Фазовый дискриминатор сигналов СКВТ-датчика Советский патент 1991 года по МПК G08C19/38 G05B1/11 H03D13/00 

1

(21)4625821/09

(22)26.12.88

(46)30.04.91. Бюл. N5 16

(72) Б. С. Абезгауз, Б. М, Рафалькес

и М. Л. Шипяцкий

(53)621.376.55(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР Ne960722,кл. G 05 В 1/01,1981.

(54) ФАЗОВЫЙ ДИСКРИМИНАТОР СИГНАЛОВ СКВТ-ДАТЧИКА

(57)Изобретение относится к приборостроению. Цель - повышение надежности и обеспечение возможности определения знака изменения фазы. Дискриминатор имеет компараторы 4-6, элементы И-НЕ 7 и 8, кольцевые счетчики 9 и 10, преобразователь 11 переменного напряжения в постоянное и инверторы 12 и 13. Сущность

Uy

изобретения заключается в том, что напряжение с синусной и косинусной обмоток си- нусно-косинусного вращающегося трансформатора СКВТ-датчика преобразуется в постоянное напряжение, величина которого определяется углом поворота ротора СКВТ, а полярность меняется на противоположную в момент изменения знака синусной (косинусной) функции угла поворота ротора СКВТ за счет несовпадения фаз соответствующих сигналов СКВТ-датчика и питающего его напряжения, при этом изменение полярности выходного напряжения происходит только после двукратного подтверждения несовпадения фаз и до следующего изменения фазы сохраняется, что обеспечивает надежную работу устройства. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

СП

С

о

4 (Л О 00

ю

Фиг 1

10

Изобретение относится к области приборостроения, конкретно к средствам автоматики и может быть использовано для ввода в вычислитель аналоговой информации при использовании в качестве датчика синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ); определения знака синусной и косинусной функций в зависимости от угла поворота ротора СКВТ и формирования в зависимости от этого деу- полярных напряжений.

Цель - повышение надежности, обеспечение возможности определения знака изменения фазы.

На фиг. 1 представлена функциональная схема фазового дискриминатора сигна лов СКВТ-датчика; на фиг. 2 - схема управляемого инвертора; на фиг 3 временная диаграмма работы фазовое л /шк- риминатора.

Фазовый дискриминатор (фиг 1) содержит входы 1-3, первый, второй и третий компараторы 4--6, первый и второй элементы И-НЕ 7, 8, первый и второй кольцевые счетчики 9, 10, преобразователь 11 переменного напряжения в постоянное (ППП), первый и второй управляемые инверторы 12, 13, выход 14 синусного и выход 15 косинусного напряжений.

Управляемый инвертор 12 (13)содержит (фиг. 2) первый 16 и второй 17 ключи, алгебраический сумматор содержит четыре резистора 18, 19, 20, 21, операционный усилитель 22.

На временной диаграмме (фиг 3) обозначено: а - напряжение на входе СКВТ; б - напряжение на входе 1 на первом (синус ном) выходе СКВТ; в - импульсы на выходе компаратора 4; г - импульсы на выходе кем паратора 6; д - импульсы на выходе элемента И-НЕ 7; е, ж, з - импульсы на первом, втором и третьем выходах первого кольцевого счетчика 9; и - напряжение на выходе 14; к - напряжение на выходе 15.

Фазовый дискриминатор работает сле- дущим образом.

На выходах СКВТ-датчикя формируются и поступают на вход 1 и вход 2 фазового дискриминатора напряжения Ui и U

Ui sin a sin a,

Ua Умакс sin (о t cos a,(1)

где а - угол поворота ргггора СКВТ;

а) - 2;rf - круговая частота;

f - частота питающего СКВТ напряжения; 1

Кмакс - максимальное значение амплитуды переменного напряжения на выходах СКВТ.

Компардторы 4 5. 6 представляют собой нуль-органы, определяющие моменты перехода напряжений на их входах через нуль.

Компаратор 4, соединенный с первым

(синусным) выходом СКВТ,определяет переход через нуль синусного напряжения, формируя при этом прямоугольные импульсы типа меандр (см. фиг 3 а, б, в). При этом

скачек фазы происходит при переходе из второго в третий и из четвертою в первый квадранты.

Компаратор 6 .соединенный с вторым (косинусным) выходом Г.КЗТ,определяет переход через нуль косинусного напряжения, Формируя меандр Для компаратора б справедливы временные диаграммы фиг. 3. графики а, б, в (только скачек фазы косинусного напряжения происходит при переходе

и г.ервого во второй и из третьего в четчер- тый квадранты)

Компаратор 5, соединенный с входам 3, определяет переход через нуль питающего СКВТ напряжения, формируя прямоугольные импульсы типа меандр (см, фиг. 3, г). Элементы И-НЕ 7, 8 предназначены для обнаружения совпадения импульсов на выходах соответственно компараторов 4, 6 с импульсами на выходе компаратора 5, то

есть д-я определения совпадения фаз на первом и втором выходах СКВТ с фазой питающего СКВТ напряжения, При совпадении фазы синусного напряжения с питающим (см. фиг, 3 а, б) импульсы на первом и втором входах первого элемента И-НЕ 7 также совпадают, и на его выходе формируется импугьс (см фиг. 3 1, графики в, г, д), при несовпадении фаз - импульсы на выходе элемента И-НЕ 7 отсутствуют (см. фиг.

Для синусного выхода СКВТ фаза выходного напряжения совпадает с фазой входного питающего напряжения в первом и втором квадрантах (см. фиг 3.1, графики

а, б) и не соападает Р третьем и четвертом квадрантах (см. фиг. 3.2. графики а, б). Аналогично для косинусного напряжения фазы совпадаю1 в первом и чет вертом квадрантах и не совпадают во втором и третьем коадрантах

Импульсы с выходов элеменгсз И-НЕ 7, 8, соединенных соо. ветстаенно с R-входами кольцевых счетчиков 9, 10, устанавливают эти счетчики в нулевое состояние. Выход компаратора 4 соединен также с С-входами

кольцевых счетчиков 9, 10. по которым в счетчики записывается информация.

Кольцевые счетчики 9, 10 имеют три выхода третий ВЫУОД каждого счетчика соедипен с собственным СЕ-входом защелка и соответственно с управляющим входом инверторов 12, 13.

Кольцевой счетчик 9 (10) предназначен для фиксации совпадения фаз на выходах компараторов 4 и 5 (6 и 5) (при этом на его выходе фиксируется нулевое состояние) и для фиксации несовпадения фаз на выходах компараторов 4 и 5 (6 и 5) (тогда на его выходе фиксируется единичное состоя ние). Переход кольцевого счетчика из нуле вого состояния в единичное (при изменении фазы) происходит после второго подтверждающего импульса на С-входе, что обеспечивает схеме повышенную помехоустой- чивость и достоверность фиксации изменения фазы.

Управляемый инвертор 12 первым (информационным) входом соединен с синусным выходом преобразователя 11 переменного напряжения в постоянное, а его выход является синусным выходом 14 устройства. Управляемый инвертор 12 предназначен для формирования на выходе 14 двуполярного напряжения в зависимо- сти от фазы синусного напряжения СКВТ относительно питающего напряжения. При совпадении фаз на выходе инвертора 12 формируется положительное напряжение (см. фиг, 3.1, график к), при несовпадении фаз - отрицательное напряжение (см. фиг. 3.2, график и).

Управляемый инвертор 13 информационным входом соединен с косинусным выходом преобразователя 11, а его выход является косинусным выходом 15 фазового дискриминатора. Его назначение аналогично назначению инвертора 12 (см фиг. 3, график к).

Управляемый инвертор 12 (13) (фиг. 2) может быть выполнен по схеме алгебраического сумматора с управляющим ключом 16 на входе, нормально разомкнутый контакт которого своим первым выводом подключен к информационному входу инвертора, а вто- рым - к первому суммирующему входу алгебраического сумматора и через резистор 19 к неинвертирующему входу операционного усилителя 22 (ОУ). Нормально замкнутый контакт ключа 17 подключает второй суммирующий вход алгебраического сумматора к общей шине, а через резистор 20 он связан также с неинвертирующим входом ОУ 22, инвертирующий вход ОУ 22 через резистор 18 связан с информационным вхо- дом алгебраического сумматора и через резистор 21 с выходом ОУ, являющимся выходом управляемого инвертора.

При отсутствии сигнала на управляющем входе инвертора операционный усилитель 22 включен в неинвертирующем режиме При подаче единицы на управляющий вход ключей 16 и 17. они переключаются и операционный усилитель 22 включается в инвертирующий режим работы. Управляемый инвертор 12 (13) может быть реализован на микросхеме типа 590КН4.

Преобразователь 11 переменного напряжения в постоянное предназначен для преобразования амплитуды синусного и косинусного напряжений на выходах СКВТ 1 в постоянные напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла «поворота СКВТ.

Рассмотрим работу преобразователя при обработке синусной функции в первом и втором квадрантах (см. фиг. 3.1) и в третьем и четвертом квадрантах (см. фиг. 3.2). При повороте ротора СКВТ в пределах первого квадранта (0-90°) или второго квадранта (90- 180°) напряжение на первом (синусном) выходе СКВТ совпадает по фазе с напряжением питания на входе 3 (см. фиг. 3 1 графики б, а). Эти напряжения поступают на первые входы компараторов 4, 5, которые формируют из положительных полуволн напряжений совпадающие по фазе импульсы (см. фиг. 3.1, графики в, г), поступающие на входы элемента И-НЕ 7, на выходе которого в этом случае формируются импульсы, совпадающие по фазе с напряжением питания (см. фиг. 3.1, график д). Импульсы с выхода компаратора 5 записывают информацию в кольцевые счетчики 9, 10 и одновременно импульсами с выхода элемента И-НЕ 7 сбрасывается счетчик 9, и потенциал на его третьем выходе остается нулевым (см. фиг. 3 1, график з), в результате чего управляемый инвертор 12 оказывается включенным по схеме прямой передачи напряжения со своего первого входа. На этот вход поступает положительное напряжение с первого выхода преобразователя 11, который преобразует переменное синусное напряжение с первого выхода СКВТ в постоянное однополярное напряжение, пропорциональное синусу угла поворота СКВТ.

Управляемый инвертор 12 передает это напряжение без изменения знака на выход 14.

В третьем и четвертом квадрантах, когда фаза выходного напряжения СКВТ (см. фиг. 3.2, график б) противоположна фазе напряжения питания (см. фиг. 3.2, график а), импульсы, формируемые компараторами4 и 5, не совпадают (см. фиг. 3.2, графики в, г), на выходе элемента И-НЕ 7 импульсы не формируются, и первый же импульс с выхода компаратора 5 устанавливает на первом

кольцевом счетчике 9 нулевой уровень, а на втором его выходе - единичный уровень (см. фиг. 3.2, графики е, ж), а второй входной импульс вызывает появление на третьем выходе положительного потенциала, который поступает на СЕ-вход (защелка) и возникшее состояние счетчика 9 фиксируется (см фиг. 3,2, график з). На второй вход инвертора 12 подается положительный потенциал, и ключи 16 и 17 (фиг. 2) переключаются, образуя инвертирующую схему усилителя 22, Положительный входной сигнал на первом входе инвертора 12 преобразуется в отрицательный на его выходе (см. фиг. 3.2, график и).

Аналогично работает часть схемы фазового дискриминатора, обрабатывающая косинусное напряжение на выходе 2 СКВТ, состоящая из компаратора 6, элемента И- НЕ 8, кольцевого счетчика 10 и управляемого инвертора 13. Работа этих элементов иллюстрируется временными диаграммами фиг. 3.2, (графики а - е для первого и четвертого квадрантов, когда косинусное напряжение на втором выходе СКВТ совпадает по фазе с напряжением питания, и временными диаграммами фиг. 3.2, (графики а - е) для второго и третьего квадрантов, когда эти напряжения находятся в противофазе. Напряжение на выходе 15 иллюстрируется графиком к фиг. 3.

Устройство имеет повышенную помехоустойчивость при определении изменения фазы за счет фиксации этого не по первому, а по второму импульсу на С-входе кольцевого счетчика, а также за счет циклического подтверждения состояния кольцевого счетчика.

Форм.ула изобретения

в постоянное, выходы которого подключены к информационным входам первого и второго инверторов, первый и второй компараторы, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами фазового дискриминатора сигналов СКВТ-датчика, последовательно соединенные третий компаратор, первый вход которого является третьим входом фазового дискриминатора сигналов СКВТ-датчика и

второй элемент И-НЕ, к второму входу которого и второму входу первого элемента И- НЕ, а также к тактовым входам элементов фиксации изменения фазы подключен выход третьего компаратора, второй вход которого, а также вторые входы второго и первого компараторов подключены к общей шине, а выходы первого и второго элементов И-НЕ - к установочным входам первого и второго элементов фиксации изменения

фазы соответственно, выходы которых подключены к собственным разрешающим вхо дам.

второго ключей являются входом инвертора.

счетчика.

Фиг.З

Редактор Н.Коляда

Составитель В.Полякова Техред М.Моргентал

Корректор А.Осауленко