Преобразователь медленно изменяющихся электрических сигналов

Сеоз Советсннв Соцналистическмя Республик(22) Заявлено 06.1277 (21) 2550192/18-21с присоединением заявки Мо -(51)М, Кл.2 С 01 Н 19/20 Государственный комнтет СССР оо делам изобретений и открытий(088,8) Дата опубликования описания 1506.80(72) Авторы изобретения В.Г,Гусев и М,П,Иванов уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕДЛЕННО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВИзобретение относится к информа- ционно-измерительной технике и автоматике и предназначено для точного преобразования медленно изменяющихся электрических сигналов в электрические сигналы более высокого уровня.Известны преобразователи электрических сигналов, основанные на,использовании нелинейности кривой намагничивания ферромагнитных материалов - трансформаторы и дроссели подмагничивания и магнитные модуляторы. Они содержат один или несколько ферромагнитных сердечников с расположенными на них обмотками переменного тока 15 (питающими), управляющими и вспомогательными обмотками (смещения, обратной связи), а также резистивных или диодных цепей (13.Протекающий по обмотке управления 20 измерительный сигнал изменяет индуктивное сопротивление обмоток переменного тока, что приводит к соответствующему. изменению падения напряжения на сопротивлении нагрузки, 25Точность преобразования измерительного сигнала из-за гистерезиса материала сердечников и температурных погрешностей данных технических решений невелика. Выходная характеристикаЮнелинейна, а параметры устройстваимеют значительный разброс отэкземпляра к экземпляру иэ-за невозможностиполучения идентичных ферромагнитныхсердечников. При необходимости преобразования небольших сигналов приходится увеличивать число витков обмоток, что приводит к увеличению габаритных размеров, стоимости и снижаетобщую надежность подобных устройств.Известны устройства, включающиеферромагнитный сердечник с расположенными на нем обмотками, измерительной, компенсационной и возбуждения,триггер и соединенные последовательно с компенсационной обмоткой детектор скважности, преобразователь напряжения - ток и резистор 21,Однако и в этом случае характеристика преобразования нелинейна, вигее зависит от параметров ферромагнитных сердечников и, следовательно,точность преобразования недостаточновысока.Цель изобретения - увеличениеточности преобразования,Это достигается тем, что в преобразователь медленно изменяющихся элект.рических сигналов, включающий ферромагнитный сердечник с расположеннымина нем обмотками измерительной, компенсационной и возбуждения, триггери соединенные последовательно с компенсационной обмоткой детектор скважности, преобразователь напряженияток и резистор, введены интегратор,второй преобразователь напряжения -ток и сигнальная обмотка, расположенная. на ферромагнитном сердечнике,измерительная обмотка подключена ко.входу триггера, вход интегратора - квыходу триггера, вход детектора скважности - к выходу интегратора, второйпреобразователь напряжения - ток ; квыходу интегратора и нагружен не наобмотку возбуждения, при этом обмотки компенсационная и возбуждения ориентированы так, что создают намагничивающие силы, направленные встречно.На чертеже. показана. принципиальнаясхема устройства.Преобразователь медленно изменяющихся электрических сигналов включает тороидальный ферромагнитный сердечник 1 из материала с прямоугольной петлей гистерезиса с расположенными на нем сигнальной обмоткой 2,измерительной обмоткой 3 и обмотками4 и 5 возбуждения и компенсации,ориентированными таким образом, чтосоздаваемые ими намагничивающие силынаправлены встречно, Измерительнаяобмотка 3 подключена ко входу триггера б, К выходу триггера б подключенинтегратор 7. К его выходу подключен детектор 8 скважности, постояннаявремени которого больше постояннойвремени интегратора 7 приблизительнов 10-20 раз, и преобразователь 9напряжение - ток, К выходу детектора8 скважности подключен преобразова, тель 10 напряжение - ток. Обмоткавозбуждения 4 подключена к выходупреобразователя 9 напряжение - токнепосредственно, а компенсационнаяобмотка 5 подключена к выходу преобразователя 10 напряжение - токчерез резистор 11, с которого и снимается выходной сигнал преобразователя,Преобразователь работает следующим образом.При отсутствии преобразуемогосигнала в сигнальной обмотке 2 триггер б находится в одном из своих устойчивых состояний и на его выходе есть постоянный сигнал определенной величины и полярности. Интегратор 7 суммирует этот сигнал, а выходной сигнал интегратора 7 поступает иа вход детектора 8. На их выходах появляется линейно нарастающий сигнал постоянного напряжения, который преобразуется преобразователями 9, 10 напряжение - ток в ток, пропорциональ ный величине выходного напряжения интегратора 7 и детектора 8 соответственно, Поскольку постоянная времени детектора 8 значительно больше постоянной времени интегратора 7,то процесс перемагничивания ферромагнитного сердечника 1 в основном определяется током в обмотке возбуждения4. Намагничивающая сила, создаваемаяэтой обмоткой, должна быть такой величинЫ, чтобы изменять магнитную напряженность сердечника 1, напримеротЖ до +Нс. При .этом поскольку постоянная времени детектора 8 много большепостоянной времени интегратора 7, тосоздаваемая обмоткой 5 компенсациинамагничивающая сила, направленнаявстречно намагничивающей силе обмотки 4 возбуждения, гораздо меньше последней и в данном случае на процесс 15 перемагничивания практически не влияет. Если в первоначальный момент времени рабочая точка ферромагнитногосердечника 1 устройства находитсяв промежуточном положении между -Нс 2 О и +Нс, то линейно нарастающие токив обмотках 4 и 5 создают разностнуюнамагничивающую силу, доводящую положение рабочей точки сердечника 1, например, до -Нс и +Вз. Значение магнитной индукцйи в ферромагнитном сердечнике 1 скачком изменяется от +Вздо -В,. Это приводит к появлению импульса ЭДС в измерительной обмотке3 и перебросу триггера б в другоеустойчивое положение. Выходное напряжение триггера б уже другой полярности суммируется интегратором 7Выходные сигналы интегратора 7 и детектора8 преобразуются в ток в обмотках 5компенсации и 4 возбуждения преобра зователями 9 и 10 напряжение - ток.Направления этих токов противоположны первоначальному. Поэтому в обмотке 4 возбуждения протекает пилообразный ток большой величины, который 4 О и перемагничивает сердечник 1 до значения магнитной напряженности равной+Н . Величина тока в обмотке 5 компенсации практически равна нулю ввидуотсутствия постоянной составляющейна входе - интегратора 7. При достижении магнитной напряженности сердечника 1 значения +Нс индукция в сердечнике 1 становится скачком равной+В. Триггер б вновь перебрасываетсяв первоначальное положение, и процесс повторяется. Происходит автогенерация треугольного тока в обмотке 4 возбуждения. Поскольку постоянная составляющая на выходе триггераб, а значит и на выходе интегратора 55 7, отсутствует, то и на,выходе детектора 8 ее нет.При появлении преобразуемого сиг"нала 1 в сигнальной обмотке 2 изменение магнитной напряженности Н в 60 момент появления сигнала (точка 0на оси времени) происходит скачком.Это приводит к нарушению симметричности полупериодов перемагничиванияв первый период и появлению постоян ной составляющей на выходе триггера.Эта постоянная составляющая суммируется интегратором 7Выходное напряжение интегратора 7 из-за изменения скважности также содержит постоянную составляющую. Выходное напряжение интегратора 7 в детекторе 8 5скважности преобразуется в напряжение и преобразователями 9 и 10 напряжение - ток в ток в обмотках 4 и 5,Пилообразный ток в обмотке 4 возбуждения перемагничивает сердечник 1, оа постбянный ток в обмотке 5 компенсации создает магнитное поле, направленное встречно магнитному полю,создаваемому преобразуемым сигналом,и равное ему по величине восстанавливая первоначальное магнитное состояние ферромагнитного сердечника 1.Возможен случай, когда при включении направление магнитного поля,создаваемого преобразуемым сигналом,совпадает в первоначальный момент 20с направлением магнитного поля, создаваемого протекающим по обмотке компенсации током,и сердечником 1 загоняется в еще большее насыщение скачком (Н сердечника 1 становится боль ше Н) . Переброса триггера б в другоеположение не происходит сразу. Навыходе интегратора 7 появляется линейно нарастающее напряжение. Ростего величины прекращается при насы- ЗОщении интегратора 7, Величина токав обмотке компенсации также нарастаетлинейно лишь до момента насыщенияинтегратора 7, а затем продолжаетоставаться постоянной, Одновременно 35с этим на выходе детектора 8 скважности также появляется линейно нарастающий сигнал. Поскольку постояннаявремени детектора 8 гораздо большепостоянной времени интегратора. 7,топостепенно нарастающий ток в обмоткекомпенсации создающий магнитное поле,направленное встречно магнитному полю тока в обмотке 4 (постоянному повеличине), начинает размагничивать45сердечник 1. Очевидно, что намагничивающая сила, создаваемая током вобмотке компенсации, должна превышать величину намагничивающей силы,создаваемой током, протекающим пообмотке возбуждения, на величину,достаточную для перевода сердечника1 в другое крайнее положение на петле гистереэиса,Таким образом, в любом реальномслучае устройство работает в авто генераторном режиме, осуществляя компенсационное преобразование.Предлагаемое устройство имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом. Точность преобразования благодаря компенсационному методу преобразования вьаае. Поскольку устройство в этом случае работает вблизи нулевой точки, то это обеспечивает и высокую линейность преобразования, Работа и характеристики устройства не зависят от параметров материала, используемого для изготовления ферромагнитного сердечника: иэ" менение Н и Вэ от сердечника к сердечнику и при изменении их под влиянием внешней среды и старении сказываются лишь на длительности периода автоколебаний, совершенно не влияя по самому принципу работы на характеристики устройства.Формула изобретенияПреобразователь медленно изменяющихся электрических сигналов, включающий ферромагнитный сердечник с расположенными на нем обмотками измерительной, компенсационной и возбуждения, триггер и соединенные последовательно с компенсационной.обмоткой детектор скважности, преобразователь напряжения - ток и резистор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности преобразования, в него введены интегратор, второй преобразователь напряжение - ток и сигнальная обмотка, расположенная на ферромагнитном сердечнике, измерительная обмотка подключена ко входу триггера, вход интегратора - к выходу триггера, вход детектора скважности - к выходу интегратора, второй преобразователь напряжение " токк выходу интегратора и нагружен на обмотку возбуждения, при этом обмотки компенсационная и возбуждения ориентированы так, что создают намагничивающие силы, направленные встречно.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Розенблат М.А. Магнитные эле-,менты автоматики и вычислительной техники. М Наука, 1974. с.307-3 б 0,2, Яковлев Н,Н. Цифровой феррозондный,магнитометр с широтной модуляцией.Геофизическая аппаратураф, вып33,Л., Недраф, 1967 с,95,741172 Составцтель В.ЦарегТехред Ж.Кастелевич кийКорректор ,Е.Па аева писк 5 фил ППП Патентф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 дактор Г.каз 3196/ ЦНИИПИ Госуда по делам и 13035, Москва, тираж 1 О 19ственного комитета СССобретений и открытийЖ, Раушская наб.,д.