Преобразователь углового положения вала в напряжение Советский патент 1987 года по МПК G01B7/04 

t12

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения вала.

Цель изобретения - повышение бы стродействия за счет введения второго быстродействующего канапа преобразования ,

На чертеже приведена блок-схема преобразователя углового положения вала в напряжение.

Преобразователь содержит питающий генератор 1, вращающийся трансформатор 2j ключ 3, подключенный к ротору вращающегося трансформатора 2, последовательно соединенные пер

вую RC-цепочку 4j первый фазовый детектор 5s усилитель б низкой ча- стоты; синхронный детектор 7, первый фильтр 8 нижних частотS модулирзто- щий генератор 9 выход которого подключен к управляющим входам ключа 3 и синхронного детектора 7$ дифференциальный усилитель 10, последовательно соединенные вторую RC-цепочку П , управляемый фазовращатель 12, второй фазовый детектор 13, второй фильтр 14 нижних частот, усилитель 15 постоянного тока и интегратор 16$ вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя lOj а выход - с управляющим входом фазо вращателя 12,

Устройство работает следующим образом.

Однофазное напряжение с выхода генератора .1 подается на статор вращающегося трансформатора 2} с ротора которого снимаются два напряжения

Ц UoK, sindsincdti (1) и,.,Ц, К cosdsinuJt, (2)

где и - амплитуда напряжения, питающего вращающийся трансформатор 2; л - угол поворота ротора вращающегося трансформатора 2| К -.коэффициент трансформации; uj - круговая частота питающего

генератора 1,

Напряжения U, и U, поступают через ключ 3, управляемый от модули-- р тощего генератора 9, на вхо.ды первой ПС-цепочки 4, Частота переключений генератора 9 выбирается в 50- 100 раз меньше частоты генератора I запитывающего напряжения. При этом фазу выходного напряжения RC-цепочки можно представить в виде суммы, мо

дулированной с частотой переключений составляющей, линейно зависящей от угла поворота ротора вращающегося трансформатора 2 и немодулированной составляющей,: обусловленной фазовыми опшбками от девиации частоты генератора 1 ,, нестабильностью элементов ИС-цепочки 4 и погрешностью настройки RC-цепочки 4,

С учетом этого выходное напряжение первой RC-цепочки 4 имеет вид

.51

,K,(| -bd.)f(t)J5 -arctg I (I+sin2) ,

(3)

0

5

0

fCt)

л

где К - коэффициент передачи RC-цепочки 4;

модулирующая функция; коэффициент, обусловленный нестабильностью элементов RC-цепочки 4 погрепшостя- ми ее надстройки, и девиацией частоты питающего генератора 1 ,

При помощи фазового детектора 5, на опорный вход которого подается выходное напряжение генератора 1, выделяется напряжение, пропорциональное фазе выходного напряжения RC-цепочки 4, Переменная составляющая выходного напряжения фазового детектора 5 усиливается усилителем низкой частоты б и имеет вид

35

.5Г

,K,K,KJ| )f(t),

(4)

где и

выходное напряжение усилителя 6 низкой частоты;

К.. - коэффициент усиления усилителя 6 низкой частоты. Усиленное напряжение U подается на сигнальный вход синхронного детектора 7, на управляющий вход которого подается управляющее напряжение вида f(t) от генератора 9

f(t)

/ 1, при 2т .(2m+l)T/2 1-1,

при (2m+)( : 2Jrin 1,2,3,,,. ,(5)

где Т -g- -период модулирующей

функции,

В синхронном детекторе 7 происходит перемножение напряжения И и модулирующего напряжения f(t), а затем выходное напряжение синхронного детектора 7 подается на вход первого фильтра 8 нижних частот, являющегося по сути дела сглаживающим, частота среза которого выбирается

равной С, Выходное напряжение первого фильтра 8 нижних частот можно представить в виде

Tt

U,K(J+c.).

(6)

где К результирующий коэффициент передачи тракта преобразования с учетом действия синхронного детектора 7 и первого фильтра 8 нижних частот.

Таким образом, выходное напряжение первого фильтра 8 нижних частот подаваемое на один вход дифференци- ального усилителя 10, пропорционально углу поворота ротора d. вращающегся трансформатора 2 и не содержит ошибки преобразования;

Напряжения И и U с ротора вра- щающегося трансформатора 2 подаются на входь второй RC-цепочки 11 , выходное напряжение которой можно представить в виде

И

Ug (o3t+ I +сЛ+дЧ), (7)

где К - коэффициент передачи второй RC-цепочки 11;

Выходное напряжение дифференциального усилителя 10 равно нулю, когда дополнительный фазовый сдвиг

AV - фазовая ошибка, обусловлен- зо Ф, вносимый управляемьш фазовращаная нестабильностью элемен тов второй RC-цепочки П, погрепшостью ее настройки, девиацией частоты питающего генератора 1,

Это напряжение поступает на вход управляемого фазовращателя 12, вы ходное напряжение которого можно записать в виде

35

телем 12, компенсирует как мульти- пликативную (вызванную изменением коэффициента передачи К быстродействующего тракта преобразования), так и аддитивную (вызванную погрещ- ностями преобразования угла поворота Л в фазовый сдвиг) погрешности быстродействующего тракта преобразо вания или

гг

(8)

,sin(u)t+ I -ьл+ьЧ -ЧО,

где К, - коэффигщент передачи управляемого фазовращателя 12; - - сдвиг фазы, вносимый управляемым фазовращателем I2.

Напряжение U поступает на сигнальный вход второго фазового детектора 13, на опорный вход которого подается выходное напряжение генератора 1. Выходное напряжение второго фазового детектора 13, пропорциональное фазе напряжения U, через второй фильтр 14 нижних частот с частотой среза, равной частоте питающего напряжения со поступает на вход масщтабного усилителя 15 постоянного тока, выходное напряжение которого можно представить в виде

).

(9)

где Kg - результирующий коэффициент

передачи тракта преобразования с учетом действия второго фазового детектора 13, второго фильтра 14 нижних частот и усилителя 15 постоянного тока.

При помощи усилителя 5 постоянного тока коэффициент К устанавливается -примерно равным коэффициенту Kg .

Напряжение Ug поступает на один . вход дифференп.иального усилителя 10, на другой вход которого поступает напряжение U с выхода первого фильтра 8 нижних частот. Выходное напряжение дифференциального усилителя 10

и. КД (Kg-K (| -cL)) ,(10)

где К 3 - коэффициент усиления дифференциального усилителя 10.

Выходное напряжение дифференциального усилителя 10 равно нулю, когда дополнительный фазовый сдвиг

Ф, вносимый управляемьш фазовраща

телем 12, компенсирует как мульти- пликативную (вызванную изменением коэффициента передачи К быстродействующего тракта преобразования), так и аддитивную (вызванную погрещ- ностями преобразования угла поворота Л в фазовый сдвиг) погрешности быстродействующего тракта преобразования или

(Kg-K5)(| )К(лЧ -Ф), (11)

откуда

V

Kju4-(Kg-K5)(| +oL)

(12)

Выходное напряжение диф)еренци- ального усилителя 10 подается на вход интегратора 16, выходное напряжение которого воздействует на вход управляемого фазовращателя 12, изменяя вносимый фазовый сдвиг Ч до вьшолнения условия (12). Благодаря применению интегратора 16 устраняется статическая ошибка, обусловленная конечным значением коэффициента усиления дифференциального усилителя 10.

Таким образом, внесение дополнительного фазового сдвига V в быстродействующий канал позволяет исключить ошибку преобразования. Время преобразования угла поворота вала oL в напряжение U составляет не ме2

нее периода коммутации - , который

определяется частотой коммутации входов первой фазосдвигаюо ей RC-це- почки 4. Время преобразования угла поворота вала oLв напряжение U не

27г

превышает периода - выходного наьо

пряжения генератора 1. Кроме того, напряжение Uj снимается С выхода первого фильтра 8 нижних частот,имеющего значительную инерционность (частота среэ-ай), а напряжение И, являющееся в преобразователе результирующим - с выхода усилителя 15 постоянного тока, перед которым включен второй фильтр 14 нижних частот, инерционность которого значительно ниже (частота срезай)), что позволя- ет повысить быстродействие преобразования угла поворота вала в напряжение ,

Формула изобретения

Преобразователь углового положени вала в напряжение, содержащий питающий генератор, вращающийся трансСоставитель В.Николаев Редактор С.Лисина Техред А.Кравчук

Заказ 764/41 678Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

0

5

0

форматор, статор которого подключен к выхбду генератора, ключ, вход которого подключен к ротору вращающегося трансформатора, модулирующий генератор, выход которого соединен с управляющим входом ключа, и последовательно сое,циненные, первую RC-це- почку, включенную на выходе ключа, первый фазовый детектор, опорный вход которого подключен к выходу питающего генератора, усилитель низкой частоты, синхронный детектор, управляющий вход которого подключен к выходу модулирующего генератора,и фильтр нижних частот, отличающий- с я тем, что, с целью повышения быстродействия, он снабжен дифференциальным усипителем, первый вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, интегратором, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, и последовательно соединенными второй RC- цепочкой, подключенной к ротору вращающегося трансформатора, управляемым фазовращателем, управляющий вход которого подключен к выходу интегратора, вторым фазовьм детектором, опорный вход которого под- клочен к выходу питающего генератора, вторым фильтром нижних частот и усилителем постоянного тока, выход которого подключен к второму входу дифференциального усилителя.

Корректор Н,Король

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения вала. Цепь изобретения - повышение быстродействия. Это достигается тем, что в быстродействующий тракт в виде RC-цепочки 1I управляемого фазовращателя 12, фазового детектора 13, фильтра 14 нижних частот и усилителя 15 вносится фазовый сдвиг, формируемый интегратором 16, включенным на выходе дифференциального усилителя 10, Выходное напряжение усилителя 10 равно нулю, если фазовый сдвиг скомпенсирует аддитивную и мультипликативную погрешности быстродействующего тракта, при этом время преобразования угла поворота не превышает периода выходного напряжения генератора 1. 1 ил. с € (Л к со ск оо ю 00