Способ определения параметра фазогенераторным преобразователем

ОЮЗ СОВЕТСНИ ОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 01242 1 В 70(21) (22) (46) (71) полит нина (72) ко ина В.И. Ле. с с н 0 м е и г,У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ 850836/24-21О. 01.867. 07.86. Бюл. У 25арьковский ордена Лехнический институт им(53) 621.317,39.531.71 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ,У 410202, кл. 6 01 В 7/02, 1973.Полулях Н.С. Резонансные методы измерений, М.: Энергия, 1930, с, 103-106.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА ФАЗОГЕНЕРАТОРНЬМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к измерению электрических и неэлектрических величин, которые можно преобразовать при помощи индуктивных или емкостных датчиков. Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия фаэогенераторного преобразователя. Взаимную синхронизацию генераторов 2 и 4 обеспечивают управляемым сопротивлением блока 5. При этом фазовый сдвиг между выходными сигналами генераторов близок или равен нулю. Посредством датчика 1 выводят расстройку генерато ра 2, а за счет увеличения сопротивления связи до величины Кс = = Ксмцс срывают взаимную синхронизацию генераторов и спустя время . С 1 производят измерение фазового вига между сигналами генераторови 4. По результату измерения примощи блока 3 подстраивают генератотак, чтобы скомпенсировать фазовыйвиг, и, уменьшая сопротивлениеязи до величины Кс, = Кенни восставливают синхронизацию генераторов.величине контролируемого или изряемого датчиком 1 параметра объта судят,по величине компенсируюй подстройки в генераторе 4. Исльзование способа позволяет произвести измерения за меньшее время засчет уменьшения времени переходногопроцесса в каждом цикле измерения,При этом за счет срыва синхронизации перед измерением фазового сдвигдостигается более высокая чувствительность преобразователя. 2 ил, 1242708(емкость конденсатора, индуктивность,и неэлектрических величин которыеможно преобразовать при помощи индуктивных или емкостных датчиков.Цель изобретения - повьшение чув-.ствительности и быстродействия фазогенераторного преобразователя.На Фиг.1 представлена структурнаясхема устройства, реализующего способ; на Фиг,2 - временные диаграммыработы устройства.Фазогенераторный преобразовательсостоит из датчика 1, первого генератора 2, компенсирующего блока 3,второго г"=нератора 4, управляемогоблока 5 связи, фазового измерителяб и блока 7 управления.Датчик 1 связан с первым генератором 2, второй генератор 4 связанс компенсирующим блоком 3, Фазовыйизмеритель б подключен выходом кблоку 7 управления, выходы блока 7управления соединены с правляемымблоком 5 связи, блоком 3 компенсации и сЬазовым измерителем б,Способ определения параметрафазогенераторным преобразователемосуществляют следующим .образом. Связывают генераторы 2 и 4 управляемым сопротивлением блока 5,что обеспечивает взаимную синхронизацию генераторов, при этом настраивают генераторы так, чтобы фазовыйсдвиг между их выходными сигналамибыл близок или равен нулю, т.е. непревышал некоторого начального малого значения н, При помоши датчика 1,взаимодействующего с контролируемымобъектом, выводят расстройку генератора 2. Срывают взаимную синхронизацию генераторов путем увеличения сопротивления связи до величины Кс == Есмс в блоке 5. С этого моментапропорционально времени и расстройкегенератора 2 нарастает Фазовый сдвигмежду сигналами генераторов,Спустя время , после срыва синхронизации, производят измерение фазового сдвига между сигналами генераторов. По результату измерения Фазового сдвига при помощи блока 3 подстраивают генератор 4 так, чтобыскомпенсировать фазовый сдвиг, вызванный расстройкой генератора 2.Восстанавливают синхронизацию генераторов путем уменьшения сопротивления связи до величины Кс = Кс мчн,Бследствие малого сопротивления связи длительность переходного процесса восстановления синхронизации иустановления нового значения фазового сдвига будет небольшой. По величине компенсирующей подстройки вгенераторе 4 судят о величине контролируемого или измеряемого датчиком 1 параметра объекта.Компенсирующая подстройка генератора 4 как при использовании известного способа, так и предлагаемого может производиться за несколько тактов методом последовательногоприближенйя,Преобразователь, реализующийспособ, работает следующим образом.Б исходном состоянии датчик 1 находится в нулевом положении и не вно"сит расстройки в генератор 2, приэтом генераторы 2 и 4 настроены так,что их собственные частоты о)зи о 3равные или очень близкие (собственныечастоты - это частоты не связанныхгенераторов). После включения цеписвязи в блоке. 5 генераторы начнутработать в режиме взаимной синхронизации на частоте цо а между их выходными сигналами возникнет начальныйразовый сдвиг РвПри со:=,дц частота Ы:Ы.=о) и фу == О, а при 0-г 7- и 4 эрасполагаетсяиежду Ы и (Ь ия + о7Б реальном преобразователе настроить генераторы так, чтобы Ь)г = о)й трудно, поэтому далее будем рассматривать второй случай при ьЗ,: и)1.Б исходном состоянии выходные напряжения генераторов описываются следующими зависимостями:= 11 о 1 я 1 п 4111 = Ьъ з 7.пЫо+-7 н) ргде П Пп Пор, По - текущие и амплитудные значения выходных сигналов генераторов 2 и 4 соответственно.Пусть в некоторый момент времени под воздействием изменившегося контролируемого параметра объекта датчик 1 вносит расстройку в генератор 2. При этом изменяется частотана величину ьм)р и возникает дополнительный фазовый сдвиг Ф (ин,цекс .р обозначает расстройку), а сигналы Ц, и Пч принимают вид П = Бог з 1 пМс+ ьц)Р) сУФ = Брс, зп (о)+ьйр) Т+ф+ 1 Р 3 (2) Рассмотрим процессы, происходящие в преобразователе на интервале После срыва синхронизации генераторы начинают работать на собственных частотах сдг и ц 74- частота генератора 2 после внесения расстройки датчиком 1), что приводит к росту фазового сдвига между их выходными сигналами 55 Ч(С) =Фи + Р +)г т - )1; = = н +Р + Ь) 1 )(3) Из выражения (2), следует, что контролируемая величина, преобразованная в расстройку генератора 2, мо 1 О жет быть измерена в том случае, если н 1 Р превысит порог чувствительнос- тиР фазового измерителя.В преобразователе, управляемом согласно известному способу, при 1 НФР( АССР измерение не может быть15 произведено, так как фазовый измеритель 6 не срабатывает. Повышение чувствительности преобразователя в этом случае может быть достигнуто за счет повышения чувствительности (уменьшения Чо) фазового измерителя, что сопряжено с большими трудностями и не всегда выполнимо.Способ определения параметра фазогенераторным преобразователем позволяет получить высокую чувствительность фазового измерителя. Достигается это за счет того, что перед измерением фазового сдвига производят срыв синхронизации генераторов путем 30 увеличения сопротивления связи в бло- ке 5 до величины Кс = Кс маркс,В блоке 7 управления формируются сигналы БП и Бу с периодом следования Тп (фиг.2). Сигнал Бъ иницииру-З 5 ет измерение фазового сдвига, а Бч управляет величиной сопротивления связи в блоке 5. Период измерения ТР 1 состоит из двух временных интервалов Т и Т В течение интервала 40под действием сигнала П у мдкс сопротивление связи в блоке 5 принимает значение Кв = Кс мдкс при котором происходит срыв синхронизации генераторов. 45 708 4где 1 (Т) - текущее значение фазового сдвига,= иЭ г - ь 31 Т - текущее значениевремени, отсчитываемое на интерва-,леДлительность интервала С являетсяважным параметром, во многом определяющим чувствительность преобразователя. Сформулируем требования к длительностиФазовый сдвиг ф (1) увеличиваетсяпропорционально времени С, и, следовательно, при самой малой внесенной в генератор 2 расстройке (прималом сд ) выполняется условиечр, (4)при котором срабатывает фазовый измеритель 6, а следовательно, будет произведено измерение контролируемого параметра объекта.Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить максимально возможную чувствительность преобразователя.Из выражений (3) и (4) определяюттребуемое значение длительности интерваладо)где= -- относительная расстройка генератора 2.После измерения фазового сдвига в генераторе 4 производят такую подстройку, чтобы скомпенсировать фазовый сдвиг, вызванный расстройкой генератора 2, и восстанавливают синхронизацию генераторов путем уменьшения сопротивления связи в блоке 5до величины Кс = Кс мин.В преобразователе эти операции выполняются следующим образом. При срабатывании фазового измерителя 6 блок 7 управления вырабатывает сигнал, который посредством блока 3 производит подстройку генератора 4. Подстройка может производиться, например, подключением или отключением (в зависимости от величины и знака фазового сдвига) конденсаторов в частотозадающем контуре генератора. Одновременно с этим блок 7 управления выдает сигнал Б юцц (фиг . 2) в блок 5 связи, под действием которого сопротивление связи уменьшается до1242708 Кс = В.смен, В качестве переменного сопротивления в блоке 5 связи: можно использовать, например, полевыетранзисторы. С этого момента восстанавливается синхронизация генераторов и начинается переходный процесс, заканчивающийся установлением новых значений частоты и Фазового сдвига.Длительность этого процесса в основ О ном определяет быстродействие преобразователя и зависит от степени связи генераторов, т.е, от величины сопротивления связи в блоке 5.Скорость изменения фазы во время 15 переходного процесса описывается выражением(6) 20 Г СО,Фде а(Г) = е н 939 с КЭ 25 не.сное з ьное иЯ- началчения сдвига фа9 а(Кэ), 9 с(В.проводимость (сгенератора и прление) связи со2 Са- по9 атура, генератор зы;с) алентна контурасопротив3 опротивлен оводимость ответствен времени кон стоянн 3я 1 и фц" я 3. и ф к,смысле переходсИесли - = 09 сЫ=сояф . сояфнК В. математическо Кс ный процесс законче агсяхпьЫ 1 п=агсяп прия 5-ик-япЯ)=:0 выполняетс2 а(Г)сояк Из выражения (12) видно, что сумма 1 н фр представляющая собой фазовый сдвиг в конце интервала времениГт,е, после окончания переходного 45процесса который протекал при Кс.= Кс мяч составит малую величину.При использовании предлагаемогоспособа в преобразователе можно более точно произвести начальную на- Очстроику генераторов, т.е. обеспечитьзначительно меньшее значение 1 ч.Таким образом, исключение из Формулы (5) суммы Фнмало повлияетна величину Г и не изменит характера неравенства (5). С принятыми допущениями определение необходимой я"9 к(япфс-япн) ыражение (7) а(Г),А Обозначи и подст и получае Решив вы нетрудно ажениеубедитктике На пра можно счи ность межд и текущим начальномть за уста ачен значе словии выражени ложенн мает в При(8) относительнося, что Г= 5ереходный процессконченным, если разновившимся значениемием, отнесенная книю, составит 0,01 ЬакА е - ;- - = 0,01 А Из выражения (9) следует, что длительность переходного процесса- 1 п 0,01 вп Г 4,6 пГ, (10)Гпсоя к соя 1 К Фазогенераторный преобразователь работает в режиме компенсации при Фазовом сдвиге близком к нулю, следовательно сояк:1. Учитывая последнее и подставляя в выражение (10).значение п,получаем Г 1 и 1 == 4 6 9 Кс. (11)4,6 9 а 7Г9 с Как видно из выражения (11), чем меньше сопротивление К, тем меньше длительность переходного процесса и выше быстродействие преобразователя, При Б. - 0 быстродействие преобразователя приближается к максимально возможному.Рассмотрим формулу (5) и упростим ее. В числителе (5) приведены составляющие Фазового сдвига н (начальный сдвиг, вызванный неточностью начальной настройки генераторов) и р (сдвиг, вызванный расстройкой генератора 2 датчиком 1). Величинар зависит от расстройки генераторов и от величины сопротивления связи Кс.Установившееся значение Фазового сдвига длительности интервала Г можно производить по Формуле(13) Формула изобретения 0 и Составитель М. КатановаН, Тупица Техред Н,Бонкало Корректор М. Максимишинец еда Заказ 3688/ 6 Тираж 670ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш Подписно итета СССРткрытий к кая н,4 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Прое Соотношения (11) и (13) позволяют определить требуемые параметры фазогенераторного преобразователя и временные соотношения.Процесс измерения контролируемого параметра может производиться методом последовательных приближений (например, методом поразрядного уравновешивания). Выше описан первый цикл измерения, который закончился в момент окончания интервала с,. Последние циклы производятся аналогично, т.е. вновь срывают синхронизацию генераторов, измеряют новый фазовый сдвиг, производят компенсацию, на время переходного процесса восстанавливают синхронизацию при Кс = Ксмнн и т.д.Применение предлагаемого способа при одинаковом количестве циклов измерения (при одинаковой разрядности преобразователя) позволяет произвести измерение за меньшее время, чем при использовании известного способа. Это достигается существенным уменьшением длительности переходного процесса в каждом цикле измерения. При этом эа счет срыва синхрониэации перед измерением фазового сдвига достигается более высокаячувствительность преобразователя,а следовательно, повышенная точностьизмерения. Способ определения параметра фаэогенераторным преобразователем, основанный на измерении взаимного фазового сдвига сигналов генераторов и компенсации этого сдвига, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с 15целью повышения чувствительности и быстродействия, формируют сигнал, управляющий сопротивлением связи, перед измерением фазового сдвига увеличивают сопротивление связи до величины, обеспечивающей срыв взаимной синхронизации, а после измерения фазового сдвига и введения компенсации сопротивление связи уменьшают до величины, обеспечивающей вход во взаимную синхронизацию и минимальную длительность переходного процесса, при этом изменение сопротивления связи производят при помощи сформированного управляющего сигнала, а по величине компенсирующего воздействия определяют значение измеряемого параметра.