Квантовый преобразователь тока в частоту с автоматическим выбором поддиапазона

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ r. (i i) 5546I5

Omes Севвтекик

Социалистических

Республик| (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.10.75 (21) 2178203/21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.77. Бюллетень ¹ 14

Дата опубликования описания 03.05.77 (51) М. Кл Н 03К 13/20

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325(088.8) (72) Авторы изобретения

В. П. Бархаев, А. И. Клыков, В. Б. Кудрявцев и В. П. Прошин (71) Заявитель (54) КВАНТОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА В ЧАСТОТУ

С АВТОМАТИЧЕСКИМ ВЫБОРОМ ПОДДИАПАЗОНА

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в квантовых преобразователях для автоматизированных систем контроля и управления.

Известны квантовые преобразователи тока в частоту, содержащие магнитную систему, предназначенную для преобразования входного тока в индукцию магнитного поля, квантовый частотный датчик, выполняющий преобразование индукции магнитного поля в частоту, усилитель сигнала датчика, осуществляющий положительную обратную связь, и генератор возбуждения спектральной лампы датчика (1).

Однако они имеют значительные погрешности преобразования, вызываемые нелинейностью характеристик намапшчивания магнитных экранов.

Известен квантовый преобразователь тока в частоту, в котором для расширения диапазона преобразуемых токов и уменьшения погрешности преобразования осуществляется разбиение всего диапазона выходных сигналов на несколько поддиапазонов и автоматически выбирается нужный поддиапазон при каждом преобразовании входного тока. Это устройство содержит блок выбора поддиапазона и коммутатор, а магнитная система имеет несколько самостоятельных, электрически независимых обмоток (секций), каждая из которых с помоIllbIo коммутатора может 6bITb подключена входу преобразователя (2).

Недостатком указанного устройства является изменение крутизны градупровочной характеристики и его входного сопротивления при переключении поддиапазонов, так как прп смене поддиапазонов вход преобразователя переключается на различные обмотки магнитной системы, отличающиеся постоянной преобразования «ток-пндукция» и активным сопротивлением.

С целью обеспечения постоянства коэффициента преобразования и входного сопротивления преобразователя на всех поддпа||азовах входного тока, а также исключения погрешности преобразования от нестабильности источника стабилизированного тока в к папковый преобразователь тока в частоту с автоматическим выбором поддиапазопа, содери<а|цпй м<|г

20 нитный экран, генератор возбуждения, соединенный с первым входом квантового частотного датчика, выход которого соединен с усилителем, подключенным к второму входу квантового частотного датчика и входу блока вы25 бора поддиапазона, выход последнего соединен с одним из входов коммутатора, а выходы коммутатора соединены с входами секций мпогосекцпонной магнитной системы, введен источник стабилизированного тока, выход котоЗО рого соединен с вторым входом коммутатора, а

554615 входная клемма квантового преобразователя соединена с входом отдельной секции многосекционной магнитной системы, кроме того, он содержит второй квантовый частотный датчик со вторым усилителем, многосекционной магнитной системой и магнитным экраном, причем выход генератора возбуждения соединен с первым входом второго квантового частотного датчика, выход которого соединен с входом второго усилителя, а выход второго усилителя соединен с вторым входом второго квантового частотного датчика, выход второй многосекционной магнитной системы соединен с выходом источника стабилизированного тока.

Йа фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — диф<реренцпальная схема квантового преобразователя с автоматическим выбором поддиапазона.

Квантовый частотный датчик 1 своим первым входом соединен с выходом генератора 2 возбуждения, вторым входом — с выходом усилителя 3, а вход последнего соединен с выходом датчика 1.

Один из входов многосекционной магнитной системы 4 соединен с входом квантового преобразователя, а остальные ее входы — с соответствующими выходами коммутатора 5, один вход которого соединен с выходом блока 6 выбора поддиапазонов, а другой — с выходом источника 7 стабилизированного тока. Вход блока б соединен с выходом усилителя 3.

Квантовый датчик 1 установлен внутри магнитной системы 4 и вместе с нею помещен в магнитный экран 8.

Кроме того, устройство содержит дополнительный квантовый частотный датчик 9, первый вход которого соединен с выходом генератора 2, второй вход — с выходом усилителя

10, а выход — с входом усилителя 10. Датчик

9 установлен внутри магнитной системы 11, соединенной своим входом с выходом источни«а тока и вместе с ней помещен в магнитный экран 12.

Квантовый преобразователь работает следующим образом.

В исходном положении генератор 2 возбуждения спектральной лампы датчика обеспечивает его оптическую накачку, а усилитель 3 в цепи положительной обратной связи датчика создает условия для автогенераторного режима его работы. Коммутатор в исходном положении подключает выход источника 7 стабилизированного тока к одной или нескольким обмоткам магнитной системы 4, обеспечивая этим создание опорного магнитного поля с индукцией В, при этом датчик 1 генерирует с частотой

/вых = КВоп, где К вЂ” коэффициент преобразования квантового датчика, зависящий от типа его рабочего вещества.

При рабочем диапазоне изменения индукции от Вш; до Вш„,; который определяется с учетом ограничений на погрешности от нелинейности и гистерезиса, вносимые магнитным экраном, и на значения динамического диапазона

Д = Вшах/Вшгш. в исходном положении выполняется условие

Воп = Dmin.

10 При подаче на вход преобразователя тока

1,х последний, протекая по сигнальной обмотке магнитной системы 4, создает в зоне квантового датчика 1 индукцию В„ пропорциональную величине входного сигнала

Dc = с1вх где Gc — постоянная сигнальной обмотка магнитной системы.

J3 результате этого датчик 1 начинает генерировать с частотой живых. пропорциональной суммарной индукции В

1вых = КВ = К(Воп+ Вс) °

1„=- К, (j,„„— f, (q — A )j, где

К,=; f,=ÊÂ,.

К с

Величина /с является паспортной характеристикой преобразователя и всегда может быть уточнена перед началом его работы, напри66 мер, по значению f»„. в исходном положении

По значению этой частоты блок 6 определяет номер Л поддиапазона и выдает соответствующий ему сигнал на коммутатор 5, происходит переключение опорных обмоток магнитной системы, при этом выполняется соотношение

Вшш (Воп + Вс (Вшах

Значение индукции В, в каждом поддиапазоне зависит от закона разбиения всего диапазона входных сигналов на поддиапазоны, от взаимной ориентации начального опорного сигнального полей и от номера поддиапазона. В частности, при равномерном разбиении, когда задаются неизменные значения Bm;n и Вш», ограничивающие диапазон изменения магнитных полей в зоне датчика независимо от вели40 чины входного сигнала, и при одинаковом направлении начального опорного и сигнального полей значение Воп определяется по формуле

Воп= (q — Л)В,, 45 где Bo = Вшах Вшш

q: —

Ж вЂ” номер поддиапазона.

60 Таким образом, по значению частоты /,ы на выходе преобразователя и номеру N, формируемому блоком б выбора поддиапазонов, можно определить значение тока 1, на входе преобразователя. В частности, при указанном выше варианте

554615 вых

f о—

q — 1 (т. е. при I,, = 0 и N = 1) в соответствии с выражением

Ток по формуле (1) определяется специальным вычислительным устройством, входящим в состав автоматизированных систем контроля, в которых целесообразно использовать предложенный преобразователь.

Значение выражения f (q — N) в формуле (1) может быть сформировано непосредственно в блоке 6, что позволяет при рациональном выборе величины К и д значительно упростить реализацию вычислительных операций по определению 1„.

Для исключения погрешности, связанной с нестабильностью тока источника 7, и для снижения требований к его стабильности квантовый преобразователь выполнен по дифференциальной схеме, изображенной на фиг. 2.

В этом случае в зоне квантового датчика 9, возбу>кдаемого генератором 2, с помощью магнитной системы 11, обтекаемой током от источника 7, создается постоянное магнитное поле, равное по величине начальному опорному полю в зоне датчика 1, т. е. равное Bm,m при этом датчик 9 генерирует с частотой f,,по которой при каждом преобразовании входного тока I», ìo>Kío корректировать значение fp, так как

fî — ° (2)

Ток I»- в таком устройстве определяется по формуле

7.„К,,„„ — ",, (3) которая получается из формулы (1) при подстановке в нее значения fo в соответствии с формулой (2) . Как и в первом варианте устройства, значение коэффициента, определяед — iV мого выражением в формуле (3), моq — 1

>кет быть сформировано в блоке 6 выбора поддиапазонов.

Таким образом, предложенное устройство в отличие от известных, позволяет осуществлять преобразование входных токов в широком диапазоне их изменения при постоянстве входного сопротивления и крутизны градуировочной характеристики устройства и с сохранением

25 и

50 высокой точности преобразования. Это упрощает согласование преобразователя с объектом контроля и с устройствами обработки частотной информации.

Ф ор мул а изобретения

1. Квантовый преобразователь тока в частоту с автоматическим выбором поддиапазона, содер>кащий магнитный экран, генератор возбуждения, соединенный с первым входом квантового частотного датчика, выход которого соединен с усилителем, подключенным ко второму входу квантового частотного датчика и к входу блока выбора поддиапазона, выход которого соединен с одним из входов коммутатора, а выходы коммутатора соединены с входами секций многосекционной магнитной системы, отличающийся тем,что, с целью обеспечения постоянства коэффициента преобразования и входного сопротивления преобразователя на всех поддиапазонах входного тока, в него введен источник стабилизированного тока, выход которого соединен со вторым входом коммутатора, а входная клемма квантового преобразователя соединена с входом отдельной секции многосекционной магнитной системы.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью исключения погрешности преобразования от нестабильности источника стабилизированного тока, он содержит второй квантовый частотный датчик с вторым усилителем, многосекционной магнитной системой и магнитным экраном, причем выход генератора возбуждения соединен с первым входом второго квантового частотного датчика, выход которого соединен со входом второго усилителя, а выход второго усилителя соединен со вторым входом второго квантового частотного датчика, выход второй многосекционной магнитной системы соединен с выходом источника стабилизированного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. В. Б. Кудрявцев и др. «Прецизионные частотные преобразователи автоматизированных систем контроля и управления», М., Энергия, 1974 г., стр. 82 — 84.

2. Лвторское свидетельство No 446622228844, М.

Кл. - Н ОЗК 13/20, 09.11.72 (протопип).

554615

Фиг. 1 фиг. 7

Составитель Д. Голубович

Техред А. Камышникова

Корректор А. Галахова

Редактор Т, Янова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 922/15 Изд. Ко 376 Тираж 1077 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4j5