Преобразователь параметров индуктивного датчика

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В 2700 51) 5 ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР еритель- станци- ктивных ователь пара содержит ге тров индуктивратор 1 прямоного К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС 1(71) Пензенский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1076843, кл, 0 01 й 27/00, 1984.Авторское свидетельство СССРМ 1575129, кл, 6 01 В 27/00; 1988,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВИНДУКТИВНОГО ДАТЧИКА(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано длядистанционного измерения параметров индуктивных датчиков неэлектрических величин. Целью изобретения являетсярасширение функциональных возможночтей. Преобразователь содержит сумматор,компаратор, блок выборки-хранения, два Изобретение относится к изм ной технике и предназначено для ди онного измерения параметров инду датчиков неэлектрических величин.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей,На фиг, .1 приведена функциональная схема преобразователя параметров индуктивного датчика; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг. 3 - функциональная схема фазочувствительного выпрямителя.Преобраз ме переключателя, линию связи, усилитель постоянного тока, опорный резистор, интегратор и клеммы для подключения датчика.Введение в устройство генератора прямоугольных импульсов, двух триггеров, источника опорных напряжений, третьего переключателя, делителя частоты, двух одновибраторов, трех блоков выборки-хранения, второго компаратора, двух блоков сложения по модулю два, двухполупериодного выпрямителя, двух фазочувствительных выпрямителей, элемента НЕ, вычитающего блока, делителя напряжения и фильтра нижних частот позволяет расширить функциональные возможности эа счет использования двухтактного преобразования, в одном из которых фиксируется величина, определяемая параэитными параметрами линии связи, а в другом - ве- (Я личина, пропорциональная сумме значений индуктивности датчика и линии связи, по которым и определяется значение индуктивности датчика. 3 ил. угольных импульсов, источник 2 опорных напряжений, первый триггер 3, третий переключатель 4, делитель 5 частоты, второй переключатель 6, делитель 7 напряжения, интегратор 8, датчик 9, первый переключатель 10, линию 11 связи, опорный резистор 12 (Во), усилитель 13 постоянного тока, первый 14 и второй 15 одновибраторы, первый 16 и второй 17 блоки выборки-хранения, первый 18 и второй 19 компараторы, сумматор 20, первый блок 21 сложения по модулю два, двухполупериодный выпрямитель 22, второй триггер 23, первый фазочувствительный выпрямитель 24, элемент НЕ 25, второй(5) блок 26 сложения по модулю два, второй 27 фаэочувствительный выпрямитель, третий 28 и четвертый 29 блоки выборки-хранения, вычитающий блок 30, фильтр 31 нижних частот. 5Преобразователь работает следующим образом. После включения питания триггеры 3 и 23 устанавливаются в нулевое состояние. Генератор 1 прямоугольных импульсов формирует импульсы с частотой 10 1 о, которая поступает на счетный вход триггера 3 и делится пополам 1 у =рС+ ---р 1 +Вт 5 = тз/М Это напряжение поступает на входы 30 компараторов 18 и 19, где сравнивается снапряжениями Ои Ог, следующими с делителя 7 напряжения, полярность сигналов О и Ог зависит от полярности напряжения на выходе переключателя 4. Когда Оз становится балыке О, срабатывает компаратор 19, а если ОзОг. срабатывает компаратор 18, Напряжение на выходе усилителя. 13 в момент времени г срабатывания компаратора 19 определяется выражением 40Оо Во к 1 г Со 3Оз = Ог = -- С+ - )(8)В г) Блок 21 сложения формирует сигнал45 длительностью Лт, которая пропорциональ- на В: Лс=г т 1(3) 08 = -- (1 - о) в 50 Так как 55 где 1 з - частота на выходе триггера 3.Двухполярный источник 2 опорных напряжений подает на входы третьего переключателя 4 два напряжения с амплитудами -Оо и +Оо. Переключателем 4 управляет триггер 3. На выходе переключателя 4 формируется знакопеременное напряжение с амплитудой Оо и частотой 1 з, Сигнал с первого триггера 3 поступает на делитель 5 частоты. Напряжение на выходе делителя 5 частоты, имеющее частоту где М - коэффициент деления делителя 5 частоты, и скважность, управляет работой переключателя 10, блоков 28 и 29 выборки- хранения. В одном полупериоде частоты входы линии 11 связи через переключатель 10 замкнуты, определяются параметры линии 11 связи. Блок 28 выборки-хранения работает в режиме слежения, блок 29 выборки-хранения - в режиме хранения. В другом полупериоде входы линии 11 связи замкнуты через переключатель 10 и индуктивный датчик 9, Определяются суммарные параметры линии 11 связи и датчика 9.Преобразователь работает циклически, В момент времени то, например, датчик 9 эакорочен. Через переключатель 6 на вход интегратора 8 поступает напряжение Оо. На выходе интегратора 8 формируется сигнал где- постоянная времени интегратора 8 (с).При этом на выходе усилителя 13 напряжение описывается выражением Оз = -08 Воу, (4) где у - проводимость линии 11 связи. Проводимость линии 11 связи определяется следующим образом где В, , С - активное сопротивление, индуктивность и емкость линии 11 связи;р - оператор преобразования Лапласа, Таким образом, напряжение на выходе усилителя 13 ОоВ. С -. . +Оз -В Вг После окончания переходного процесса, когда экспоненциальной составляющей можно пренебречь, т.е. когда напряжение на выходе усилителя 13 о 11="о,(с+ " ) Р)В т =+ В-- С + - ) (1 О) Ог 1 О В Вг)1677658 где ЛО = 02- 01. (13)По отрицательному фронту импульса блока21 сложения переключается триггер 23. Сигнал на выходе блока 26 сложения становится равен О, В результате переключатель 6 5подает напряжение, равное О, на вход интегратора 8, на выходе которого формируется постоянный сигнал или 2- +2(21) 15 Фиксация напряжения 01 з в моментвремени 14 происходит в блоке 17 выборки- хранения по сигналу, приходящему с одновибратора 15, который срабатывает по 20 заднему фронту сигнала с генератора 1 прямоугольных напряжений. Напряжение в блоке 17 выборки-хранения определяется выражением Оо Йо 12 то 15) или 16) 25017 = 013 (т 4) = 02 -Оооо 7йг2 С- -.(22) Напряжения )316 и 017 поступают на 30 сумматор 20, который осуществляет алгебраическое сложение входных сигналов с разными весовыми коэффициентами. На выходе сумматора 20 35 020 = 2016 - 017 + 02. 23) 40 Ойг(19) Напряжение на выходе усилителя 13 после окончания переходного процесса в момент времени 1 12 Оз =Оз - (С - ) В момент времени сз в блоке 16 выборки- хранения происходит фиксация напряжения по сигналу, приходящему с одновибратора 14, который срабатывает по переднему фронту сигнала с генератора 1 прямоугольных импульсов, Напряжение в блоке 16 выборки-хранения определяется выражением О 1 з = О 1 з (зз).= Оз - (С -- ) . (17) В момент времени 14 по заднему фронту . импульса с генератора 1 прямоугольных импульсов срабатывает первый триггер 3.В результате через переключатели 4 и 6 на вход интегратора 8 поступает напряжение -00, сигнал на выходе которого описывается выражением Напряжение на выходе усилителя 13при 1 т 4 примЕт вид 01 з =Ог -0 о ЙоНа интервале времени от 15 до 16 ( й)напряжение на выходе сумматора 20 Оно поступает на выпрямитель 22, где осуществляется инвертирование отрицательной части сигнала, приходящего с сумматора 20. Напряжение с выхода выпрямителя 22 поступает на первый фазочувствительный выпрямитель 24, выходное напряжение которого 024 = К 1 Х 020 отК 1 Оо Вох где К 1 - коэффициент пропорциональности фазочувствительного выпрямителя 24 1/с).1677658 20 40 50 Выходное напряжение фаэочувствительного выпрямителя 27 16 К ОО 27 = К 2О 24 От = ----- "Я Кгт ЛО К К 2 ЛОгг Оо Ро Оо Вогде К 2 - коэффициент пропорциональности фазочувстыительного выпрямителя 27 (1/с);О 27 ОДноэначно Опр 8 Д 8 ляется инДуктивностью ни 11 Сзи,В сл 8 дующем полупериоде частоты т 8 в преобразователе осуществляются преобразования, аналогичные рассмотренным. Однако в этом случае напряжение на выходе фазочувствительного выпрямителя 27 где Ь - индуктивность датчика 9,Напряж 8 ние О 27 в этом случае пропорИционально сумме индуктивностей датчика 9 и линии 11 связи,При определении индуктивности линии 11 связи блок 28 выборки-хранения работает в режиме слежения, а блок 29 выборких ранения - в режиме хранения. В следующем полупериоде частоты режимы работы блоков 28 и 29 выборки-хранения меняются. В результате напряжение на выходе блока 28 выборки-хранения пропорционально (, а блока 29 выборки-хранения - ( + Ь), Эти сигналы поступают на входы вычитающего блока 30, Постоянная составляющая напряжения на выходе вычитающего блока 30 пропорциональна индуктивности датчика 9 1 Кг ЛОггОЗО - О 29 - О 28 = --- 1 х (28)Оо Йо Фильтр 31 нижних частот осу.цествляетсглаживание высокочастотных составляющих напряжения Озо. Таким образом, предлагаемое изобретение пригодно для определения параметра индуктивного датчика и также как и в прототипе на результат преобразования не влияют параметры линии связи, Конкретная реализация узлов преобразователя не составляет предмет изобретения,Функциональная схема, раскрываощая структуру фаэочувствительных выпрямителей 24 и 27,приведена на фиг, 3.. Ключ в течен времени прохождения импульса на управляющем входе открывается, интегратор интегрирует входное напряжение Овх В конце периода интегрирования напряжение на выходе фаэочувствительного выпрямителя определяется вь ражением О+1Ц = К, Овх (т) Й, (29) где (О - 9+1) - интервал времени интегриро,вания;.15 К коэффцент пропорциональности,до появления следующего управляющего импульса, по положительному фронту которого при помощи одновибратора осуществляется сброс напряжения на интеграторе. Далее процесс повторяется Формула изобретения Преобразователь параметров индуктивного датчика, содержащий сумматор,первый компаратор, первый блок выборки- хранения, первый и второй переключатели,линию связи, усилитель постоянного тока, опорный резистор, интегратор и две клеммы для подключения датчика, первая клемма соединена с первым входом первого переключателя, выход которого соединен с первым входом линии связи, второй вход которой соединен с вторым входом первого 35. переключателя и второй клеммой для подключения датчика, первый выход линии связи соединен с инверсным входом усилителя постоянного тока и через опорный резистор с выходом усилителя постоянного тока, выход второго переключателя через интегратор соединен с вторым выходом линии связи, первый вход второго переключателя соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены генератор прямоугольных импульсов, два триггера, источник опорных напряжений,третий переключатель, делитель частоты два одновибратора, три блока выборки - хранения,второй компаратор,два блока сложе-ния по модулю два,двухполупериодный выпрямитель, два фазочувствительных выпрямителя, элемент НЕ, вычитающий блок, делитель напряжения, фильтр нижних частот, причем выход генератора прямоугольных импульсов через первый и второйодновибраторы соединен соответственно с управляющими входами первого и второго блоков выборки-хранения, и через первыйрааляющими входами первого переключателя, третьего блока выборки-хранения и через элемент НЕ соединен с управляющим входом четвертого блока выборки-хранения, прямой входусилителя постоянного то ка соединен с общей шиной, выход усилителя постоянного тока соединен через первый и второй компараторы соответственно с первым и вторым входами первого блока сложения по модулю два и через пер вый и второй блоки выборки-хранения соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого через последо вательно включенные двухполупериодный выпрямитель, первый, второй фазочувстви тельные выпрямители, третий блок выборки-хранения соединен с первым входом вычитающега блока, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства, вы ход первого блока сложения по модулю два через второй триггер соединен с первым входом блока сложения по модулю два, выход которого соединен с управляющим входом второго переключателя, первый и второй выходы источника опорных напряжений соединены соответственно с первым и вторым входами третьего переключателя, выход которого соединен с входом делителя напряжения и вторым входом второго переключателя, выход первого триггера соединен с вторым входом второго блока сложения и с управляющим входом третьего переключателя, первый выход делителя напряжения соединен с третьим входом сумматора и с вторым входом первого компаратора, второй выходделителя напряжения соединен с вторым входом второго компаратора, выход первого блока сложения по модулю два соединен с управляющими входами первого и второго фазочувствительных выпрямителей, выход второго фазочувствительного выпрямителя через четвертый блок выборки-хранения соединен с вторым входом вычитающего блока,1677658 ход вход Составитель В,ЧеботоваТехред М.Моргентал Корректор С.Шевк Редактор Н мчук Производственно льский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 3113 Тираж 396 ВНИИПИ Государственного комитета п 113035, Москва, Ж Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., 4/5