Преобразователь перемещения в частотно-временной сигнал

 

CoIo3 Советсиик

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()868809 (5I ) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 10.01,80 (21) 2869367/18-21 с присоединением заявки.М (23) Приоритет (5l)lVl. Кл.

C 08 С 9/00 ЬеуаврствсввыВ квмвтвт

CCCP

IN дамам взобретеккк и еткрытвк

Опубликовано30.09. 81. Бюллетень Мю 36

Дата опубликования описания 30,09. 81 (53) УДК 681,325 (088. 8) (72) Автор изобретения

В. М, Пустыльников (7E ) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ЧАСТОТНОВРЕМЕННОЙ СИГНАЛ

Недостатком данного устройства является низкая точность преобразования, Изобретение относится к информационно-измерительной технике и используется для построения кодирующих преобразователей перемещения в телемеханических системах и для ввода информации о перемещении в специализированные вычислители, работающие с широтно-импульсным или частотно-импульсным представлением информации.

Известен преобразователь, содержащий мостовую измерительную цепь, состоящую из двух ветвей, одна из которых содержит потенциометр, подвижной контакт которого кинематически связан с объектом перемещения, а другая широтно-импульсное управляемое сопротивление, усилитель напряжения разбаланса мостовой цепи и управляемый генератор выходных прямоугольных импульсов (1 ).

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в частотно-временной сигнал, содержащий мостовую измерительную цепь, два плеча которой выполнены соответствен- но в виде потенциометра, подвижной контакт которого кинематически соединен с объектом перемещения, и пер10 вого преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение, импульсный усилитель и управляемый генератор прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с вершинами диа I5 гонали питания мостовой измерительной цепи, а выход первого преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение соединен с первым входом импульсного усилителя введены второй преобразователь частотно-временного сигнала в напряжение, развязывающий усилитель, два од ополупериодных фазочувствительных выпрямителя, два об868809

25 ратных амплитудно-импульсных преобразователя и вычитатель, соединенный выходом со входом управляемого генератора прямоугольных импульсов, вход второго преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение через развязывающий усилитель подключен к подвижному контакту потенциометра, а выход второго преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение lð соединен со вторым входом импульсного усилителя, выход которого соединен с первыми входами однополупериодных фазочувствительных выпрямителей, вторые входы которых соединены с выходом управляемого генератора прямоугольных импульсов, а выходы соединены со входами обратных амплитудноимпульсных преобразователей, выходы которых соединены с соответствующими входами вычитателя.

Кроме того, преобразователь частотно-временного сигнала в напряжение выполнен в виде каналов преобразования, содержащих фильтры верхних частот, однополупериодные выпрямители и развяэывающие усилители, и суммирующего устройства, I.ри этом вход первого фильтра верхних частот каждого канала соединен со входом канала, 30 вход последукщего фильтра верхних частот в каждом канале соединены с выходом развязывающего усилителя, а выход — со входом однополупериодного выпрямителя, выход которого соединен со входом раэвяэывающего усилителя, выход последнего развязывающего усилителя соединен со входом суммирующего устройства, выход которого соединен с выходом преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение, 4О

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2схема преобразователей относительной длительности прямоугольных импульсов в их амплитуду; на фиг. 3 — времен- 4 ные диаграммы работы преобразователя, Преобраэогатель (фиг.1) содержит мостовую измерительную. цепь, состоящую из потенциометра 1, подвижной контакт которого кинематически связан 50 с объектом преобразуемого перемещения 9, и первого преобразователя 2 чаСтотно-временного сигнала в напряжение Ц, включенными как ветви моста, раэвязывающий усилитель 3, вто- у рой преобразователь 4 частотно-временного сигнала в напряжение О1,„импульсный усилитель 5, однополупериодные фазочувствительные выпрямители 6 и 7, обратные амплитудно-импульсные преобразователи 8 и 9, вычитатель 10 и управляемый генератор ll прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с вершинами мостовой цепи, относящимися к диагонали питания, Преобразователи 2 и 4 частотновременного сигнала в напряжение (фиг.2) состоят из каналов преобразования, содержащих последовательно включенные блоки, состоящие из последовательно соединенных фильтра 12-20 верхних частот, однополупериодного выпрямителя 21-29 и развязывающего усилителя

30-35. Выходы каналов преобразования соединены со входами суммирующего устройства 36, одновременно выполняющего функции развязывающих усилителей для выходных блоков, Преобразователь перемещения в частотно-временной сигнал работает следующим образом.

Выходное напряжение ()с преобразователя используемое в качестве напряжения питания мостовой цепи, имеет форму прямоугольных импульсов длительностью С следующих с периодом Т (фиг. 3).

При перемещениях подвижного контакта потенциометра изменяется амплитуда импульсов на его выходе, а следовательно, и величина О,так что возникает импульсное напряжение разбаланса мостовой цепи с амплитудой — U y < к.второе усиливается имли й1 пульсным усилителем 5.

Выходной сигнал импульсного усилителя 5 имеет вид двухполярного импульсного процесса (*иг.3, в), в котором усиленная разность амплитуд и 13÷ представлена алгебраи 4„

Д. ческой суммой амплитуд Оф и 0 1 положительных и отрицательных импульсов.

Для преобразования этой алгебраической суммы в величину .постоянного напряжения, управляющего генератором

ll, применены элементы 6-10.0днополупериодные фазочувствительные выпрямители 6 и 7 разделяют выходной сигнал усилителя 5 на импульсы, соответствующие по времени импупьсам и паузам выходного сигнала преобразователя, что при показанной на фиг. 3 фазе выходного сигнала усилителя $ относительно фазы выходного сигнала преобразователя соответствует импульсным процессам, представленным на фиг. 3 Ъ и д . Выходные импульсы вы868809 6 полярный импульсный процесс(фиг З,е ),, в котором амплитуды положительных и отрицательных импульсов .соответственно равны прямителей 6 и 7 подаются на соответствующие обратные амплитудно-импульсные преобразователи 8 и 9, на выходах которых образуются постоянные напряжения, оответствующиг по величине и полярности преобразуемым амплитудам импульсов, Эти раэнополярные напряжения подаются на входы вычитате. ля 10, с выхода которого снимается постоянное напряжение. пропорциональ- 0 но величине укаэанной алгебраической суммы и соответствукнцее ей по полярности, которое воздействуя на управляемый генератор ll, изменяет длительность или частоту следования его выходных импульсов таким образом, чтобы восстановить равновесие моста, т.e ° равенство амплитуд (31 и 0 1 4)

Так как где Q -амплитуда импульсов выход,LU ного напряжения Ug

Р(Ч1 -функциональный закон изменения коэффициента передачи потенциометра 1 в зависимости от перемещения Ч

6 = — — относительная длительность

Т импульсов преобразователя; -30

$ Щ}и ®функциональные характерис2 тики преобразователей 2 и 4 ! не равные и не пропорциональные друг другу, то равенствоД11-Д114автойатически поддерживаемое следящей системой преобразователя, соответствует получению характеристики преобразования устройства, определяемой зависимостью

Преобразователи ? и 4 частотновременного сигнала в напряжение оаботают следующим образом, 45

На каждый блок преобразователей

2 и 4 частотно-временного сигнала в напряжение, состоящий иэ последовательно соединенных фильтра верхних частот, однополупериодного выпрямителя и развязывающего усилителя,поступает последовательность однополярных импульсов напряжения, подобная выходному сигналу преобразователя (фиг. 3, а) Фильтр верхних частот (например, 12) не пропускает постоянную составляющую этой импульсной последовательности, в результате чего на выходе фильтра имеет место двухгде ц g — амплитуда входных импульсов блока, причем на фиг. З,ф показаны процесс на выходе фильтров первых блоков каждой цепи преобразователя 2, для которых Q< "- U .

Зависимость амплитуд Ок и 0 < от

1 относительной длительности импульсов используется для получения преобразования относительной длительности импульсов в их амплитуду. Однополупериодный выпрямитель(например, 21) пропускает только импульсы одной полярности, и, следовательно, на его выходе восстанавливается однополярный импульсный процесс, но амплитуда импульсов на выходе выпрямителя зависит от величины 8 в соответствии с одной из приведенных зависимостей, а развязывающий усилитель(например,30) служит для согласования выхода выпрямителя со входом последующих блоков или усилителя напряжении разбаланса, Соответственно для цепи, содержащей YH последовательно включенных блоков, фильтр верхних частот — однополупериодный выпрямитель — раэвязывающий усилитель, где в каждом блоке выпрямитель пропускает импульсы одной и той же полярности, получаем (Ю) =(1 -e} или 1„ (9}=e",а для цепи, содержащей И блоков с выпрями телями, пропускающими положительные . импульсы, и р блоков с выпрямителями, пропускающими отрицательные импульсы, имеем Et (8) = (4- 9 ) 8 Р.

Характеристика преобразования преобразователей 2 и 4 частотно-временного сигнала в напряжение величины

9 в амплитуду импульсов определяется суммированием выражений для „(S) трех приведенных видов, чем обуславл»ваются широкие возможности получения различных нелинейных функций преобразования при помощи полиноминальиой аппроксимации, а также в соответствии с характеристикой преобразования обеспечивается также возможность аппроксимации заданных функций преоб868809 раэования перемещения в относительную длительность импульсов Я дробно-рациональным приближением функции, обратной заданной, Получение напряжения разбаланса в виде импульсного напряжения позволяет использовать в качестве усилителя напряжения разбаланса импульсный усилитель и тем самым снизить погрешность преобразования, Формула изобретения

1. Преобразователь перемещения

15 в частотно-временной сигнал, содержащий мостовую измерительную, цепь,два плеча которой выполнены соответственно в виде потенциометра, подвижной контакт которого кинематически соединен с объектом перемещения, и первого преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение", импульсный усилитель и управляемый генератор прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с вершинами диагонали питания мостовой измерительной цепи, а выход первого преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение соединен с первым входом имЗО пульсного усилителя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй преобразователь частот но-временного сигнала в напряжение, развязывающий усилитель, два однополупериодных фазочувствительных выпрямителя, два обратных амплитудноимпульсных преобразователя и вычитатель, соединенный выходом со входом управляемого генератора"прямоуголь40 ных и;.::.ульсов, вход второго преобразователя частотно-временного сигнала в .напряжение через развяэываюшнй усилитель подключен к подвижному контакту потенциометра, а выход второго преобразователя частотно-временного ,сигнала в напряжение соединен со вторым входом импульсного усилителя,выход которого соединен с первыми входами однополупериодных фаэочувствительных выпрямителей, вторые входы которых — с выходом управляемого генератора прямоугольных импульсов, а выходы соединены со входами обратных амплитудно-импульсных преобразователей, выходы которых соединены с соответствующими входами вычитателя, 2. Преобразователь по п.1,о т л ич а ю шийся тем, что преобразователь частотно-временного сигнала в напряжение выполнен в виде каналов преобразования, содержащих фильтры верхних частот, однополупериодные выпрямители и развязывающие усилители, и суммирующего устройства, при этом вход первого фильтра верхних частот каждого канала соединен со входом канала, вход последующего фильтра верхних частот в каждом канале соединен с выходом развязывающего усилителя, а выход — со входом однополупериодного выпрямителя, выход которого соединен со входом развяэывающего усилителя, выход последнего развязывающего усилителя соединен со входом суммирующего устройства, выход которого соединен с выходом преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение, Цсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Смолов В. Б. и Фомичев В, С.

Аналого-цифровые и цифроаналоговые нелинейные вычислительные устройства

Л., "Энергия", 1974, с.162-168 (прототип).

868809

Составитель Е, Спиридонова

Редактор А. Кузнецов Техред Т.Маточк . Корректор М.Демчик

Заказ 8334/73 Тиран 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва iK 35 Раушская наб,a ä. 4 5

Филиал ППП "Патент", г. Уигород,ул.Проектная„4