

U

- амплитудное значение

ex.tn входного сигнала U,, .

Входной сигнал

и.

Jвx.

измеряемая физическая величина, например угол поворота ротора относительно статора;

выхопное напряжение источника 6 опорного сигнала и его номинальное значение; коэффициент преобразования датчика:. ,

.,.

отклонение напряжения источника 6 опорного сигнала от номимального значения.

этом

I

А() вХ...

циент передачи возрастает, а при ot О убьгоает.

Таким образам, при изменении угла включения оС изменяется постоянная составляющая эквивалентного входного сигнала. Это обстоятельство используется в замкнутом контуре, образо- ванном вторым интегратором 2, амплитудным компаратором 12 и связью выхода амплитудного компаратора 12 с управляющим входом второго ключа 4. На вход второго интегратора 2 поступает сумма опорного напряжения постоянного тока U(, с выхода источника 7 постоянного напряжения (для выбранного условия открывания ключей при положительной полярности импульсов управления U полярность источника 7 постоянного напряжения должна быть отрицательной) и переменного напряжения и с вторичной обмотки трансформатора; 8.

Эквивалентный входной сигнал на входе второго интегратора равен

1«

тр.п,( 1-0„„

В установившемся режиме работы упомянутого контура значение эквивалентного входного сигнала должно

становиться равный нулю, так как д ft - входное напря-жение фазочувствительНого преобразователя при номинальном напряжении источника опорного сигнала; х.- отклонение вход-vH ного, напряжения от номинального значения. эффициент передачи цепи от перрезистора 9 до выхода первого ратора 1 для сигналов перементока определяется выражением Ч - J(c) зависимость коэффициента передачи от угла включения ot; %с сопротивление резисторов 9 и 10. приведенного выражения следует, Ucr Ори d. О, т.е. при 2 R причем при коэффиГ

i11257386

в состав контура в прямой цепи входит Соотношение (Joo и номинального

второй интегратор 2, благодаря чему .HanpHKBHuk fpU на вторичной

контур является астатическим. Этообмотке трансформатора 8 удобно

означает, что при работе контура навыбирать таким образом, чтобы при

выхоДе второго интегратора 2 устанав-,5номинальном напряжении источника 6 ливается такое напряжение смещения с/лг что соответствующее ему значе liCct) становится равным 4((i) 7Г -тр.т Амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатор определяется вьфажением y21c,p«(U,4UjV2k Urp-m-. где f., коэффициент передачи тра сформатора 8. Подставив это значение в получаем (и. т.е. зависимость K(ci) оказывается обратно пропорциональной напряжени источника опорного сигнала. При этом сигнал на выходе фазочувствительного преобразователя . . ех ( и йых пр ЧР- коэффицие передачи фазочувст вительног преобразо вателя. Таким образом, выходной сигнал фазочувствительного преобразовател определяется только номинальной составляющей входного сигнала при данном значении физической велич ны, соответствующей значению входного сигнала для данного р при ном нальном значении (J напряжения ис

точника опорного сигнала.

опорного сигнала. опорного сигнала угол d был равен нулю, при этом Uc/v О и управляющие импульсы положительной и отрицательной полярнЬстей равны по длительности. Подставив в к(oi) значение d- О, получаем из условия установившегося режима . искомое соотношение н При этом значение вьгходного сигнала фазочувствительного преобразователя как при номинальном для данного (Ь значении входного сигнала, так и при его отклонениях от номинального значения в результате колебаний напряжения источника 6 опорного сигнала определяется выражением При изменении фазы входного сигнала на 180 изменяется знак эквивалентного входного сигнала и знак выходного напряжения фазочувствительного преобразователя. В общем случае с учетом фазового сдвига между входным сигналом U0j( ах-м s (tui+O и напряжением источника переменного тока последняя зависимость принимает вид ,, ZV2 ., -lf R Таким образом, выходное напряжение фазочувствительного преобразователя при каждом значении угла практически не зависит от колебаний напряжения источника напряжения опорного сигнала. Применение предложенного фазочувствительного преобразователя в устройствах измерения физических величин позволяет отказаться от использования сложных и дорогостоящих стабилизаторов напряжения источника опорного напряжения и обеспечивает при этом инвариантность выходного сигнала к колебаниям напряжения источника

Ump UrrfpmSin6)t

r.

Uc

ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий интегратор, последовательно включенные между источником, входного сигнала и входом интегратора первый резистор и первый ключ, второй резистор, включенный между выходом интегратора и соединения первых резистора и ключа, и источник опорного сигнала, о т л ичающийся тем, что, с целью повьшения точности преобразования при изменениях напряжения источника опорного сигнала, введены трансформатор, первичная обмотка которого соединена с источником опорного сигнала, источник постоянного напряжения, включенный между одним из выводок вторичной обмотки трансформатора и общей шиной, последовательно соединенный третий резистор, второй ключ, второй интегратор и амплитудный компаратор, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей« и конденсатор, включенный между вторым входом амплитудного компаратора и другим выводом вторичной обмотки трансформатора, к которому также подключен второй вывод третьего резистора.