Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения

Авторы патента:

H03K5/153 - устройства, в которых импульсы выдаются в момент времени, соответствующий наличию определенной характеристики входного сигнала или через определенное время после этого момента времени (коммутация при пересечении нулевого уровня H03K 17/13)

Владельцы патента RU 2541095:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения, управления и аварийной защиты. Достигаемый технический результат - повышение точности формирования импульсов для различных приложений за счет обеспечения перенастройки параметров устройства. Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения содержит компаратор, фильтр низкой частоты RC-типа, АЦП, два ЦАП, шунтирующий резистор, транзисторный ключ, центральный процессор, цифровой компаратор, сдвиговый регистр, таймер, при этом компаратор, транзисторный ключ, АЦП, оба ЦАП, центральный процессор, цифровой компаратор, сдвиговый регистр и таймер являются встроенными компонентами микроконтроллера. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения, управления и аварийной защиты, в состав которых входят датчики, вырабатывающие двухполярные сигналы, в частности индукционные датчики частоты вращения и расхода [1].

Известно устройство формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [2], состоящее из двух компараторов, инвертора, источника опорного сигнала, измерителей частоты и скорости изменения частоты, таймера.

Недостатком этого формирователя импульсов является достаточно высокая сложность, низкая надежность, обусловленная, в частности, недостаточной помехоустойчивостью в случае появления различного рода помех, действующих после снятия блокирования компараторов, отсутствие возможности перенастройки параметров формирователя импульсов пользователем.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство, реализующее способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [3]. Устройство содержит входной фильтр 1 низкой частоты, компаратор 6, первый ЦАП 2 в качестве источника напряжения смещения сигнала датчика, второй ЦАП 5 в качестве источника опорного сигнала компаратора 6, АЦП 3, центральный процессор (ЦП) 4 и транзисторный ключ Т. Компаратор 6, транзисторный ключ Т, АЦП 3, ЦАП 2, ЦАП 5 и ЦП 4 являются встроенными компонентами микроконтроллера 7. Отличительной особенностью этого устройства является квазипостоянный уровень амплитудного значения напряжения с датчика на выходе входного фильтра во всем диапазоне измеряемой частоты, плавающий уровень порогов срабатывания компаратора по отношению к уровню напряжения с датчика, возможность диагностирования входных цепей с датчика на наличие короткого замыкания и разрыва.

Недостатком этого формирователя импульсов является недостаточная точность формирования импульсов за счет отсутствия возможности перенастройки параметров пользователем, что не позволяет обеспечивать высокое качество обработки входного сигнала формирователем при изменении параметров формирователя для различных приложений.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности формирования импульсов для различных приложений за счет обеспечения перенастройки параметров формирователя импульсов пользователем.

Поставленная цель достигается тем, что в формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий компаратор, фильтр низкой частоты RC-типа, имеющий частоту среза, находящуюся в нижней области частотного диапазона формирователя, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП), шунтирующий резистор, транзисторный ключ и центральный процессор, причем выходы индукционного датчика соединены с входами фильтра низкой частоты, второй выход индукционного датчика соединен с выходом первого ЦАП, выход фильтра низкой частоты соединен с входом АЦП, первым входом компаратора и первым выводом шунтирующего резистора, второй вход компаратора соединен с выходом второго ЦАП, второй вывод шунтирующего резистора соединен с открытым стоком транзисторного ключа, исток которого соединен с общим выводом компаратора, АЦП и обоих ЦАП, выход АЦП, затвор транзисторного ключа, входы обоих ЦАП и выход компаратора подключены к центральному процессору, а компаратор, транзисторный ключ, АЦП, оба ЦАП и центральный процессор являются встроенными компонентами микроконтроллера, согласно предлагаемому изобретению в него введены цифровой компаратор, сдвиговый регистр и таймер, причем первый вход цифрового компаратора подключен к выходу АЦП, второй вход цифрового компаратора - к выходу центрального процессора, выход цифрового компаратора соединен с информационным входом сдвигового регистра, выход которого соединен с центральным процессором, второй вход тактирования сдвигового регистра соединен с первым выходом таймера, второй выход которого подключен к центральному процессору, а цифровой компаратор, сдвиговый регистр и таймер также являются встроенными компонентами микроконтроллера.

Введенные в схему формирователя импульсов цифровой компаратор, сдвиговый регистр и таймер совместно с центральным процессором представляют последовательный канал ввода настроечной информации в центральный процессор, что обеспечивает изменение настроечных параметров формирователя при преобразовании сигналов, имеющих различные выходные параметры и при различных параметрах помех.

Таким образом, предложенная совокупность признаков изобретения приводит к более точной настройке формирователя импульсов под фактические входные сигналы с датчика, что обеспечивает высокую точность измерения.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства формирователя импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения.

Устройство состоит из входного фильтра 1 низкой частоты, ЦАП 2 в качестве источника напряжения смещения сигнала датчика, АЦП 3, центрального процессора 4, компаратора 6, ЦАП 5 в качестве источника опорного сигнала компаратора 6, транзисторного ключа Т, цифрового компаратора 8, сдвигового регистра 9, таймера 10. При этом выходы индукционного датчика соединены с входами фильтра 1 низкой частоты, второй выход индукционного датчика соединен с выходом первого ЦАП 2. Выход фильтра 1 низкой частоты соединен с входом АЦП 3, первым входом компаратора 6 и первым выводом шунтирующего резистора R_Ш. Второй вход компаратора 6 соединен с выходом второго ЦАП 5. Второй вывод шунтирующего резистора R_Ш соединен с открытым стоком транзисторного ключа Т, исток транзисторного ключа Т соединен с общим выводом компаратора 6, АЦП 3 и обоих ЦАП 2, 5, затвор транзисторного ключа Т подключен к центральному процессору 4. Выход АЦП 3 подключен к входу центрального процессора 4 и первому входу цифрового компаратора 8, второй вход которого соединен с центральным процессором 4. Выход цифрового компаратора 8 соединен с информационным входом сдвигового регистра 9, выход которого соединен с центральным процессором 4. К входу тактирования сдвигового регистра 9 подключен первый выход таймера 10. Выход компаратора 6 и второй выход таймера 10 подключены к центральному процессору 4. Компаратор 6, транзисторный ключ Т, ЦАП 2, АЦП 3, центральный процессор 4, ЦАП 5, цифровой компаратор 8, сдвиговый регистр 9 и таймер 10 являются встроенными компонентами микроконтроллера 7.

Работает устройство следующим образом. После подачи на него питания оно настраивается на режим приемника настроечных параметров формирователя. При этом от внешнего последовательного передатчика через положительный вход формирователя передаются в последовательном формате настроечные параметры преобразователя с предшествующим маркерным байтом. АЦП 3 преобразует уровень входного сигнала в цифровой код и подает его на первый вход цифрового компаратора 8. На втором входе цифрового компаратора 8 центральный процессор 4 устанавливает постоянный код, равный половине размаха входного сигнала от последовательного передатчика. Результат сравнения пришедшего сигнала с постоянным уровнем сдвигается в сдвиговом регистре 9 по тактовым сигналам таймера 10 и после приема 8 бит считывается в центральном процессоре 4. В том случае, если первый байт отличается от маркерного, то устройство переходит в основной режим работы. После приема верного маркерного байта принимаются и запоминаются байты настроечных параметров формирователя.

В основном режиме работы устройство функционирует как формирователь импульсов. При этом ЦАП 2 в качестве источника напряжения смещения сигнала датчика формирует напряжение смещения на выходных обмотках датчика, обеспечивая при любом уровне выходного сигнала датчика положительный уровень потенциала на входах АЦП 3 и компаратора 6. АЦП 3 измеряет напряжение на выходе фильтра 1 и передает коды напряжения в центральный процессор 4, который посредством ЦАП 5 формирует уровни опорного напряжения для компаратора 6 и определяет состояние входных цепей с датчика. В начале фазы подъема выходного сигнала фильтра 1 порог гистерезиса компаратора 6 является высоким, затем после достижения выходного сигнала фильтра 1 уровня высокого порога компаратор 6 срабатывает, и порог гистерезиса меняется центральным процессором 4 на низкий. В фазе снижения выходного сигнала фильтра 1 компаратор 6 срабатывает после достижения этим сигналом уровня низкого порога, после чего центральный процессор 4 подает на опорный вход компаратора 6 посредством ЦАП 5 высокий уровень порога гистерезиса. Величины порогов гистерезиса определяются по значениям напряжения, измеряемого АЦП 3.

В режиме диагностики входных цепей с датчика транзисторный ключ Т открывается и формируется измерительная цепь из последовательно включенных активного сопротивления обмотки датчика R_Д, сопротивления фильтра R_Ф, шунтирующего сопротивления R_Ш. Цепь запитывается напряжением U_СМ, формируемым ЦАП 2. По величине напряжения U_Ш на шунтирующем сопротивлении R_Ш, измеряемом АЦП 3, центральный процессор 4 определяет состояние входных цепей датчика. В случае исправных входных цепей напряжение U_Ш будет равно: U_Ш=U_СМ·R_Ш/(R_Д+R_Ф+R_Ш). При разрыве входных цепей ток по шунтирующему сопротивлению R_Ш не протекает, и напряжение U_Ш будет равно нулю. При коротком замыкании входных цепей U_Ш будет равно: U_Ш=U_СМ·R_Ш/(R_Ф+R_Ш).

Таким образом, введение в устройство цифрового компаратора, сдвигового регистра и таймера формирует последовательный канал ввода настроечной информации в центральный процессор, что позволяет изменять настроечные параметры формирователя при преобразовании сигналов, имеющих различные выходные параметры и при различных параметрах помех и тем самым обеспечивает высокую точность измерения.

Источники информации

1. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник. / Под общей редакцией Ю.Н. Коптева. Том 1, М.: издательское предприятие журнала «Радиотехника», 1998 г., 52 с.

2. RU патент №2399154, C1, Н03К 5/153, G01R 23/02, Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения. Опубл.: 10.09.2010 г.

3. RU патент №2458459, C1, Н03К 5/00, Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения. Опубл.: 10.08.2012 г.

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий компаратор, фильтр низкой частоты RC-типа, имеющий частоту среза, находящуюся в нижней области частотного диапазона формирователя, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП), шунтирующий резистор, транзисторный ключ и центральный процессор, причем выходы индукционного датчика соединены с входами фильтра низкой частоты, второй выход индукционного датчика соединен с выходом первого ЦАП, выход фильтра низкой частоты соединен с входом АЦП, первым входом компаратора и первым выводом шунтирующего резистора, второй вход компаратора соединен с выходом второго ЦАП, второй вывод шунтирующего резистора соединен с открытым стоком транзисторного ключа, исток которого соединен с общим выводом компаратора, АЦП и обоих ЦАП, выход АЦП, затвор транзисторного ключа, входы обоих ЦАП и выход компаратора подключены к центральному процессору, а компаратор, транзисторный ключ, АЦП, оба ЦАП и центральный процессор являются встроенными компонентами микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введены цифровой компаратор, сдвиговый регистр и таймер, причем первый вход цифрового компаратора подключен к выходу АЦП, второй вход цифрового компаратора - к выходу центрального процессора, выход цифрового компаратора соединен с информационным входом сдвигового регистра, выход которого соединен с центральным процессором, второй вход тактирования сдвигового регистра соединен с первым выходом таймера, второй выход которого подключен к центральному процессору, а цифровой компаратор, сдвиговый регистр и таймер также являются встроенными компонентами микроконтроллера.

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения // 2490787

Способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения // 2465721

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения // 2461121

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения // 2459351

Способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения // 2439791

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения // 2400929

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения // 2399154

Способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения // 2399153

Способ формирования меток времени и устройство для его реализации // 2391773

Изобретение относится к вычислительной и импульсной технике и может быть использовано в системах, использующих программно-временные устройства. .

Способ и устройство для измерения частоты вращения // 2586825

Использование: для измерения частоты вращения. Сущность изобретения заключается в том, что проводят дискретизацию сигнала датчика частоты вращения, выделение его колебательных составляющих (мод) и нахождение колебательной составляющей с максимальной амплитудой, по частоте которой определяют частоту вращения. Технический результат: повышение помехоустойчивости. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для клиппирования знакопеременных сигналов // 2601829

Изобретение относится к радиотехнике, служит для преобразования аналоговых знакопеременных сигналов в прямоугольные импульсы. Технический результат состоит в получении импульсов неискаженной длительности в отсутствии помех и снижении искажений импульсов при наличии помех, поскольку устройство обеспечивает отсутствие гистерезисной характеристики. Устройство состоит из трех компараторов, трех триггеров и логического элемента И. Выход первого компаратора соединен с тактовым входом D-триггера, D-вход которого является входом фиксированного уровня логической единицы, выход второго компаратора соединен с обнуляющими входами первого и второго RS-триггеров, установочный вход первого RS-триггера соединен с выходом третьего компаратора, прямой вход которого подключен ко входу устройства, установочный вход второго RS-триггера соединен с выходом элемента И. Первый вход которого соединен с выходом первого RS-триггера, а второй вход - с инверсным выходом первого компаратора, выход второго RS-триггера соединен с обнуляющим входом D-триггера. Инвертирующий вход первого компаратора является входом первого порогового напряжения, инвертирующий вход третьего компаратора является входом второго порогового напряжения, прямой вход второго компаратора является входом третьего порогового напряжения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство с обратной связью для клиппирования знакопеременных сигналов (варианты) // 2607934

Изобретение относится к радиотехнике, служит для преобразования аналоговых знакопеременных сигналов в прямоугольные импульсы и может быть использовано при построении цифровых средств обработки сигналов и измерении их параметров. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит главным образом в возможности получения импульсов неискаженной длительности в отсутствие помех и снижения искажений импульсов при наличии помех. Особенностью устройства является наличие задержанной обратной связи, позволяющей блокировать появление коротких ложных импульсов в окрестности фронтов формируемых импульсов. При этом формирование переднего фронта выходного импульса происходит строго в момент первого пересечения сигналом нулевого уровня при переходе от отрицательных значений к положительным, а заднего - при переходе от положительных значений к отрицательным при условии, что напряжение на входе превысило порог возможных помех. Основу устройства составляют два компаратора, два триггера и элемент задержки, в упрощенной версии - один компаратор, один триггер и элемент задержки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Высокочувствительный амплитудный детектор // 2639942

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения уровней помех и импульсных электромагнитных сигналов. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности, линейности и расширении динамического диапазона амплитудного детектора. Технический результат достигается за счет высокочувствительного амплитудного детектора, содержащего колебательный контур, первый диод, гридлик, два параллельно расположенных резистора, второй диод, третий диод, генератор тока, фильтр нижних частот, первый повторитель, сумматор-инвертор и второй повторитель. 1 ил.

Асинхронный пиковый детектор // 2646371

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат заключается в повышении надежности асинхронного пикового детектора в режиме разряда запоминающих конденсаторов. Асинхронный пиковый детектор содержит аналоговый вход (1) и аналоговый выход (2), первый (3) прецизионный выпрямитель, первый (6) запоминающий конденсатор, второй (7) прецизионный выпрямитель, второй (10) запоминающий конденсатор, первый (11) электронный ключ, второй (12) электронный ключ, управляющий генератор импульсных сигналов (17), первый (18) согласующий каскад, второй (19) согласующий каскад, причем в качестве первого (18) и второго (19) согласующих каскадов используются соответствующие дополнительные прецизионные выпрямители (18) и (19), выходы которых (20) и (21) соединены с аналоговым выходом устройства (2), причем первый (11) и второй (12) электронные ключи обеспечивают выключение первого (3) и второго (7) прецизионных выпрямителей на время разряда первого (6) и второго (10) запоминающих конденсаторов. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.