Преобразователь перемещения в частотно-временной сигнал Советский патент 1981 года по МПК H03M1/60 G01B7/00 

(54)ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ЧАСТОТНО1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и используется для построения кодирующих преобразователей перемещения в телемеханических системах и для ввода информации о перемещении в специализированные вычислители, работающие с широтно-импульсным или частотно-импульсным представлением информации.

Известен преобразователь, содержащий мостовую измерительную цепь, состоящую из двух ветвей, одна из которых содержит потенциометр, подвижной контакт которого кинематически связан с объектом перемещения, а другая широтно-импульсное управляемое сопротивление, усилитель напряжения разбаланса мостовой цепи и управляемый генератор выходных прямоугольных импульсов l X

Недостатком данного устройства является низкая точность преобразования. ВРЕМЕННОЙ СИГНАЛ

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в частотно-временной сигнал, содержащий мостовую измерительную цепь, два плеча которой выполнены соответственно в виде потенциометра, подвижной контакт которого кинематически соединен с объектом перемещения, и первого преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение, импульсный усилитель и управляемый генератор прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с верщинами диагонали питания мостовой измерительной цепи, а выход первого преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение соединен с первым входом импульсного усилителя введены второй

20 преобразователь частотно-временного сигнала в напряжение, развязываюошй усилитель, два o fнoпoлyпepиoдныx фазочувствительных выпрямителя, два обратных амплитудно-импульсных преобразователя и вычитатель, соединенный выходом со входом управляемого генератора прямоугольных импульсов, вход второго преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение через развязывающий усилитель подключен к подвижному контакту потенциометра, а выход второго преобразователя частот но-временного сигнала в напряжение соединен со вторым входом импульсного усилителя, выход которого соединен с первыми входами однополупериодных фазочувствительных вьтрямителей, вторые входы которых соединены с выходом управляемого генератора прямоугольных импульсов, а выходы соединены со входами обратных амплитудноимпульсных преобразователей, выходы которых соединены с соответствующими входами вычитателя, Кроме того, преобразователь частот но-временного сигнала в напряжение вьтолнен в виде каналов преобразования, содержащих фильтры верхних частот, однополупериодные выпрямители и развязывающие усилители, и суммирующего устройства, 1.ри этом вход пер вого фильтра верхних частот каждого канала соединен со входом канала, вход последующего фильтра верхних ча тот в каждом канале соединены с выходом развязывающего усилителя, а выход - со входом однополупериодного выпрямителя, выход которого соединен со входом развязывающего усилителя, выход последнего развязывающего усилителя соединен со входом суммирующего устройства, выход которого соединен с выходом преобразователя частотно-временного сигнала в напряжени На фиг. 1 представлена-функционал ная схема преобразователя; на фиг. 2 схема преобразователей относительной длительности прямоугольных импульсов в их амплитуду; на фиг. 3 - временные диаграммы работы преобразователя Преобразогатель (фиг.1) содержит мостовую измерительную цепь, состоящую из потенциометра 1, подвижной контакт которого кинематически связа с объектом преобразуемого перемещения Ч , и первого преобразователя 2 частотно-временного сигнала в напряжение U 3 . включенными как ветви моста, развязывающий усилитель 3, вто- js рой преобразователь 4 частотно-временного сигнала в напряжение и.импульсный усилитель 5, однополупериодные фазочувствительные выпрямители 6 и 7, обратные амплитудно-импульсные преобразобатели 8 и 9, вычитатель 10 и управляемый генератор 11 прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с вершинами мостовой цепи, относящимися к диагонали питания. Преобразователи 2 и 4 частотновременного сигнала в напряжение(фиг.2) состоят из каналов преобразования, содержащих последовательно включенные блоки, состоящие из последовательно соединенных фильтра 12-20 верхних частот, однополупериодного выпрямителя 21-29 и развязьтающего усилителя 30-35. Выходы каналов преобразования соединены со входами суммир пощего устройства 36, одновременно выполняющего функции развязывающих усилителей для выходных блоков. Преобразователь перемещения в частотно-временной сигнал работает следующим образом. Выходное напряжение UQ преобразователя используемое в качестве напряжения питания мостовой цепи, имеет форму прямоугольных импульсов длительностью tj следуюцих с периодом Т (фиг.З). При перемещениях подвижного контакта потенциометра изменяется амплитуда импульсов на его выходе, а следовательно, и величина U так что возникает импульсное напряжение разбаланса мостовой цепи с амплитудой и - U X я которое усиливается импульсным усилителем 5. Выходной сигнал импульсного усилителя 5 имеет вид двухполярного импульсного процесса ( ,3, в), в котором усиленная разность амплитуд и и «представлена алгебраической суммой амплитуд II и (J noложительных и отрицательных импульсов. Для преобразования этой алгебраической суммы в величину .постоянного напряжения, управляющего генератором П, применены элементы 6-10.Однополупериодные фазочувствительные выпрямители 6 и 7 разделяют выходной сигнал усилителя 5 на импульсы, соот- ветствуюпше по времени импупьсам и паузам выходного сигнала преобразователя, что при показанной на фиг. 3 фазе выходного сигнала усилителя 5 относительно фазы выходного сигнала преобразователя соответствует импульсным процессам, представленным иа фиг. 3 1 и д .Выходные импульсы выпрямителен 6 и 7 подаются на соответ ствующие обратные амплитудно-импульсные преобразователи 8 и 9, на выходах которых образуются постоянные напряжения, ч:оответствующкг по величине и полярности преобразуемым амплитудам импульсов. Эти разнополярные напряжения подаются на входы вычитат ля 10, с вьтхода которого снимается постоянное напряжение, пропорциональ но величине указанной алгебраической суммы и соответствующее ей по по лярности, которое воздействуя на управляемый генератор 1 1 , изменяет длительность или MacToty следования его выходных импульсов таким образом, чтобы восстановить равновесие мОста, т.е. равенство амплитуд д Так как u,(e где (J -амплитуда импульсов выходного напряжения UQ : 1(4) -функциональный закон изменения коэффициента передачи потенциометра 1 в за висимости от перемещения f, в- гг -относительная длительность импульсов преобразователя; f„СР)и (0)Функциональные характерис тики преобразователей 2 и 4 не равные и не пропорционал ные друг другу, то равенство УХ-U«/автократически поддерживаемое следящей системой преобразователя, соответствует получению характеристики преобразования устройства, определяемой зависимостью Ь121.ич,. Преобразователи 2 и 4 частотновременного сигнала в напряжение работают следующим образом, На каждый блок преобразователей 2 и 4 частотно-временного сигнала в напряжение, состоящий из последовательно соединенных фильтра верхних частот, однополупериодного выпрямителя и развязывающего усилителя,поступает последовательность однополярных импульсов напряжения, подобная выходному сигналу преобразователя (фиг. 3, а)J Фильтр верхних частот (например, 12) не пропускает постоянную составляющую этой импульсной последовательности, в результате чего на выходе фильтра имеет место двухполярный импульсный процесс(фиг ), в котором амплитуды положительных и отрицательных импульсов .соответственно равны ); и;--ик7--иквг где и к - амплитуда входных импульсов блока, причем на фиг. 3,е показаны процесс на выходе фильтров первых блоков каждой цепи преобразователя 2, для которых UK ш Зависимость амплитуд UJ и U (; от относительной длительности импульсов Q используется для получения преобразования относительной длительности импульсов в их амплитуду. Однополупериодный выпрямитель (например, 21) пропускает только импульсы одной полярности, и, следовательно, на его выходе восстанавливается однополярный импульсный процесс, но амплитуда импульсов на ьыходе пыпрямителя зависит от величины 6 в соответствии с одной из приведённых зависимостей, а развязывающий усилитель(например,30) служит для согласования выхода выпрямителя со входом последующих блоков или усилителя напряжения разбаланса. Соответственно для цепи, содержащей ки последовательно включенных блоков, фильтр верхних частот - однополупериодный выпрямитель - развязывакмций усилитель, где в каждом блоке выпрямите1 ь пропускает импульсы одной и той же полярности, получаем f,-(0) ( -е) или fi(©). а для цепи, содержащей и блоков с вьтрями телями, пропускающими положительные . импульсы, и р блоков с выпрямителями, пропускающими отрицательные импульсы, имеем i(6) (-8 )0Р. Характеристика преобразования преобразователей 2 и 4 частотно-временного сигнала в напряжение величины & в амплитуду импульсов определяется суммированием выражений для (&1 трех приведенных видов, чем обуславлл ваются широкие возможности получения pasjfflMHbJX нелинейных функций преобразования при помощи полиноминальной аппроксимации, а также в соответствии с характеристикой преобразования обеспечивается также возможность аппроксимации заданных функций преобразования перемещения if в относительную длительность импульсов др но-рациональным приближением функции, обратной заданной. Получение напряжения разбаланса в виде импульсного напряжения позволяет использовать в качестве усилителя напряжения разбаланса импульсный усилитель и тем самым снизить погрешность преобразования Формула изобретения 1. Преобразователь перемещения в частотно-временной сигнал, содержащий мостовую измерительную/цепь,дв плеча которой вьтолнены соответствен но в виде потенциометра, подвижной контакт которого кинематически соеди нен с объектом перемещения, и первого преобразователя частотно-временно го сигнала в напряжение, импульсный усилитель и управляемый генератор прямоугольных импульсов,выходы которого соединены с вершинами диаго нали питания мостовой измерительной цепи, а выход первого преобразователя частотно-временного сигнала в напр жение соединен с первым входом им пульсного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй преобразователь часто но-временного сигнала в напряжение, развязывающий усилитель, два однополупериодных фазочувствительных выпрямителя, два обратных амплитудноимпульсных преобразователя и вычитатель, соединенный выходом со входом управляемого генератора прямоугольных кг;пульсов, вход второго преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение через развязывающий уси литель подключен к подвижному контакту потенциометра, а выход второго преобразователя частотно-временного сигнала в.напряжение соединен со вторым входом импульсного усилителя,выход которого соединен с первыми входами однополупериодных фазочувствительных вьтрямителей, вторые входы которых - с выходом управляемого генератора прямоугольных импульсов, а выходы соединены со входами обратных амплитудно-импульсных преобразователей, выходы которых соединены с соответствукщими входами вычитателя. 2. Преобразователь по п.,о т л ичающийся тем, что преобразователь частотно-временного сигнала в напряжение выполнен в виде каналов преобразования, содержащих фильтры верхних частот, однополупериодные выпрямители и развязывакицие усилители, и суммирующего устройства, при этом вход первого фильтра верхних частот каждого канала соединен со входом канала, вход последующего фильтра верхних частот в каждом канале соединен с выходом развязывающего усилителя, а выход - со входом однополупериодного выпрямителя, выход которого соединен со входом развязывающего усилителя, выход последнего развязыванзщего усилителя соединен со входом суммирующего устройства, выход которого соединен с выходом преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Смолов В. Б. и Фомичев В, С. Аналого-цифровые и цифроаналоговые нелинейные вычислительные устройства Л., Энергия, 1974, с.162-168 (прототип),

II

II

CV4

rJ