Преобразователь параметров индуктивного датчика Советский патент 1991 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для дистанционного измерения параметров индуктивных датчиков неэлектрических величин.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя параметров индуктивного датчика; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг. 3 - функциональная схема фазочувствительного выпрямителя.

Преобразователь параметров индуктивного датчика содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, источник 2 опорных напряжений, первый триггер 3, третий переключатель 4, делитель 5 частоты,второй переключатель 6, делитель 7 напряжения, интегратор 8, датчик 9, первый переключатель 10, линию 11 связи, опорный резистор 12 (Но), усилитель 13 постоянного тока, первый 14 и второй 15 одновибраторы, первый 16 и второй 17 блоки выборки-хранения, первый 18 и второй 19 компараторы, сумматор 20, первый блок 21 сложения по модулю два, двухполупериодный выпрямитель 22, второй триггер 23, первый фазочувствитель- ный выпрямитель 24, элемент НЕ 25, второй

44

блок 26 сложения по модулю два, второй 27 фазочувствительный выпрямитель, третий 28 и четвертый 29 блоки выборки-хранения, вычитающий блок 30, фильтр 31 нижних частот.

Преобразователь работает следующим образом. После включения питания триггеры 3 и 23 устанавливаются в нулево,е состо- яние. Генератор 1 прямоугольных импульсов формирует импульсы с частотой fo, которая поступает на счетный вход триггера 3 и делится пополам

f3 fo/2,

О)

y pC+7LTR

(5)

где R, L, С - активное сопротивление, индук- тивность и емкость линии 11 связи;

р - оператор преобразования Лапласа, Таким образом, напряжение на выходе

усилителя 13

10

Uw

)

IDJ

(6)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения параметров индуктивных датчиков неэлектрических величин. Целью изобретения является расширение функциональных возможноч- тей. Преобразователь содержит сумматор, компаратор, блок выборки-хранения, два переключателя, линию связи, усилитель постоянного тока, опорный резистор, интегратор и клеммы для подключения датчика. Введение в устройство генератора прямоугольных импульсов, двух триггеров, источника опорных напряжений, третьего переключателя, делителя частоты, двух од- новибраторов, трех блоков выборки-хранения, второго компаратора, двух блоков сложения по модулю два, двухполупери- одного выпрямителя, двух фазочувстви- тельиых выпрямителей, элемента НЕ, вычитающего блока, делителя напряжения и фильтра нижних частот позволяет расширить функциональные возможности за счет использования двухтактного преобразования, в одном из которых фиксируется величина, определяемая паразитными параметрами линии связи, а в другом - величина, пропорциональная значений индуктивности датчика и линии связи по которым и определяется значение индуктивности датчика.3 ил. 00 с

где fs - частота на выходе триггера 3.

Двухполярный источник 2 опорных напряжений подает на входы третьего пере- ключателя-4 два напряжения с амплитудами -Uo и +Uo. Переключателем 4 управляет триггер 3. На выходе переключателя 4 формируется знакопеременное напряжение с амплитудой Do и частотой fa. Сигнал с первого триггера 3 поступает на делитель 5 частоты. Напряжение на выходе делителя 5 частоты, имеющее частоту

, fs-fs/N,

(2)

где N - коэффициент деления делителя 5 частоты, и скважность, управляет работой переключателя 10, блоков 28 и 29 выборки- хранения. В одном полупериоде частоты входы линии 11 связи через переключатель 10 замкнуты, определяются параметры линии 11 связи. Блок 28 выборки-хранения работает в режиме слежения, блок 29 выборки-хранения - в режиме хранения. В другом полупериоде входы линии 11 связи замкнуты через переключатель 10 и индуктивный датчик 9. Определяются суммарные параметры линии 11 связи и датчика 9.

Преобразователь работает циклически.

В момент времени to, например, датчик 9 закорочен. Через переключатель 6 на вход интегратора 8 поступает напряжение Uo. На выходе интегратора 8 формируется сигнал

U8 --(t-to),(3)

где Т - постоянная времени интегратора 8 (с).

При этом на выходе усилителя 13 напряжение описывается выражением55

Ui3 -UaRoy.(4)

где у - проводимость линии 11 связи. Проводимость линии 11 связи определяется следующим образом

После окончания переходного процесса, когда экспоненциальной составляющей можно пренебречь, т.е. когда

20

(5-6)| , напряжение на выходе усилителя 13

1)13

U0R

°- f C +

t-to R

- L C7 } I I P /

Это напряжение поступает на входы компараторов 18 и 19. где сравнивается с напряжениями U1 и U2. следующими с делителя 7 напряжения, полярность сигналов Ui и U2 зависит от полярности напряжения на выходе переключателя 4. Когда 1Из стано- вится больще Ui, срабатывает компаратор 19, а если U13 U2. срабатывает компаратор 18. Напряжение на выходе усилителя 13 в момент времени ta срабатывания компаратора 19 определяется выражением

UoRc

(

С +

t2 -to

-s)-«

Блок 21 сложения формирует сигнал 45 длительностью At, которая пропорциональна R:

At t2 -ti. 50 Так как

(9)

+ R(-С +

(10)

(u;Ј-c+;h)-(1l)

то

At URoRl

(12)

где AU U2-Ui.(13)

По отрицательному фронту импульса блока 21 сложения переключается триггер 23. Сигнал на выходе блока 26 сложения становится равен 0. В результате переключатель 6 подает напряжение, равное 0, на вход интегратора 8, на выходе которого формируется постоянный сигнал

U8 - (t2 -to).(14)1°

Напряжение на выходе усилителя 13 после

окончания переходного процесса в момент времени t t215

20

Uo Ro / t2 to

/ q - TO V R )

(15)

или

Ui3 U2UoRo

i)

(16)

В момент времени тз в блоке 16 выборки- хранения происходит фиксация напряжения по сигналу, приходящему с одновибратора 14, который срабатывает по переднему фронту сигнала с генератора 1 прямоугольных импульсов. Напряжение в блоке 16 выборки-хранения определяется выражением

Ui6 Ui3(t2) U2--(C--). (17)

В момент времени t4 по заднему фронту импульса с генератора 1 прямоугольных импульсов срабатывает первый триггер 3.

В результате через переключатели 4 и 6 на вход интегратора 8 поступает напряжение -Uo. сигнал на выходе которого описывается выражением

U

(te-t0).

(18)

Напряжение на выходе усилителя 13 при t t4 примет вид

II 11 Uo RO / / L

-tfr .

С9)

112 U0 Ro

2C +

t-b 2L

I

и

+

-kexp -Јct-)j

(20)

В момент времени (t t4):

U0Rc

(2СR2

(21)

Фиксация напряжения Ui3 в момент времени и происходит в блоке 17 выборки- хранения по сигналу, приходящему с одно- вибратора 15, который срабатывает по заднему фронту сигнала с генератора 1 прямоугольных напряжений. Напряжение в блоке 17 выборки-хранения определяется выражением

(t4)U2--y(2C--).

(22)

Напряжения Uie и Ui поступают на сумматор 20, который осуществляет алгебраическое сложение входных сигналов с разными весовыми коэффициентами. На выходе сумматора 20

35

U20 2U16-U17 + U2(23)

На интервале времени от ts до te ( Дт) напряжение на выходе сумматора 20

U2o

UoRo

± &

(24)

45

50

Оно поступает на выпрямитель 22, где осуществляется инвертирование отрицательной части сигнала, приходящего с сумматора 20. Напряжение с выхода выпря- мителя 22 поступает на первый фазочувст- вительный выпрямитель 24, выходное напряжение которого

U24

кЛ

U20 dt

Ki U0 Re

LrAU p Ki AUL

Д (- .

R

(25)

где Ki - коэффициент пропорциональности фазочувствительного выпрямителя 24 (1/с).

Выходное напряжение фззочувстви тельного выпрямителя 27

, .L i/ г i r Ki AU L „ Ub К2 / U24 dt -

15

Ki ALT-т

UoRc

- L

(26)

где К - коэффициент пропорциональности фазочувстлгтельного выпрямителя 27 (1/с);

U27 - однозначно определяется индуктивностью линии 11 связи.

В следующем полупериоде частоты ts в преобразователе осуществляются преобразования, аналогичные рассмотренным. Однако в этом случае напряжение на выходе фазочувствмтельного выпрямителя 27

..ц KiK2AU2rn US ( L

U о Ко

(27)

где LX - индуктивность датчика 9.

Напряжение U27 в этом случае пропорционально сумме индуктивностей датчика 9 и линии 11 связи.

При определении индуктивности линии 11 связи блок 28 выборки-хранения работает в режиме слежения, а блок 29 выборки- хранения - в режиме хранения. В следующем полупериоде частоты режимы работы блоков 28 и 29 выборки-хранения меняются. В результате напряжение на выходе блока 28 выборки-хранения пропорционально L, а блока 29 выборки-хранения - (L + LX). Эти сигналы поступают на входы вычитающего блока 30. Постоянная составляющая напряжения на выходе вычитающего блока 30 пропорциональна индуктивности датчика 9

U3o u29-u2e Ay lLx {28)

UQ

Фильтр 31 нижних частот осуществляет сглаживание высокочастотных составляющих напряжения изо.

Таким образом, предлагаемое изобретение пригодно для определения параметра индуктивного датчика и также как и в прототипе на результат преобразования не влияют параметры линии связи. Конкретная реализация узлов преобразователя не составляет предмет изобретения.

Функциональная схема, раскрывающая структуру фазочувствительных выпрямителей 24 и 27,приведена на фиг. 3.

, чКлюч в течет времени прохождения импульса на управляющем входе открывается, интегратор интегрирует входное напряжение КВх. В конце периода интегри- рования напряжение на выходе фазочувствительного выпрямителя определяется выражением

U К

ti 4/

ti

Uex (t) dt ,(29)

5

где (ti - ti-н) - интервал времени интегриро- коэффициент пропорциональности

вания;

V кС-1/с).

f, Это напряжение остается неизменным чдо появления следующего управляющего импульса, по положительному фронту кото0 рого при помощи одновибратора осуществляется сброс напряжения на интеграторе. Далее процесс повторяется.

Формула изобретения Преобразователь параметров индук5 тивного датчика, содержащий сумматор, первый компаратор, первый блок выборки- хранения, первый и второй переключатели, линию связи, усилитель постоянного тока, опорный резистор, интегратор и две клем0 мы для подключения датчика, первая клемма соединена с первым входом первого переключателя, выход которого соединен с первым входом линии связи, второй вход которой соединен с вторым входом первого

5 переключателя и второй клеммой для подключения датчика, первый выход линии связи соединен с инверсным входом усилителя постоянного тока и через опорный резистор с выходом усилителя постоянного тока, вы0 ход второго переключателя через интегратор соединен с вторым выходом линии связи, первый вход второго переключателя соединен с общей шиной, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функцио5 нальных возможностей, в него введены генератор прямоугольных импульсов, два триггера, источник опорных напряжений, третий переключатель, делитель частоты, два одновибратора, три блока выборки-хра0 нения,второй компаратор,два блока сложе- ния по модулю два, „дзухполупериодный выпрямитель, два фазочувствительных выпрямителя, элемент НЕ, вычитающий блок, делитель напряжения, фильтр нижних час5 тот, причем выход генератора прямоугольных импульсов через первый и второй одновибраторы соединён соответственно с управляющими входами первого и второго блоков выборки-хранения, и через первый триггер и делитель частоты соединен с управляющими входами первого переключателя, третьего блока выборки-хранения и через элемент НЕ соединен с управляющим входом четвертого блока выборки-хранения, прямой вход усилителя постоянного тока соединен с общей шиной, выход усилителя постоянного тока соединен через первый и второй компараторы соответственно с первым и вторым входами первого блока сложения по модулю два и через первый и второй блоки выборки-хранения соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого через последо вательно включенные двухпслупериодный выпрямитель, первый, второй фазочувстви- тельные выпрямители, третий блок выборки-хранения соединен с первым входом вычитающего блока, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства, выход первого блока сложения по модулю два через второй триггер соединен с первым входом блока сложения по модулю два, выФиг.1

0

5

0

ход которого соединен с управляющим входом второго переключателя, первый и второй выходы источника опорных напряжений соединены соответственно с первым и вторым входами третьего переключателя, выход которого соединен с входом делителя напряжения и вторым входом второго переключателя, выход первого триггера соеди- н§н с вторым входом второго блока сложения и с управляющим входом третьего переключателя, первый выход делителя напряжения соединен с третьим входом сумматора и с вторым входом первого компаратора, второй выходделителя напряжения соединен с вторым входом второго компаратора, выход первого блока сложения по модулю два соединен с управляющими входами первого и второго фазочувствительных выпрямителей, выход второго фазочувствительного выпрямителя через четвертый блок выборки-хранения соединен с вторым входом вычитающего блока.

U,

n

At

i

h.

i

4

К

4

Вход

Ключ

OdHotfaf- чг-тор

УпрадАЯЮщий $)U23

t/H we г-

Выход

Сброс