Преобразователь параметров индуктивного датчика

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения параметров индуктивных датчиков неэлектрических величин . Целью изобретения является расширение функциональных возможночтей. 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 одновибраторов, трех блоков выборки-хранения , второго компаратора, двух блоков сложения по модулю два, двухполупериодного выпрямителя, двух фазочувствительиых 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л 6 01 R 27!00! 1!ГЧ3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMNTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4660499/21 (22) 09 03 89 (46) 15.09.91. Бюл. N 34 (71) Пензенский политехнический институт (72) А,И,Мартяшин, И.Н.Фролов, В.И.Чернецов, Л!Г.Когельман, В.А.Сенаторов и В.Н.Онищенко (53) 681.327.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 1076843, кл. G 01 R 27/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1575129, кл. G 01 R 27/00; 1988, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ6 ПАРАМЕТРОВ

ИНДУКТИВНОГО ДАТЧИКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения параметров индуктивных датчиков неэлектрических величин. Целью изобретения является расширение функциональных возможночтей. Преобразователь содержит сумматор, компаратор, блок выборки-хранения, два

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для дистанционного измерения параметров индуктивных датчиков незлектрических 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 прямоÄÄ5UÄÄ 1677658 А1 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 одновибраторов, трех блоков выборки-хранения, второго компаратора, двух блоков сложения по модулю два, двухполупериодного выпрямителя, двух фазочувствительных 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 сумме значений индуктивности датчика и линии связи, по которым и определяется значение индуктивности датчика. 3 ил. угольных импульсов, источник 2 опорных напряжений, первый триггер 3, третий переключатель 4, делитель 5 частоты, второй переключатель б, делитель 7 напряжения, интегратор 8, датчик 9, первый переключатель 10, линию 11 связи, опорный резистор

12 (Ro), 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 фазочувствительный выпрямитель 24, элемент НЕ 25, второй

1677658 (5) блок 26 сложения по модулю два, второй 27 фаэочувствительный выпрямитель, третий

28 и четвертый 29 блоки выборки-хранения, вычитающий блок 30, фильтр 31 нижних частот. 5

Преобразователь работает следующим образом. После включения питания триггеры 3 и 23 устанавливаются в нулевое состояние. Генератор 1 прямоугольных импульсов формирует импульсы с частотой 10

fo, которая поступает на счетный вход триггера 3 и делится пополам

y =pC+ — ——

pL+R з = fo/2, + — exp j — — (t — tî)) (г R г (6) 15

t то+(5 — 6) —, L

R т5 = тз/ ч (2) Это напряжение поступает на входы

3р компараторов 18 и 19, где сравнивается с напряжениями 01 и 02, следующими с делителя 7 напряжения, полярность сигналов 01 и U2 зависит от полярности напряжения на выходе переключателя 4. Когда 01з становится балыке 01, срабатывает компаратор

19, а если U13 > 02 срабатывает компаратор

18, Напряжение на выходе усилителя. 13 в момент времени 12 срабатывания компаратора 19 определяется выражением

Uo Ro к 2 1о 1

01з = 02 = — — (С+ — — ) ° (8)

Я „2) е

Блок 21 сложения формирует сигнал

45 длительностью Лт, которая пропорциональна й:

Л т = t2 - т1. (9) (3) Uo

0в = — — (t — to), 50 Так как

55 где f3 — частота на выходе триггера 3.

Двухполярный источник 2 опорных напряжений подает на входы третьего переключателя 4 два напряжения с амплитудами

-Uo и +Uo. Переключателем 4 управляет триггер 3. На выходе переключателя 4 формируется знакопеременное напряжение с амплитудой Uo и частотой f3, Сигнал с первого триггера 3 поступает на делитель 5 частоты. Напряжение на выходе делителя 5 частоты, имеющее частоту где N — коэффициент деления делителя 5 частоты, и скважность, управляет работой переключателя 10, блоков 28 и 29 выборкихранения. 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 эакорочен. Через переключатель 6 на вход интегратора 8 поступает напряжение Uo. Ha выходе интегратора 8 формируется сигнал где - постоянная времени интегратора 8 (c).

При этом на выходе усилителя 13 напряжение описывается выражением

01з = -05Roy, (4) где у — проводимость линии 11 связи. Проводимость линии 11 связи определяется следующим образом где R, L, С вЂ” активное сопротивление, индуктивность и емкость линии 11 связи; р — оператор преобразования Лапласа.

Таким образом, напряжение на выходе усилителя 13

— UoRo C t — 4 L

01з

После окончания переходного процесса, когда экспоненциальной составляющей можно пренебречь, т.е. когда напряжение на выходе усилителя 13

Un= (с+ " ). (7)

R т1 = 1, + R (— — С + — ) (1 О) . 01t L (Uo Ro R2) и t2=tp+R (— С+ — ),(11) 0гг (О К R2) то

Лt= R, Îý Ro (12) 1677658 где ЛU = 02- U1. (13)

По отрицательному фронту импульса блока

21 сложения переключается триггер 23. Сигнал на выходе блока 26 сложения становится равен О. В результате переключатель 6 5 подает напряжение, равное О, на вход интегратора 8, на выходе которого формируется постоянный сигнал или

2L — +

R2 (20) I0

В момент времени (t = т4):

UB = — (t2 1о) .

Uo г (14) (21) 15

Фиксация напряжения 01з в момент времени t4 происходит в блоке 17 выборкихранения по сигналу, приходящему с одновибратора 15, который срабатывает по

20 заднему фронту сигнала с генератора 1 прямоугольных напряжений. Напряжение в блоке 17 выборки-хранения определяется выражением

Uo Ro t2 <о (15) или (16) 25

U17 = U13 (t4) = 02—

UoRp г

R2 гс- — . (22) Напряжения 016 и U12 поступают на

30 сумматор 20, который осуществляет алгебраическое сложение входных сигналов с разными весовыми коэффициентами. На выходе сумматора 20

0

R2 (24) 55

1 тЛ0 К1Л0 1

" 0о Ro (19) Напряжение на выходе усилителя 13 после окончания переходного процесса в момент времени t > t2

Uu =Uz — (С вЂ” — ) В момент времени сз в блоке 16 выборкихранения 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 и1е= 01е(ег) = Uz — (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 -U0, сигнал на выходе которого описывается выражением

0в = — (t — (t2 — tp) ) (18)

Напряжение на выходе усилителя 13 при t т4 примЕт вид

01з =0г—

0о о < L <

/ С

Ф вЂ” — С+

L4 В. г — 4 — — + — x х R R2 R2

0о Ro t — t4

01з = 0г — — 2С+— т R

+ — exp (— — Iz — ц))

L г R г

01з =0г — — (гс — —

0o Ro г

020 = 2016 — U17 + 02. (23) На интервале времени от t5 до tB (ht) напряжение на выходе сумматора 20

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

024 = K1 f 020 cft

K1 Uo Ro х

1.1 где К1 — коэффициент пропорциональности фазочувствительного выпрямителя 24 (I/с).

1677658

40

Выходное напряжение фаэочувствительного выпрямителя 27 б К 0

027 =К2 ) 024от= — — — — — х

Я

„Кгт Л0 К i<2huг г

Uo Ro Uo Ro где Кг — коэффициент пропорциональности фазочувствительного выпрямителя 27 (1/с);

U27 Однозначно Определяется икдук-! тивкость о ликии 11 cBR3N.

В следующем полупериоде -частоты тэ в преобразователе осуществляются преобразования, аналогичные рассмотренным. Однако в этом случае напряжение на выходе фазочувствительного выпрямителя 27 где Lx — индуктивность датчика 9, Напряжение 027 в этом случае пропор

И ционально 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 выборких ранения — 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 + Я. Эти сигналы поступают на входы вычитающего блока 30. Постоянная составляющая напряжения на выходе вычитающего блока 30 пропорциональна индуктивности датчика 9 г 02 г

030 — 029 028 = -х (28)

Uo o

Фильтр 31 нижних частот осу.цествляет сглаживание высокочастотных составляющих напря>кения 0зо.

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 фаэочувствительных выпрямителей 24 и 27,приведена на фиг. 3.

Ключ в течен . времени прохождения импульса на управляющем входе открывается, интегратор интегрирует входное напряжение 0 . В конце периода интегрирования напряжение на выходе фаэочувствителького выпрямителя определяется вь! ражением

Ч+1

0 = К (0вх (t) dt, (29) где (tI - т1+1) — интервал времени интегриро,вания;.

К вЂ” коэффициент пропорциональности (-" /с), Это напряжение остается неизменным 4 ro появления следующего управляющего импульса, по положителькому фронту которого при помощи одновибратора осуществляется сброс напря>кения на интеграторе.

Далее процесс повторяется

Формула изобретения

Преобразователь параметров индуктивного датчика, содержащий сумматор, первый компаратор, первый блок выборкихранения, первый и второй переключатели, линию связи, усилитель постоянного тока, опорный резистор, интегратор и две клеммы 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

35. переключателя и второй клеммой для подключения датчика, первый выход ликии связи соединен с инверсным входом усилителя постоянного тока и через опорный резистор с выходом усилителя постоянного тока, выход второго переключателя через интегратор соединен с вторым выходом линии связи, первый вход второго переключателя соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены генератор прямоугольных импульсов, два триггера, источник опорных напряжений, третий переключатель, делитель частоты два одновибратора, три блока выборки — хранения,второй компаратор,два блока сложе- ния по модулю два, „двухполупериодный выпрямитель, два фазочувствительных выпрямителя, элемент НЕ, вычитающий блок, делитель напряжения, фильтр нижних.частот, причем выход генератора прямоугольных импульсов через первый и второй одновибраторы соединен соответственно с управляющими входами первого и второго блоков выборки-хранения, и через первый, с триггер и делитель час1оты соединен с уп1б77658

10 рааляющими входами первого переключателя, третьего блока выборки-хранения и через элемент HE соединен с управляющим входом четвертого блока выборки-хранения, прямой входусилителя постоянного то- 5 ка 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 пер- 10 вый и второй блоки выборки-хранения соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого через последо вательно включенные двухполупериодный выпрямитель, первый, второй фазочувстви- 15 тельные выпрямители, третий блок выборки-хранения соединен с первым входом вычитающега блока, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства, вы- 20 ход первого блока сложения по модулю два через второй триггер соединен с первым входом блока сложения по модулю два, выход которого соединен с управляющим входом второго переключателя. первый и второй выходы источника опорных напряжений соединены соответственно с первым и BTQ рым входами третьего переключателя, выход которого соединен с входом делителя напряжения и вторым входом второго переключателя, выход первого триггера соединен 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 nepaoro и второго фазочувствительных выпрямителей, выход второго фазочувствительного выпрямителя через четвертый блок выборки-хранения соединен с вторым входом вычитающего блока.

1677658

U)

Vg

Uq и, u„

Ц

-Ui 2

Up)

23 гг

Uf и, UJ7

1677658

ixOB

Вход

Составитель В,Чеботова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Шевкун

Редактор Н,Химчук

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

Заказ 3113 Тираж 396 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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