Устройство для моделирования импульсного датчика частоты вращения

, 12511 19 С 7/4 Я о СССР АНИЯРАЩЕНИЯ к областиния являичивости,деленияилителем Фаей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ САНИЕ ИЗОБАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИИМПУЛЬСНОГО ДАТЧИКА ЧАСТОТЬ(57) Изобретение относитсяавтоматики. Целью изобретеется повышение помехоустоУстройство содержит блок вьмодуля 15 с суммирующим ус 25 и диодным ключом 16 на операционных усилителях, интегратор 1 с резистивным делителем на неинвертирующемвходе и ключом 5 на инвертирующемвходе, релейный элемент 6, ограничитель 8 с ключом на инвертирующем входе. Новым в устройстве является введение порогового элемента, второгоключа и усилителя, выход которогосоединен с информационным входомвторого ключа, выход которого подключен к входу сброса в "0" интегратора,выход которого соединен с входом усилителя, выход блока выделения модуляподключен к входу порогового элемен-.та, выход которого соединен с управ1251118 0 ляющим входом второго ключа. Повьппение помехоустойчивости достигаетсяэа счет того, что при малых входных сигналах интегратор охватывается глубокой отрицательной обратной Изобретение относится к автоматике, предназначено для формирования двух импульсных последовательностей с частотой следования импульсов, про-порциональной входному напряжению, и сдвинутых по фазе на угол, знак которого определяется полярностью входного напряжения, и является усовершенствованием устройства по авт,св. .849245.Изобретение может использоваться при исследовании и настройке систем автоматического регулирования частоты вращения различных объектов, например турбин, двигателей внутренне го сгорания, электродвигателей и др в которых в качестве датчиков регулируемой частоты вращения используются импульсные тахометрические дат- .чики, 20Цель изобретения - повьппение помехоустойчивости,На фиг. представлена схема устройства для моделирования импульсного датчика частоты вращения нафиг.2 - временные диаграммы его работы.В состав устройства входят интегратор 1 с резисторами 2 и 3 на неинвертирующем входе, резистором 4 30и параллельным ключом 5 на инвертирующем входе, релейный элемент 6 наоперационной усилителе 7, ограничитель 8 на операционном усилителе,на одном из входов которого включенключ 9, выполненный на транзисторе,а на другом входе - резисторы 1 О и11, образующие делитель. Ограничитель 8 подключен к выходу интегратора 1 через диодный ограничитель нарезисторе 12 и диодах 13 и 14. Устройство содержит также блок 15 вы.деления модуля с диодным ключом 16на операционном усилителе 17 с вход-. связью и его выходное напряжение падает до нуля, благодаря чему исключаются переключения ограничителя,даже при наличии помехи, коммутирующей ключ на входе ограничителя. 2 ил. 1ным резистором 18, Усилитель 17 охва. чен основной обратной связью через диод 19 и резистор 20 и допол- нительной обратной связью через диод 21 и стабилитрон 22, который с помощью источника +Е и резистора 23 смещен в направлении, соответствующем закрытому состоянию диода 21.Выход усилителя 17 диодного ключа 16 через ограничительный резистор 24 подключен к базе транзистора 9, В блок 15 выделения модуля входит также суммирующий усилитель 25 с входными резисторами 26, 27 и резистором 28 обратной связи.Наряду с указанными элементами устройство содержит ключ 29, цепь 30 управления которого подключена к выходу релейного элемента 6, а вход 31 и выход 32 через резистор 33 и 34 соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами операционного усилителя 7 релейного элемента 6.В качестве ключей 5 и 29 используются ИОП-транзисторы с каналами одной проводимости, поэтому в цепь управления одного из транзисторов включается инвертор 35 (при использовании транзисторов с каналами противоположной проводимости необходимость в инверторе отпадает) .Источник 36 входного напряжения через блок 15 выделения модуляи ключ 29 соединен с резистором 4 на инвертирующем входе интегратора . Выходные сигналы устройства. сниМаются с выходов 37 и 38 соответственно релейного элемента 6 и ограничителя 8.Кроме того, ограничитель содержит защитный диод 39, операционный усилитель 40 и резистор 41, релейныйэлемент содержит резисторы 42, интег: ратор выполнен на операционном усилителе 43, в обратную связь которого включен конденсатор 44. Кроме того, устройство включает резистор 45,лоро говый элемент 4 б,усилитель 47 и ключ 48.Резистор 45, соединяющий выход ограничителя 8 с неинвертирующим входом операционного усилителя 40 огра 1 Оничителя 8, осуществляет положительную обратную связь для достижениярелейного режима работы ограничителя,Пороговый элемент может быть выполнен на операционном усилителе 495с резисторами 50 и 51 на входах и резистором 52 в цепи положительной обратной связи, а усилитель 47 построен на операционном усилителе 53 свходным резистором 54 и с цепью отри 20цательной обратной связи на резисторах 55 и 56,Принцип действия устройства заключается в следующем.В исходном состоянии при нулевом25входном сигнале Я=О) напряженияБь и Б на выходах диодного ключа 16 и блока 15 выделения модуля( суммирующего усилителя 25) равнынулю (Бь =У =0). Поэтому независимо от состояния релейного элемента6 и положений ключей 5 и 29 на обоихвходах интегратора отсутствуют напряжения, Операционный усилитель 49порогового элемента 46 находится всостоянии отрицательного насыщения 35за счет источника смещения -Е, прикотором ключ 48 замкнут, и интегратор 1 охватывается глубокой отрицательной обратной связью через усилитель 47. Выходное напряжение Бп 4 Оинтегратора 1 принимает нулевое значение Я=О), и устройство находитсяв заторможенном состоянии. При этомоперационный усилитель 7 релейногоэлемента 6, как и ограничитель 8,находятся в состоянии насыщения тогоили иного знака и напряжения Бг, Пна выходах 37 и 38 не изменяются и(импульсы на выходах 37, 38 отсутствуют), Это состояние схемы соответствует нулевой скорости вращения(неподвижному валу). Поскольку У=О,коммутация ключа 9 напряжением помехи, поступающим с выхода диодиогоключа 16, не изменяет выходного сигнала ограничителя 8,Рассмотрим работу устройства приналичии входного сигнала,Пусть УО. Под действием этого напряження на выходе усилителя 17 возникает отрицательное напряжение, смещающее диод 19 в непроводящее состояние, в результате чего основная обратная связь, охватываю-, щая операционньй усилитель 17, разрывается. В то же время происходит замыкание дополнительной обратной связи через диод 21 и стабилитрон 22, Поэтому на выходе операционного усилителя 17 устанавливается отрицательное напряжение (-Б ), определяемое порогом стабилизации стабилитрона 22 и практически не зависящее от величины Пп. Напряжение -Бп открывает транзистор 9, и выходной сигнал П интегратора 1 поступает только на неинвертирующий вход ограничителя 8. Поскольку при Б 0 диод 19 находится в не- проводящем состоянии, напряжение 11, остается равным нулю и выходное напряжение Б, блока 15 выделения модуля определяется выражениемПК ыгггде В. к - сопротивления резис 2728торов 27, 28.Отрицательное напряжение Б вызывает опрокидывание порогового элемента 46, в результате чего ключ 48 размыкается и обратная связь, охватывающая интегратор 1 через усилитель 47, разрывается. Напряжение Цп через делитель 2, 3 поступает на неинвертирующий вход интегратора 1. При равенстве сопротивлений резисторов 2, 3 (К =Кз) напряжение на неинвертирующем входе 11 =0,5 БПредположим, что релейный элемент 6 находится в состоянии положительного насыщения (У 0), при котором ключ 5 замкнут, а ключ 29 разомкнут. При этом резистор 4 подключен к общей точке схемы и выходное напряжение Уи интегратора 1, изменяется под действием отрицательного напряжения Б, приложенного к неинвертирующему входу операционного усилителя 43. Поэтому напряжение 111, уменьшается по линейному закону со скоростью, определяемой током зарядаи емкостью конденсатора 44 в обЭратной связи усилителя 43, 1251118Ток заряда050 05 28 05 КУ,д 2 г .Ов К 4 Ег, К 4 ы" К 4 где К - коэффициент иередачи блокаГКгввыделения модуля (К = ).КНапряжение на выходе интегратора0 5 КУф С(С - емкость конценсатора 44);текущее время.В момент времени й=Т, (фиг,2) напряжение Уи достигает отрицательного уровня 0, при котором происходит опрокидывание релейного элемента 6. Релейный элемент переходит в состояние отрицательного насыщенияя, что приводит к открыванию ключа 29 и закрыванию ключа 5. При этом выходное напряжение 01 блока 15, поступая на оба входа интегратора 1, оказывает превалирующее воздействие по инвертирующему входу, так как на неинвертирующем входе имеется делитель 2, 3. Это вызывает изменение направления интегрирования входного напряжения, и выходной сигнал интегратора начинает возрастать по линейному закону. Скорость нарастания напряжения О определяется током разрядаконденсатора 44. Поскольку при К =К токи заряда и разрядаконденсатора 44 одинаковыПн -Оь 5 1,Е 05 1,5 Р К К 4спад и нарастание напряжения У происходят с одинаковой скоростью. Напряжение Б 4 во время разряда конденсатора 44 током р изменяется по закону05 КБИ ж -0 + А щ.цИВ момент времень :Т н р е Б принимает положительное значе,ние У при котором релейный элемент б переходит в исходное состояние, после чего начинается новый цикл ра" боты устройства. В установившемся,режиме при О=сопз 1 напряжение начальных условий Б=Бг. Поэтому выходное напряжение П интегратора 1спадает по линейному закону от цгдо -Ц, в интервале Т и возрастаетпо линейному закону от - У, до Уг винтервале Тг, причем этот процесс пе риодически повторяется.(фиг.2). Полное изменение напряжения ЬБ на выхо"де интегратора 1 определяется суммойЬО = П + П = -- 1(Ц + 17,) - 1 гг151-К П 1= -- (ЬП - К КП )54 ВХ фгде Ы - коэффициент деления напряжения Би на неинвертирующем входеусилителя 7;К 4 - коэфФициент передачи цепи,образованной резисторами 34 и 42 наинвертирующем входе операционногоусилителя 7;налряжение положительнойобратной связи на неинвертирующемвходе операционного усилителя 7 соответственно при положительном и отрицательном насыщениях этого усили- ЗО теля.В выражении для ЬБ первое слагаемое Ь П =( +Б ) характеризует стаРтическую ширину петли гистерезисарелейного элемента 6, а второе сла гаемое К У, отражает сужение этойпетли с ростом частоты (напряженияУв) за счет опережения моментовсрабатывания и отпускания, котороеобеспечивается цепями коррекции 40 (резисторы ЗЗ и ЗЦ . При одинаковыхтоках заряда . и разряда 1 Р конденсатора 44, равенстве напряженийнасыщения Б+, 7 и подлежащем выборе сопротивлений корректирующих ре зисторов 33 и 34 в схеме имеют местосимметричные, колебания с равными интервалами Т, Т, При этом частотаколебаний1 ос К 08 5012511улучшение линейности устройства при повышении частоты за счет компенсации запаздывания, возникающего изза неидеальности интегратора 1 и релейного элемента 7. 5Как видно из временных диаграммна фиг.2, напряжение О 4 интегратора1 опережает выходное напряжение У,релейного элемента б на угол .210Напряжение 118 на выходе ограничи -теля 8 при ПО и замкнутом транзисторном ключе 9 совпадает по фазес напряжением Пп и опережает О 15на -- поскольку сигнал с интегра 2тора 1 поступает на неинвертирующийвход ограничителя 8 фазовым сдвигомограничителя 8 при достаточно большом сопротивлении резистора 45 и узкой петле гистерезиса релейного элемента на операционном усилителе 401пренебрегаем). Фазовый сдвиг -- меж 2ду напряжениями на выходах 38 и 37сохраняется постоянным практическиво всем диапазоне частот данного устройства,Таким образом, при 11О на выходах 38 и 37 формируются импульсные . 30напряжения с частотой следования,пропорциональной П , и сдвинутые по11фазе на угол -- . Это соответствует2прямому вращению вала с импульсным 35датчиком.При снятии сигнала П(моментвремени сп) пороговый элемент 46 замыкает ключ 48 и интегратор 1 охватывается глубокой отрицательной 40обратной связью через усилитель 47,в результате чего его выходное напряжение падает до нуля "см. Фиг.2).Благодаря гистерезису релейного элемента 6 и ограничителя 8 выходные 45напряжения 0 2 и 0 сохраняют значения, которые они имели в момент отклонения 0. Поэтому снятие входного сигнала не приводит к появлениюложных импульсов на выходах устройства.Рассмотрим теперь работу устройства при отрицательном входном напряжении. В этом случае операционный усилитель 17 диодного ключа 16 работаетв линейном режиме благодаря основнойобратной связи через открытый диод19 и резистор 20. При этом выходное 8 8напряжение диоднога ключа 1 б определяется выражениемк гоУ = ---- 11(Ь 12 Вви напряжение на выходе блока 15 вЬделения модуляКгя гя ЕгоЯ 11 Яго г 18При выполнении условияК го 2 КгВ КВ К 22 имеемчто совпадает с полученным вьппе выражением для напряжения при У ) О. Поэтому напряжение П, , поступающее на интегратор 1 и пороговый элемент 46, не зависит от полярности Пп и процессы в схеме имеют тот же характер, что и при положительном входном сигнале. Отличие состоит в том, что при БпсО ключ 9 разомкнут, по - скольку положительное напряжение У с выхода усилителя 17 закрывает транзистор 9. Для надежного запирания этого транзистора в схеме предусмотрен диодный ограничитель на диодах 13, 14 и резисторе 12, снижающий напряжение на коллекторе транзистора 9 до уровня., цримерно равного напряжению на его базе. При разомкнутом ключе 9 выходное напряжение Пи интегратора 1 поступает на оба входа ограничителя 8. Однако благодаря резистивному делителю напряжения 10, 11 сигнал на инвертирующем входе усилителя 40 преобладает над сигналом на неинвертирующем входе, вследствие чего ограничитель 8 работает в режиме инвертора. В этом случае фазовый сдвиг между напряжениямиГфиП и У составляет --- что соот 2 2ветствует обратному вращению вала, связанного с частотным датчиком.При снятии отрицательного входного сигнала в схеме протекает процесс, аналогичный рассмотренному вьппе случаю снятия положительногопоскольку пороговый элемент 46 устанавливается в состояние, при котором замыкается ключ 48 и интег1251118 10 Редактор Составитель И.ДубиниТехред О. Сопко Рыбченко Корректор Е.Рош аказ 44 48 Тираж 671НИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий%13035, Москва, Ж, Раушская наб., д одписное роизводственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,9ратор охватывается глубокой обратной связью через усилитель 47,Таким образом, при наличии входного сигнала на выходах устройства формируются два напряжения прямоугольной формы с частотой, пропорциональной входному напряжению, и с фазовым сдвигом -- или -- в за 2 2 висимости от знака входного напряжения, что воспроизводит сигнал реального импульсного датчика с учетом;направления вращения связанного сним вала. При отключении входного 15сигнала схема переходит в заторможенное состояние при котором выходное напряжение интегратора принимаетнулевое значение, а выходные сигналырелейного элемента и ограничителя 0 сохраняют значения, предшествующиемоменту снятия входного сигнала. Формула изобретения Устройство для моделирования импульсного датчика частоты вращения по авт,св. 11 849245, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены пороговый элемент, второй ключ и усилитель, выход которого соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен к входу сброса в "О" интегратора, выход которого соединен с входом усилителя, выход блока выделения модуля подключен к входу порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа.