Преобразователь напряжения в частоту импульсов



Преобразователь напряжения в частоту импульсов
Преобразователь напряжения в частоту импульсов
Преобразователь напряжения в частоту импульсов
Преобразователь напряжения в частоту импульсов

 


Владельцы патента RU 2546074:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) (RU)

Изобретение относится к области автоматики и может использоваться при автоматизации технологических процессов. Достигаемый технический результат - повышение надежности преобразования напряжения в частоту импульсов путем диагностирования полярности подключения его выходных клемм к приемнику информации. Преобразователь напряжения в частоту импульсов содержит последовательно включенные источник входного сигнала, амплитудный модулятор, первый сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора и подключен к второму входу амплитудного модулятора, шину нулевого потенциала, выходную клемму, последовательно включенные форсирующее звено, демодулятор и второй сумматор, причем вход форсирующего звена соединен с выходом релейного элемента, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом демодулятора, а выход сумматора подключен к выходной клемме. 4 ил.

 

Изобретение относится к области элементов систем автоматики и может использоваться при автоматизации технологических процессов для преобразования напряжения или тока в частоту импульсов.

Известен частотно-широтно-импульсный преобразователь (ЧШИП), содержащий интегратор, релейные элементы, оптоэлектронные ключи, фильтр (А.с. 1141424 СССР, G06G 7/12. Развертывающий операционный усилитель / Цытович Л.И., Дегтярев В.А., Рахматулин P.M. и др. (СССР). - №3563903/24; заявлено 17.03.83; опубл.23.02.85, бюл. №7).

Недостатком устройства является нелинейность его статической характеристики «аналоговый входной сигнал - частота выходных импульсов», а также отсутствие в его составе канала диагностирования, позволяющего определить полярность подключения выходных клемм устройства к приемнику его выходного сигнала.

Известен ЧШИП интегрирующего типа, содержащий сумматоры, интеграторы, усилители постоянного тока, формирователи импульсов управления, вентильные каскады, релейный элемент, входные и выходные клеммы (А.с. 873374 СССР, Н02Р 13/16. «Устройство для импульсно-фазового управления вентильным преобразователем» / Гафиятуллин Р.Х., Суворов Г.В., Цытович Л.И и др. (СССР). - №2680999/07; заявлено 02.11.78; опубл. 15.10.81, бюл. №38).

Недостатком данного устройства также является отсутствие в его составе канала диагностирования, позволяющего определить полярность подключения выходных клемм к приемнику выходного сигнала.

Известно устройство (а.с. №1145350 СССР, G06G 7/12, «Развертывающий операционный усилитель с непрерывным контролем» / Л.И. Цытович - 1985, бюл. №10), содержащее частотно-широтно-импульсный преобразователь с системой пассивной динамической диагностики, контролирующей наличие автоколебательного процесса в системе, реализованной на интеграторе, релейном элементе, пропорционально-дифференцирующем звене, демодуляторе, ключевом элементе с зоной нечувствительности.

Данное устройство отличается простотой технической реализации контура диагностики, однако этот контур не в состоянии диагностировать полярность подключения устройства к объекту управления.

По составу функциональных блоков и связям между ними наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство «Преобразователь углового перемещения в частоту» (а.с.№960886 СССР, G08C 9/04, Н03С 3/18, Л.И. Цытович, 1982, бюл. №35).

Устройство содержит вращающийся трансформатор, релейный элемент, резисторы. Вращающийся трансформатор выполняет одновременно три функции: амплитудного модулятора, сумматора и «интегратора». Фактически данная структура может быть представлена в виде последовательно включенных амплитудного модулятора, сумматора, интегратора и релейного элемента, выход которого соединен со вторым входом сумматора и подключен к выходной клемме устройства, что полностью повторяет основной канал преобразования в предлагаемом преобразователе напряжения (тока) в частоту импульсов (ПНЧ).

Недостатком устройства-прототипа также является отсутствие в его составе канала диагностирования, позволяющего определить полярность (фазу) подключения выходных клемм к приемнику сигнала.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении надежности преобразователя напряжения в частоту импульсов за счет диагностирования полярности подключения его выходных клемм к приемнику информации.

Преобразователь напряжения в частоту импульсов содержит последовательно включенные источник входного сигнала, амплитудный модулятор, первый сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора и подключен ко второму входу амплитудного модулятора, шину нулевого потенциала, выходную клемму, и отличается от известного устройства тем, что в него введены последовательно включенные форсирующее звено, демодулятор и второй сумматор, причем вход форсирующего звена соединен с выходом релейного элемента, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом демодулятора, а выход сумматора подключен к выходной клемме.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в ПНЧ введены последовательно включенные форсирующее звено, демодулятор и второй сумматор, причем вход форсирующего звена соединен с выходом релейного элемента, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом демодулятора, а выход сумматора подключен к выходной клемме. Тем самым намеренно искажается форма выходного сигнала ПНЧ. В случае правильного подключения ПНЧ к объекту это искажение обнаруживается системой диагностирования.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

Фиг.1 - функциональная схема предлагаемого устройства;

Фиг.2 - пример подключения ПНЧ к объекту управления и один из возможных вариантов контура диагностирования;

Фиг.3 - временные диаграммы сигналов ПНЧ без учета вносимых искажений;

Фиг.4 - временные диаграммы сигналов ПНЧ с учетом вносимых искажений.

В состав ПНЧ (фиг.1) входят амплитудный модулятор 1, первый 2 и второй 3 сумматоры, интегратор 4, релейный элемент 5, форсирующее звено 6, демодулятор 7, входная клемма 8, выходная клемма 9, шина нулевого потенциала 10. Перечисленные звенья в совокупности образуют ПНЧ 11.

На фиг.2 показано подключение ПНЧ 11 к объекту 12, имеющему систему управления 13 с входными клеммами 14, 15, и канал диагностирования, выполненный, например, на основе последовательно включенных ключевого элемента 16, счетного триггера 17, фильтра 18 для выделения переменной составляющей сигнала с выхода триггера 17, двухполупериодного демодулятора 19 и светодиодного индикатора 20.

Перечисленные элементы имеют следующие характеристики.

Амплитудный модулятор 1 формирует на выходе переменный сигнал с амплитудой, равной амплитуде входного сигнала на клемме 8, и с частотой выходных импульсов релейного элемента 5.

Сумматоры 2, 3 выполнены с единичным коэффициентом передачи по каждому из входов.

Интегратор 4 реализует передаточную функцию вида W(p)=1/Tp, где Т - постоянная времени. Знак выходного сигнала интегратора 4 инвертирован по отношению к знаку выходного сигнала сумматора 2.

Релейный элемент 5 имеет неинвертирующую петлю гистерезиса с порогами переключения ±b. Его выходной сигнал меняется дискретно в пределах ±А.

Форсирующее звено 6 формирует импульсы малой длительности синхронно с изменением знака выходного сигнала релейного элемента 5 и имеет передаточную функцию вида W(p)=T1p/(T2p+1), где Т1, Т2 - постоянные времени.

Демодулятор 7 является однополупериодным и выделяет на выходе, например, импульсы положительной полярности, поступающие с выхода форсирующего звена 6.

Элементы, изображенные на фиг.2, выполнены со следующими характеристиками.

Ключевой элемент 16 канала диагностирования имеет зону нечувствительности +C. Если входной сигнал превышает эту зону нечувствительности, ключ 16 переходит в состояние логической «1».

Счетный триггер 17 переключается синхронно с выходными импульсами ключа 16 и формирует на выходе биполярные импульсы со средним нулевым значением.

Фильтр 18 имеет характеристику, идентичную передаточной функции блока 6 (фиг.1), но его постоянные времени выбираются таким образом, чтобы внести минимальные искажения в передаваемый сигнал.

Демодулятор 19 выпрямляет выходные импульсы фильтра 18 и формирует сигнал «1», под действием которого светодиодный индикатор переходит в активное состояние.

Принцип работы устройства следующий.

Рассмотрим работу ПНЧ при отсутствии звеньев 3, 6, 7.

Сумматор 2, интегратор 4 и релейный элемент 5 в совокупности образуют автоколебательную систему, когда при отсутствии входного сигнала на клемме 8 (фиг.3 а) частота выходных импульсов релейного элемента 5 минимальна (фиг.3 в).

При наличии входного сигнала положительной полярности (фиг.3 а) на выходе амплитудного модулятора 1 формируются импульсы, синфазные по отношению к импульсам с выхода релейного элемента 5 (фиг.3 б, в). Амплитуда этих импульсов определяется уровнем входного сигнала на входе 8.

Наличие синфазных импульсов с выхода амплитудного модулятора 1 приводит к росту производной выходного пилообразного сигнала интегратора 4 (фиг.3 б, в), в результате чего пропорционально входному сигналу повышается частота выходных импульсов релейного элемента 5.

Звенья 3, 6, 7 введены в схему ПНЧ 11 с целью создания асимметрии его выходных импульсов, которая может быть обнаружена блоком диагностирования объекта управления 12.

Форсирующее звено 6 формирует на выходе биполярные импульсы малой длительности (фиг.4 б) синхронно с моментами переключения релейного элемента 5 (фиг.4 а).

Демодулятор 7 пропускает на выход только импульсы положительной полярности (фиг.4 г), которые с помощью сумматора 3 суммируются с выходным сигналом релейного элемента 5 (фиг.4 д).

Под действием выходного сигнала ПНЧ 11 кратковременно переключается ключ 16, так как суммарная амплитуда импульсов с выхода 9 превышает его порог срабатывания +C.

Триггер 17 преобразует выходные импульсы ключа 16 в биполярный сигнал со средним нулевым значением, которые через фильтр 18 подается на демодулятор 19, преобразуясь в сигнал логической «1». В результате возникает свечение индикатора 20, что сигнализирует о правильном подключении выходов ПНЧ 11 к системе 13.

Если выходы ПНЧ 11 подключены неверно, то его выходной сигнал на зажимах 14, 15 будет восприниматься как «перевернутый» (фиг.4 е), в результате чего сигнал на выходе демодулятора 19 уменьшится до нуля, и световая индикация прекратится, указывая на ошибку в подключении блока 11 к объекту 12.

Таким образом, за счет введения блоков 3, 6, 7 расширяются функциональные возможности процесса диагностики ПНЧ 11 и повышается надежность работы системы в целом.

Рассмотренное техническое решение предполагается использовать в системе управления комплексом автономных транспортных объектов.

Преобразователь напряжения в частоту импульсов, содержащий последовательно включенные источник входного сигнала, амплитудный модулятор, первый сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора и подключен к второму входу амплитудного модулятора, шину нулевого потенциала, выходную клемму, отличающийся тем, что в него введены последовательно включенные форсирующее звено, демодулятор и второй сумматор, причем вход форсирующего звена соединен с выходом релейного элемента, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом демодулятора, а выход сумматора подключен к выходной клемме.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к области электронной обработки сигналов и предназначено для использования в радиоприемных системах. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности однозначного обнаружения модуляции несущей частоты импульсов импульсной последовательности.

Устройство относится к области электронной обработки сигналов и предназначено для использования в радиоприемных системах. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности обнаружения модуляции начальной фазы импульсов импульсной последовательности путем определения фаз взаимокорреляционной и автокорреляционной функций импульсов упомянутой входной последовательности.

Изобретение относится к области радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и может быть использовано для обеспечения амплитудной, фазовой и частотной модуляции.

Изобретение относится к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и может быть использовано для обеспечения амплитудной, фазовой и частотной модуляции.

Изобретение относится к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и может быть использовано для обеспечения амплитудной, фазовой и частотной модуляции.

Изобретение относится к области усилительной техники и может быть использовано для модуляции слабых постоянных и инфранизкочастотных электрических токов и напряжений.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть одновременно использовано для формирования требуемых амплитудно-манипулированных или амплитудно-модулированных сигналов, а также для демодуляции указанных типов сигналов.

Изобретение относится к устройствам радиоэлектроники, в которых автоматически регулируется скорость квазипеременных процессов с целью достижения определенных фазовых соотношений между ними.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах подвижной радиосвязи. Достигаемый технический результат - сокращение полосы занимаемых частот при увеличении отношения сигнал-шум и увеличении устойчивости к помехам. Способ многочастотной модуляции радиосигнала характеризуется тем, что одновременно передают несколько несущих частот, номера которых в течение каждого тактового интервала выбирают из множества N, и каждую из несущих частот в течение тактового интервала дополнительно модулируют фазовой, амплитудной, либо широтной модуляцией, либо их комбинациями, создают сетку из N частот, в которой шаг сетки частот уменьшен по сравнению с шагом, необходимым для выполнения условия ортогональности, в целое число раз, номера передаваемых в течение такта несущих частот определяют для сетки частот с уменьшенным шагом, а в случае невыполнения в конкретном тактовом интервале условий ортогональности несущие при передаче сдвигают на требуемое число шагов сетки частот с уменьшенным шагом в необходимую сторону для попадания в точки сетки, в которых обеспечена ортогональность сигналов. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Техническим результатом изобретения является генерация и частотная модуляция высокочастотного сигнала с увеличенным линейным участком частотной модуляционной характеристики при использовании одного нелинейного элемента. Устройство генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов состоит из источника постоянного напряжения и низкочастотного управляющего сигнала, цепи прямой передачи из трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузки и цепи внешней обратной связи, при этом цепь прямой передачи выполнена из каскадно-соединенных комплексного четырехполюсника и трехполюсного нелинейного элемента, нагрузка выполнена в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по последовательно-параллельной схеме, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора и частотного модулятора в режиме усиления, и нагрузкой, мнимые составляющие первого и второго двухполюсников с комплексными сопротивлениям zнn и z0n выполнены из параллельного колебательного контура с параметрами L1k, C1k, последовательно соединенного с индуктивностью L0k. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к фазоразностным манипуляторам с двукратной фазовой манипуляцией, и может быть использовано в мощных передатчиках в аппаратуре передачи данных. Достигаемый технический результат - уменьшение паразитной амплитудной и фазовой модуляции выходного сигнала. Способ фазовой манипуляции радиосигнала передатчика характеризуется пошаговым изменением фазы колебания несущей частоты между заданными кратностью манипуляции значениями фазы, при этом изменение фазы выполняют за время не менее длительности переходного процесса в комплексной нагрузке, а шаг изменения фазы берут равным отношению длительности переходного процесса в комплексной нагрузке к степени двойки с показателем степени, равным заданному натуральному числу М. Импульсный фазовый манипулятор для реализации способа содержит генератор опорного колебания, последовательно соединенные схемы коммутации импульсов и деления на два частоты их следования, транзисторный ключ манипуляции фазы, соединенный через дешифратор с источником информации, генератор последовательности импульсов смены фазы и схему логического умножения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для построения частотных детекторов. Достигаемый технический результат - увеличение крутизны линейного участка детекторной характеристики. Частотный детектор содержит первый и второй амплитудные детекторы, первый и второй конденсаторы, первую и вторую катушки индуктивности, первый резистор, второй резистор. 4 ил.
Наверх