Измерительный преобразователь углового перемещения ротора сельсина Советский патент 1975 года по МПК H03M1/64 H03M1/50 G01B7/30 

1

Предлагаемое устройство предназначено для преобразования углового перемещения в длительность импульса и напряжение постоянного тока и может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники.

Известно устройство для измерения углового перемещения, основанное на принципе преобразования угла поворота в сдвиг фаз двух синусоидальных напряжений. Это устройство содержит сельсин-датчик, обмотки которого объединены в две цепи и подключены через согласующие усилители к входам фазосдвигающих цепей, а выходы фазосдвигающих цепей - к суммирующему усилителю, соединенному через первый усилитель-ограничитель с первой дифференцирующей цепью. Первая дифференцирующая цепь подсоединена к первому входу триггера, выходы триггера - к фильтру постоянной составляющей. Второй усилитель-ограничитель подключен к второй дифференцирующей цепи и через инвертор к третьей дифференцирующей цепи. Выходы второй и третьей дифференцирующих цепей соединены с вторым входом триггера.

Однако такое устройство имеет невысокую точность и надежность и ограниченный диапазон измеряемых угловых перемещений (О- 120°С). Объясняется это тем, что в известном устройстве за опорное принимается напряжение, снимаемое с выхода одного из согласующих усилителей, пропорциональное междуфазному напряжению сельсина. Амплитуда междуфазного напряжения зависит от углового положения ротора и при углах, превыщающих 120°, может стать равной нулю.

Цель изобретения - повыщение точности и надежности устройства и расширение диапазона измеряемых угловых перемещений (от О до 330°).

Это достигается за счет введения в устройство резисторов, фазосдвигающего усилителя, переключателей, схемы сравнения, логического триггера, трансформатора и формирователя прямоугольных импульсов. Выходы согласующих усилителей подключены непосредственно к первым двум входам схемы сравнения и через резисторы - к входам фазосдвигающего усилителя, выходы фазосдвигающего усилителя - к второму усилителю-ограничителю, а третий вход схемы сравнения - к первому выходу формирователя прямоугольных импульсов, подсоединенного через трансформатор к ротору сельсина-датчика. Второй выход формирователя прямоугольных импульсов через первый переключатель соединен с вторым входом триггера, выход схемы сравнения через логический триггер - соответственно с вторым и третьим переключателями, подключенными к входам фазосдвигающего усилителя.

С помощью этих дополнительных блоков при любом повороте угла схемой автоматически выбирается наибольшее для указанного угла из выходных напряжений согласующих усилителей, принимаемое за опорное. Это позволяет иметь не нулевое опорное напряжение при любых углах поворота ротора сельсина, в том числе превышающих 120°.

Предлагаемое устройство обеспечивает .преобразование угловых перемещений от О до 330° в напряжение постоянного тока от О до 6 в. Кроме того, предусмотрено получение время-импульсного сигнала, который может быть использован для преобразования угла поворота в цифру.

На чертеже представлена блок-схема измерительного преобразователя.

Устройство содержит сельсин-датчик 1, согласующие усилители 2, 3, фазосдвигающие цепи 4, 5, суммирующий усилитель 6, усилители-ограничители 7, 8, дифференцирующие цепи 9, 10, И, триггер 12, фильтр 13 постоянной составляющей, инвертор 14, резисторы 15, 16, фазосдвигающий усилитель 17, переключатели 18, 19, 20, схему 21 сравнения, логический триггер 22, трансформатор 23, формирователь 24 прямоугольных импульсов. Кроме того, согласующие усилители включают в себя трансформаторы 25, 26 гальванической развязки, усилители 27, 28, резисторы 29-32.

Измерительный преобразователь содержит сельсин-датчик, измерительный канал, опорный канал, выходной каскад и схему управления опорным напряжением.

В измерительном канале входы согласующих усилителей 2 и 3 подключены к фазным обмоткам сельсина-датчика 1, а выходы фазосдвигающих цепей 4 и 5 - к входу суммирующего усилителя 6. Выход последнего через усилитель-ограничитель 7 соединен с дифференцирующей цепью 9.

Опорный канал содержит фазосдвигающий усилитель 17, усилитель-ограничитель 8, инвертор 14 и дифференцирующие цепи 10 и 11. Выходы согласующих усилителей 2 и 3 через ограничивающие резисторы 15 и 16 связаны с входами фазосдвигающего усилителя 17, а выход этого усилителя - с входом усилителя-ограничителя 8, выход которого непосредственно подключен к дифференцирующей цепи 10 и через инвертор 14 - к дифференцирующей цепи 11.

Выходной каскад включает в себя измерительный триггер 12, первый вход которого соединен с выходом дифференцируюп1,ей цепи 9 измерительного канала, второй - с выходами дифференцирующих цепей 10 и 11 опорного канала. Выход триггера подключен к фильтру постоянной составляющей. В схеме управления опорным напряжением два входа схемы 21 сравнения подсоединены к выходам согласующих усилителей 2 и 3, а третий вход - к выходу формирователя 24 прямоугольных импульсов. Выход схемы сравнения связан с логическим триггером 22, управляющим транзисторными переключателями 18 и 19, подключенными на входы фазосдвигающего усилителя 17. К второму входу триггера 12 подключен также переключатель 20, управляемый формирователем прямоугольных импульсов, на вход которого через трансформатор 23 поступает напряжение питания однофазной обмотки сельсина-датчика.

В измерительном канале происходят преобразование угла поворота ротора датчика в пропорциональный фазовый сдвиг и выделение моментов перехода полученного напряжения через нуль. -В опорном канале выделяются моменты перехода через нулевое значение опорного напряжения. Выходной каскад служит для преобразования разности фаз сравниваемых напряжений в длительность импульса и затем в постоянное напряжение. Назначение схемы управления опорным напряжением - подавать на вход фазосдвигающего усилителя в опорном канале большее по величине из двух сравниваемых напряжений, снимаемых с выходов согласующих усилителей.

Магнитный поток сельсина-датчика при повороте ротора на угол 6 относительно положения, принятого за нулевое, индуцирует в каждой из трех статорных обмоток э.д.с, амплитудные значения которых соответственно равны

л (e-120°);

EB (S + l20°);

.

Напряжения UAH, UBC, UCA, снимаемые с выходных обмоток сельсина, изменяются по следуюп1,ему закону

UAB - Ел ЕВ и„ cos в sin ш(; UBC ЕВ-ЕС - и cos (в - 120°) sin u); UCA - ЕС - ЕА и т cos (9 -f 120°) sin ш.

Через трансформаторы 25 и 26, осуществляющие гальваническое разделение входной и выходной цепей преобразователя, напряжения UBC и UCA поступают на вход усилителей 27 и 28. Поскольку усилители обхвачены глубокой отрицательной обратной связью, коэффициенты усиления согласующих усилителей 2 и 3 в первом приближении определяются отношениями величины сопротивлений обратной связи (29 и 30) к величине согласующих сопротивлений (31, 32)

-; ko

Ri

Л,

и не зависят от параметров разделительных трансформаторов. Коэффициенты усиления согласующих усилителей выбираются равными Afoc, /(ос, Выходные напряжения усилителей подаются на две фазосдвигающие цепи 4 и 5, имеющие равные модули коэффициентов передачи и осуществляющие фазовый сдвиг соответственно на -120 и -60°.

f/, f/,;cos(B - 1200sinH - 120); и, r: f/,; cos (9 + 120) sin (ш( - 60.

Эти напряжения суммируются с помощью усилителя 6. На его выходе образуется сдвинутое напряжение неизменной амплитуды, фазы которого изменяются в соответствии с углом поворота ротора,

Ув-,п,з1пИ + ), где Ф 9 + 90.

Полученное сдвинутое напряжение усиливается, ограничивается и дифференцируется с помощью усилителя-ограничителя 7 и дифференцирующей цепи 9. Отрицательный импульс, появляющийся на выходе дифференцирующей цепи 9 в момент перехода сдвинутого напряжения через нулевое значение в положительную сторону, т. е. характеризующий фазу этого напряже 1ия, поступает на один из входов измерительного триггера 12, перебрасывая его в единичное состояние.

Опорным напряжением является одно из междуфазных напряжений сельсина после прохождения через согласующие усилители 2 или 3. Это дает возможность отказаться от использования в качестве опорного напряжения питания сельсина. Между последним и напряжениями на вторичных обмотках сельсина имеется нестабильный фазовый сдвиг, приводящий к появлению дополнительной и существенной погрещности в случае использования напряжения питания в качестве опорного.

В связи с тем, что с поворотом ротора междуфазные напряжения изменяют свою величину и в некоторых точках могут быть близки к нулю, на вход опорного канала с помощью специальной схемы подается большее по величине из этих напряжений. Выходные напряжения согласующих усилителей поступают через ограничивающие резисторы 15 и 16 на входы фазосдвигающего усилителя 17. Кроме того, эти напряжения подаются на вход схемы 21 сравнения, где выпрямляются и сглаживаются. На выходе схемы сравнения формируются импульсы разности выпрямленных напряжений длительностью, задаваемой формирователем 24 прямоугольных импульсов. Полученные импульсы поступают на вход логического триггера 22 и переводят его в одно из двух устойчивых состояний в зависимости от знака разности выпрямленных напряжений. При этом один из переключателей 18 и 19, управляемых логическим триггером 22, замкнут, а второй разомкнут и на вход фазосдвигаюП1,его усилителя 17 подается больщее по величине из двух сравниваемых напряжений.

Таким образом, амплитуда опорного напряжения па выходе фазосдвигающего усилителя при изменении угла поворота ротора не уменьщается ниже некоторой величины, достаточной для обеспечения требуемой точности преобразователя. Опорное напряжение усиливается, ограничивается и дифференцируется с помощью усилителя-ограничителя 8, инвертора 14, дифференцирующих цепей 10 иИ. Отрицательные импульсы на выходе одной из дифференцирующих ценей 10 и 11 появляются в моменты каждого перехода опорного напряжения через нуль как и в положительную, так и в отрицательную сторону.

Переброс измерительного триггера 12 в исходное состояние осуществляется только тем из двух отрицательных импульсов, который соответствует интервалу времени, когда со вторичной обмотки трансформатора 23 на вход формирователя 24 прямоугольных импульсов поступает отрицательная полуволна напряжения питания однофазной обмотки сельсина. В это время переключатель 20 разомкнут и отрицательный импульс с выхода одной из дифференцирующих цепей 10 или 11, характеризующий фазу опорного напряжения, перебрасывает триггер 12 в ис.чодное состояние. В течение второго полупериода напряжения питания, переключатель 20 замкнут, триггер 12 не перебрасывается импульсами с выхода дифференцирующих цепей 10 и 11 опорного канала. Таким образом, на выходе триггера 12 образуются импульсы напряжения, длительность которых определяется разностью фаз сдвинутого напряжения и опорного. Эти импульсы нормируются по амплитуде с помощью источника импульсов и осредняются фильтром постоянной составляющей. Выходное напряжение фильтра постоянной составляющей пропорционально длительности осредняемых импульсов, а следовательно, и углу поворота ротора сельсина.

Предмет изобретения

Измерительный преобразователь углового перемещения ротора сельсина, содержащий сельсин-датчик, обмотки которого объединены в две цепи и подкл 0чены через согласующие усилители к входам фазосдвигающих цепей, выходы фазосдвигающих цепей подключены к суммирующему усилителю, соединенному через первый усилитель-ограничитель с первой дифференцирующей цепью, подключенной к первому входу триггера, выходы которого соединены с фильтром постоянной составляющей, второй усилитель-ограничитель подключен к второй дифференцирующей цепи и через инвертор к третьей дифференцирующей цепи, выходы второй и третьей дифференцирующих цепей подключены к второму входу триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности устройства, в него введены резисторы, фазосдвигающий усилитель, переключатели, схема сравнения, логический триггер, трансформатор и формирователь прямоугольных импульсов, причем выходы согласующих усилителей подключены непосредственно к первым двум входал схемы

сравнения и через резисторы к входам фазосдвигающего усилителя, выходы которого подключены к второму усилителю-ограничителю, третий вход схемы сравнения соединен с первым выходом формирователя прямоугольных импульсов, подключенного через трансформатор к ротору сельсина-датчика, второй выход

формирователя прямоугольных импульсов через первый переключатель подключен к второму входу триггера, выход схемы сравнения через логический триггер соединен соответственно с вторым и третьим переключателями, соединенными с входами фазосдвигающего усилителя.