Устройство для моделирования импульсного датчика частоты вращения Советский патент 1980 года по МПК G06G7/48 

1

Изобретешь относится к области автоматшш и позволяет получать две импульсные последовательности с частотой следования импульсов, пропорциональной входному напряженгпо, и сдвинутых по фазе на постоянный которого определяется полярностью входного напряжения.

Известен преобрааэватель напряжения в частоту с изменением направления интегрированга, содержащий интегрирующий усилитель, ключи и сравнивающее устройство. Ключи коммутируют входы интегрирующего усилителя в зависимости от знака входного напряжения и тем самык изменяпот направление интегрирования 1J.

Недостатком известного преобразователя является однополярность входного напряжения, что не позволяет нетгосредственно применить данный преобраэов тель для моделирования импульсных датчиков частоты вращения.

Наиболее близким по техшгческой сущности к изобретешпо является устройство для моделирования илтульсного тахопреобразователя, содержащее разделительные диоды и интегратор, к прямому входу которого через делитель напряжения подключен источник входного сигнала, выход которого через управляемый делитель напряжения соединен с инверсным входом 1штегратора, выход которого под10ключен к входу порогового элемента, выход которого является первь№1 выходом устройства. Кроме, этого устройство содержит еще один интегратор, два инвертора и два фикс фуюших диода. На выхо15де устройства формируется напряжение прямоугольной формы, частота которого пропорщюнальна входному нагфяжению 2 ,

Устройство работает только при од20ной полярности входнох э напряжения. При прютивоположной полярности напряжения оно находится в заторможенном со стояшш.

Недостатком данного устроГ ства является то, пхэ оно не восщюнзводит выходной сигнал, формируемый ш..1ну.г1т,сным дат11иком частоты вращения, поскольку оно не позволяет получить две сдвинутые на постоянный фазовый тол импульсные носледоБатель ности, у которых, частота импульсов прямо пропорциональна входному сигналу, а утоп сдвига фаз сохраняется постоянным при любой частоте и изменяется по знаку при изменении направления вращения.

Цель изобретен1ш - новыше-ще точности моделирования.

Указанная цепь достигается тем, что в устройство введены нуль-орган, операционный ускгг.итеяь, ограништельные резисторы и ключи, включенные в плечи моста, одна д.Игагональ которого подключена к средней точке управляемого делител напряжения и к шине нулевого потенциал

другая диагональ моста соединена с первым и вгорым входами операционного усилителя, третий вход которого подключен к выходу интегратора, выход источника, входного сигнала через нуль-орган соединен с управляющими входами первого, второгх) ключей, с г.нодсм первого и катодом второго раздешетепьных диодов, ртравля7ощий вход третьего ключа соединен с анодом второгх разделительного диода и через первый ограничительный резис7Х)р - с выходом порогового элемента, выход которого через второй ограничительный резистор нодклюген к управ К ющему входу четверто1Х) ключа и к г атоду первого разделительного диод выход .операдиошюго усилителя является вторым выходом устройства.

Функциональная схема устройства приведена на фиг. 1; временные диаграг. работы устройства на фиг. 2. Устройство содержит интегратор 1, делите.пь напряжения (резисторы 2 и 3), управляемый делитель напряжения (резисторы 4 и 5), гистёрезисный пороговый элемент 6, ИСТОЧ1ПЖ входного сигнала 7, нуль-орган 8, операционный усилитель 9 первый и второй выходы Ю и 11, разделительные ДИО.ЦЫ 12 и 13, ключи 1417 к ограншштельные резисторы 18 и 19. В качестве ключей 14-17 используются МОП-транзисторы с каналами ггрютивоположного типа.

Принцип действия устройства зш лючается в следующем.

В исходном состоянии при нулевом входном сигнале нуль-орган 8 и noporxjвый элемент 6 находится в од1юм из двух устойчивых а.)С/гоя1 ий. В зпвисимости от состояния пуль-орган 8 элемента G те или другие ключи 1.4-17 переходят в , провоД51щее пли 1 епроводяидее положение, в результате чего точка соединения резистора 4 и 5 на П верт1фующем входе интегратора I оказывается подключенной либо отключенной от общей схемы. Независимо от этого интегратор 1

сохраняет сзое состояние (дрейфом нуля пренебрегаем), и гистёрезисный пороговый элемент 6 не переключается. Таким образом, при.отсутствии входного напряжения схема находится в за1х:1рможе}шом состояшш и ик-шульсы на ее выходах Ю и 11 отсутствуют. Зто состояние устройства соответствует нулевой частоте вращения (неподвт-пкному объекту). 0Рассмотрик работу устройства при

наличии входного напряжения. Пусть напряжение УБУ положительное. Под действием U-g на выходе нуль-органа 8 устанавлив.ается отрицательное нацряже5 Ш1е, открывшощее ключ 15 и закрывающее ключ 14. При этом операционный усилитель 9 переключается в режим передачи по нештертируюшему входу. Предположим, что гистёрезисный 0 порогх вый элемент б находится в состоянии полояштельного насыщения. Тогда на управляющий вход ключа 16 подается закрывающее положитач.ьное напряжение; а на управляющий вход тшюча 17 через 5 ДИО.Д 13 поступает отрицательное напряжение с выхода нуль-органа 8. Под действием этого напряжения ключ 17 закрывается. Поэачэму при положительном сигнале на выходе элемента б точка соединения резисторов 4 и 5 отключается от общей точки схемы, входной сигнад (и поступает на оба входа интегратора 1, оказывая превалирующее воздействие по инвертирующему входу, так как на неитшертирующий вход напряжение UBT поступает через управляемый делитель на резисторах 2 и 3.

В результата напряжение на -выходе интегратора 1 уменьщается и в некоторый момент времетш -fc достигает отрицателыюго уровня U. , при котором происходит отпрокидывание элемента G, Элемент б переходит в состояние отрица.тельного насыщения, что приводит 5 к открыванию ключа 16 (состояние других ключей остается неизменным). При этом точка соединения резисторов 4 и 5

через от7фытые ключи 15 и 16 подилючается к о&щеи точке схемы и иштряжеиие Unv поступает лишь на непнверт1фу5о Щнй вход интегратора 1. Это щтвоапт к изменению направления интегрировани сганала UQ, f напряжение на выходе интегрирующего усилителя 1 начинается увел1гчиваться, В момент времени to оно достигает положительного уровня (Jo при котором элемент 6 вновь опроющывается и переходит в состояние положительного насьпцения, после чего начинается новый шгкл работы устройства. Диаграммы (фиг.2) построены для случая, когда длителыюсти нарастания и спада напряжения на конденсаторе одинакова (симметричные колебания), что достигается при определе П1ок: выборе соотношений резисторов 2-5. Как видно из временных диаграмм, напряжение U на выходе интегратора 1 отстает от напряжения на выходе элемента 6 (фазовый сдвиг Ч -fC/2 ), Напряжение Оц на выходе операционно го усилителя 9, работающего в режиме усилителя - ограничителя, совпадает по фазе с выходным напряжением интегратора 1, поскольку цри данной полярност входного напряжения сигнал интегратора как отмечалось выше, поступает на неинвертирующий вход усилителя 9. При изменении величины входного напряжения пропорционально изменяется скорость нараста1шя и спада напряжения на выходе интегратора, что обеспечивае линейную зависимость частоты от входного напряжения. При.этом независимо от частоты фазовый сдвиг между напряжениями и U на выходах устройст сохраняется неизменным - . Таким образом, при положительном напряжении UBH иа выходах устройства формируются напряжения прямоугольной формы с частотой, изменяющейся прямо пропорционально величине U , и с постоянным фазовым сдвигом - Tll2. Это соответствует работе частотного датчика при прямом враитении вала, на котором он установлен. При oтpицaтeJ ьнoм входном напряжении на выходе нуль-органа 8 возникает положительное напряжение, открывающее ключ 14. При этом ключи 15 и 16 оказываются в закрытом состоянии независ11мо от выходного сигнала гистерезисного порогового элемента 6. Если элемент 6 находится в состояшга пол жительного насьЕцения, то открывается ключ 17 и точка соедшгения резисторов 146 4 1Г 5 через открытые ключи 17 и 14 подключается к o6uie i точке схемы. Вход юй отрицательный сигнал поступает на неинверт1грукзщ1п1 вход интегр.пхэра 1, eix) выходное напряжение (Jj y eI{ьщaeтся и в люмент времени происходит опрокидывание элемента 6. Это приводит к закрыванию ключа 17 и изменению направлет1ия югтегр фовакия входного напряжении, благодаря чему в момент времени т 2 происходит очередтюе переключение элемента 6. D результате в схеме возникает периодическ1Ш режим, причем фазовый сдвиг между нaпpяжeния и на выходах элемента 6 и интегратора 1 остается таким же, как и при положительном напряжении UBX Однако в датюм случае сигнал с 1штегратора 1 поступает на iraвертгфующий вход онерациотюго усилителя 9 (иеинверт1ф5аощий вход защунтирован открытым ключом 14). Поэтому фазовый сдвиг между напряжениями Ц и U на выходах устройства при отрицательном напряжении U-g-jt составляет - it/2 , что соответствует обратному вращению вала, связанного с частотньм датч;жом. В результате на выходах устройства форм1фуются два напряжения прямоугольной формы с частотой, пропоршюналыюй входному напряжению, и с фазовьм сдви1-чэм Ч ч- ТС 12 или Ч - ТС/2 в зависимости от пол5фности входного напряжения, 47X3 воспроизводит сигнал реального частотного датчика с учетом направления вращения связанного с Hmvf вала. Благодаря введен по новых элементов и связей повысилась тхэчность моделирования. Формула изобретения Устройство для модел фования импульсного датчика частоты вращения, содержа)лее разделительные диоды и интегратор, к прямому входу которого через епитель напряжешш подключен источник входного сигнала, выход которого через утфавляемый делитель напряжения соеинен с инвepcньr f входом интегратора, ыход которого подключен к входу ПО( элемента, выход кото{Х)Го является ервым выходом устройства, о т л и ч а г е е с я тем, что, с целью повышения очности моделзфования, в устройство ведены нуль-орган, операнионный усиитель, ограничительные резисторы и