Фазовый дискриминатор сигналов сквт-датчика

 

СОЮЗ СОБЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

14 (21) 4625821/09 (22) 26,12,88 (46) 30.04.91. Бюл. М 16 (72) Б. С, Абезгауз, Б. М, Рафалькес и M. Л. Шипяцкий (53) 621.376.55(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 960722, 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 Ы„» 1645982 A l (si)s G 08 С 19/38, G 05 В 1/11, Н 03 D 13/00 изобретения заключается в том, что напряжение с синусной и косинусной обмоток синусно-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 фаэ и до следующего изменения фазы сохраняется, что обеспечивает надежную работу устройства.

2 з.п. ф-лы. 3 ил.

1645982

Изобретение относится к области приборостроения, конкретно к средствам автоматики и может быть использовано для ввода в вычислитель аналоговой информации при использовании в качестве датчика 5 синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ), определения знака синусной и косинусной функций в зависимости от угла поворота ротора ГКВТ и формирования в зависимости от этого дву- 10 полярных напряжений, Цель — повышение надежности, обеспечение возможности определения знака изменения фазы, На фиг. 1 представлена функциональ- 15 ная схема фазового дискриминатора сигна лов СКВТ-датчика; на фиг. 2 — схема управляемого инвертора; на фиг. 3 временная диаграмма работы фазового длскриминатора. 20

Фазовый дискриминатор (фи . 1) содер;кит входы 1-3, первый, второй и тре-.ий компараторы 4 -б, первый и второи элементы И-НЕ 7, 8, первый и второй кольцевые счетчики 9, 10, преобразователь I1 пере- 25 менного напряжения в постоянное (ППП), первый и второй управляемые инверторы

12, 13, выход 14 синусного и выход 15 косинусного напряжений.

Управляемый инвертор 12 (13) содержит 30 (фиг. 2) первый 16 и второй 17 ключи, алгебраический сумматор содержит четыре резистора 18, 19, 20, 21, операцио,ный усилитель 22.

На временной диаграмме (фиг. 3) обоз- 35 начено: а — напряжение на входе CKUT; б— напряжение на вх,>де 1 на первом (сину ном) выходе СКВТ; в — импульсы на выход. компараторэ 4, г — импульсы на выходе ксм паратора 6; д — импульсы на выходе злемен- 10 та И-НЕ 7; е, ж, з — импульсы на первом, втором и третьем выходах перво,о кольцевого счетчика 9; и — напряжение на выходе

14; к — напряжение на выходе 15.

Фазовый дискриминатор работает спедущим образом.

На выходах СКВТ-датчика формируются и поступают на вход 1 и вход 2 фазового дискриминатора напряжения U> и 02: 50

U 1 = 0 .yacc Slfl 0> t SI. A а, Lfg = Имака Sif1 Ы t COS а, (1) где а — угол поворота ротора СКВ f; и = 2Z f — круговая частота;

f — частота питающего ГКВТ напряжения; 55 смаке — максимальное значение амплитуды переменного напряжения нэ выходах

СКВТ.

Компарэторы 4, 5. 6 представляют собой нуль-органы, определяющие моменты перехода напряжений на ик вкодах через нуль.

Компаратор 4, соединенныи с первым (синусным) выкодом СКВТ,определяет переход через нуль синусного напряжения, формируя при этом прямоугольные импульсы типа "меандр"!см. фи . 3 а, б, s). При этом скачек фазы происходит при переходе из второго в третий и из четвертог о в первый к вздранты.

Компарэтор б,соединенный с вторым (косинусным) выходом СКВТ,определяет переход через нуль косин,сного напряжения, формируя "меандр" Для компаратора 6 справедливы временные диаграммы фиг. 3. графики э, б, в(только cKý÷åê фазы Кос íóñного напряжения происходит при переходе из г,ервого во второй и из третьего в четвертый квадрант .,).

Компаратор 5, соединенныи с влодпм 3, определяет i.oðeõoä через нуль питающего

C!:ВТ напряжения. формируя прямоугольные импульсы типа "меэндр" (см. фиг, 3, г).

Элементы И-НЕ 7, 8 предназначены для обнаружения совпадения импульсов на выходах сooòветстэенно компараторов 4, 6 с импульсами на выходе компарэтора 5, то есть д.,я определения совпадения фаз нг первом и втором ьы".одах СКВТ с фазой питающего СКВТ i;àïðÿæåíèÿ, При совпадении фазы синусного напряжения с питающим (cfn. фиг. 3 а, б) импульсы на первом и втором входах первого элемента И-НЕ

7 также "..овпадэют, и нэ его выходе формируется импульс (см. фиг. 3.1, гра< ики в, r, д), при несовпадении фаз — импульсы на выходе элемечта И-НЕ 7 отсутствуют (см. фиг.

3.2, график д).

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 совпадает л третьем и четвертом квэдрантах (см. фиг-. 3.2, рафики а, б). Анагогично для косинусного напряжения фазы совпадают в первом и че1вертом квадрантах и не со падают во втором и третьем квадрант .х

Импульсы с выхо,1:a злементоз И-НЕ 7, 8, соединенных соответственно с R-входами кольцевых счетчиков 9, 10, у анавливают зти счетчики в нулевое сос1ояние. Выход компаратора 4 соединен также с С-входами кольцеBsfK c етчи кое 9, 10, Po KOTopblM в счетчики записывается информация.

Кольцевые счетчики 9, 10 имеют три выхода третий выход каждого счетчика соединен 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" состояние). Переход кольцевого счетчика из нулевого состояния в единичное (при изменении фазы) происходит после второго подтверждающего импульса на С-входе, что обеспечивает схеме повышенную помехоустойчивость 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 зависимости 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 вторым — 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 входом алгебраического сумматора и через резистор 21 с выходом ОУ, являющимся выходом управляемого инвертора.

При отсутствии сигнала на управляющем входе инвертора операционный усили5

55 тель 22 вклю ен в неинвертирующем режи-. ме. 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 59ОКН4.

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 а 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). Пры повороте ротора СКВТ в пределах первого квадранта (Π— 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 3), 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 CKBT в постоянное однополярное напряжение, пропорциональное синусу угла поворота

CV.BT.

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 компараторами 4 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

1645982 кольцевом счетчике 9 нулевой уровень, а на втором его выходе — единичный уровень (cM. 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 э). 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 иэ компаратора 6, элемента ИНЕ 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 эа счет фиксации этого не по первому, а по второму импульсу на С-входе кольцевого счетчика, а также за счет циклического подтверждения состояния кольцевого счетчика.

Формула изобретения

1. Фазовый дискриминатор сигналов

СКВТ-датчика, содержащий последовательно соединенные первые элемент фиксации изменения фазы и инвертор и вторые элемент фиксации изменения фазы и инвертор, а также первый элемент И-НЕ, о т л и ч а ю щ и й5

45 с я тем, что, с целью повышения надежности и обеспечения воэможности определения знака изменения фазы, в него введены преобразователь переменного напряжения 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 ИНЕ, 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-НŠ— к установочным входам первого и второго элементов фиксации изменения фазы соответственно, выходы которых подключены к собственным разрешающим вхо дам, 2. Дискриминатор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что первый и второй инверторы содержат алгебраический сумматор, вычитающий вход которого является информационным входом инвертора и подключен к первому выводу первого ключа. второй вывод которого подключен к первому суммирующему входу алгебраического сумматора, к второму суммирующему входу которого подключен первый вывод второго ключа, второй вывод которого подключен к общей шине, управляющие входы первого и второго ключей являются входом инвертора.

3. Дискриминатор по и. 1. о т л и ч à ешийся тем, что элемент фиксации изменения фазы выполнен в виде кольцевого счетчика.

1645982

@ue 3

Составитель В.Полякова

Техред М.Моргентал Корректор A,Îñàóëåíêî

Редактор Н.Коляда

Заказ 1553 Тираж 336 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101