Фазочувствительный преобразователь

 

ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий интегратор, последовательно включенные между источником , входного сигнала и входом интегратора первый резистор и первый ключ, второй резистор, включенный между выходом интегратора и соединения первых резистора и ключа, и источник опорного сигнала, о т л ичающийся тем, что, с целью повьшения точности преобразования при изменениях напряжения источника опорного сигнала, введены трансформатор , первичная обмотка которого соединена с источником опорного сигнала, источник постоянного напряжения, включенный между одним из выводок вторичной обмотки трансформатора и общей шиной, последовательно соединенный третий резистор, второй ключ, второй интегратор и амплитудный компаратор, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей« и конденсатор, включенный между вторым входом амплитудного компаратора и другим выводом вторичной обмотки трансформатора, к которому также подключен второй вывод третьего резистора.

.СОЮЗ СООЕТСНИХ

Э«й

РЕСПУЬЛИК

5738 А (1Ю О1) ЗА 11 Н 03 D 3/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3506367/18-09 (22) 26.10.82 (46) 23.11.84. Бюл. М 43 (72) М.Х.Сахартов, Г.П.Хованская, М.Д.Марголин и А.К.Шульжицкий (53) 621.376.4(088.8) (56) 1. Патент США В 3659210 кл. 32&-134, 1972.

2. Волков В.А. Аналоговые устройства современной радиоэлектроники.

М., "Знание", 1972, с. 32 (прототип). (54)(57) ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫИ ПРЕОБРА° ЗОВАТЕЛЬ, содержащий интегратор, последовательно включенные между источником входного сигнала и входом интегратора первый резистор и первый ключ, второй резистор, включенный между выходом интегратора и точкой соединения первых резистора и ключа, и источник опорного сигнала, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования при изменениях напряжения источника опорного сигнала, введены трансформатор, первичная обмотка которого соединена с источником опорного сигнала, источник постоянного напряжения, включенный между одним из выводов вторичной обмотки трансформатора и общей шиной, последовательно соединенный третий резистор, второй ключ, второй интегратор и амплитудный компаратор, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, и конденсатор, включенный между вторым входом амплитудного компара- 3 тора и другим выводом вторичной обмотки трансформатора, к которому также подключен второй вывод третьего резистора.

1125738

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано s. системах автоматического управления и регулирования в устройствах измерения и преобразования регулируемых физических величин.

Известен фазочувствительный преобразователь, содержащий операционный усилитель с целью резистивной отрицательной обратной связи, инвертирующий вход которого через первый делитель напряжения соединен с источником сигнала, и последовательно соединенные и включенные между источником сигнала и неинвертирующим входом операционного усилителя ключ и второй делитель напряжения, при этом управляющий вход ключа соединен с источником опорного сигнала «1).

Недостатком этого фаэочувствительного преобразователя является невысокая точность, обусловленная изменением в процессе работы входного отверстия и зависимостью выходного напряжения от изменений напряжения

25 источника опорного сигнала, которым питается датчик измеряемой величины.

Наиболее близким к предлагаемому является фазочувствительный преобразователь, содержащий интегратор, последовательно включенные между источником входного сигнала и входом интегратора первый резистор и первый ключ, второй резистор, включенный между выходом интегоатооа и 35 точкой соединения первых резистора и ключа, и источник порного сигнала, соединенный с управляющим входом первого ключа (2).

Однако известный фазочувствитель- 40 ный преобразователь также имеет невысокую точность преобразования, обусловленную зависимостью выходного напряжения от изменений напряжения источника опорного сигнала, питаю-,45 щего датчик измеряемой физической величины.

Цель изобретения — повышение точности преобразования при .изменениях напряжения источника опорного 5б сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в фазочувствительный преобразователь, содержащий интегратор, последовательно включенные между 55 источником входного сигнала и входом интегратора первый резистор и первый ключ, второй резистор, включенный между выходом интегратора и точкой соединения первых резистора и ключа, и источник опорного сигнала, введены б трансформатор, первичная обмотка которого соединена с источником опорного сигнала, источник постоянного напряжения, включенный между одним из выводов вторичной обмотки трансформатора и общей шиной, последовательно соединенные третий резистор, второй ключ, второй интегратор и амплитудный компаратор, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, и

Конденсатор, включенный между вторым входом амплитудного компаратора и другим выходом вторичной обмотки трансформатора, к которому также подключен второй выход третьего резистора.

На фиг. 1 приведена электрическая принципиальная схема предлагаемого фазочувствительного преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

Фаэочувствительный преобразователь содержит первый 1 и второй 2 интеграторы, первый 3 и второй 4 ключи, источник 5 входного сигнала, источник

6 опорного сигнала, источник 7 постоI янного напряжения, трансформатор 8, первый 9, второй 10 и третий 11 резисторы, амплитудный компаратор 12 и конденсатор 13.

Устройство работает следующим образом.

Управление первым 3 и вторым 4 ключами осуществляется раэнополярными импульсами прямоугольной формы Ц которые формируются на выходе амплитудного компаратора 12, Для этого на второй вход амплитудного компаратора 12 подается сигнал переменного тока 0 (фиг. 2а) со вторичной обмотки трансформатора 8 через конденсатор 13. На первый вход амплитудного компаратора 12 поступает напряжение смещения постоянного тока О м (фиг.2а) с выхода второго интегратора 2. При этом на выходе амплитудного компаратора 12 образуются импульсы прямоугольной формы 0 (фнг. 26), симметричные относительно сигналов переменного тока U . Изменение полярности йрямоугольнйх импульсов происходит в моменты времени, когда мгновенное значение сигнала переменного тока

0 равно напряжению смещения постоянного тока и, следовательно, скважность з 1 импульсов или угол включения о(, определяется соотношением сигналов.

Первый 3 и второй 4 ключи при положительной полярности прямоугольных импульсов открыты (замкнуты), при отрицательных — закрыты (разомкнуты)

При этом на вход первого интегратора поступает только заштрихованная част входного сигнала 0 „ (фнг. 2в).

В разомкнутом состоянии первого 3 и второго 4 ключей первый 1 и второй

2 интеграторы работают в режиме памя ти и сигналы на их выходах остаются постоянными в течение каждого импуль са О„ отрицательной полярности. Это позволяет представить входной сигнал в виде эквивалентного входного сигнала, образованного "сшиванием" заштрихованных участков входного сигнала 0 „ (фиг. 2г). Эквивалентный входной сйгнал имеет переменную

"составляющую, которая на выходе первого интегратора 1 фильтруется, и постоянную составляющую, которая для укаэанного входного сигнала определяется выражением

2 Лcosо(8х. 8кв = Ti Л- 2оС вх. m

125738 4 где Овх „= Ъ 8 — входное напря-. жение фазочувствительного преобразователя при

5 номинальном напряжении источника

1 и опорного сигнала; ь ЕО =М p — — отклонение входвх» *

«н ного. напряжения

10 от номинального значения.

Коэффициент передачи цепи от первого резистора 9 до выхода первого интегратора 1 для сигналов переменного тока определяется выражением

2 ос вх

Где k(+) = 2 — зависимость козф

ХсоЫ

7Г -2о фициента передачи от угла включения о ;

Я и R — сопротивление ре8х ос зисторов 9 и 10.

25 Из приведенного выражения следует, что при о = О, т.е. при 0 = О.

2 ос — — — причем при о(>0 коэффиЛ Кь циент передачи возрастает, а при d, с О убывает.

Таким образом, при изменении угла включения а изменяется постоянная составляющая эквивалентного входного

35 сигнала. Это обстоятельство используется в замкнутом контуре, образо- ° ванном вторым интегратором 2, амплитудным компаратором 12 и связью выхода амплитудного компаратора 12

40 с УпРавляющим входом второго ключа 4 °

На вход второго интегратора 2 поступает сумма опорного напряжения постокиного тока U „ с выхода источника 7 постоянного напряжения (для выбран45 ного условия откРывания ключей при положительной полярности импульсов управления U> полярность источника 7 постоянного напряжения должна быть отрицательной) и переменного нап50 ряжения Ц .с вторичной обмотки тран" сформатора 8.

Эквивалентный входной сигнал на где вх.м

Входной сигнал где

Ц»ион гдейО»- отклонение напряжения источника 6 опорного сигнала от номинального значения.

При этом

- амплитудное значение входного сигнала 08„» .

u„

0 =0 51п u) t = 1 /3—

Эх вх.в *. 0 ф- измеряемая физическая величина, например угол пово рота ротора относительно статора; выходное напряжение источ-. никя 6 опорного сигнала и его номинальное значение; коэффициент преобразоваНия датчика. ° входе второго интегратора, равен „ Ж-и, В установившемся режиме работы упомянутого контура значение эквивалентного входиоро сигнала должно становиться равныМ нулю, так как

1125738 в состав контура в прямой цепи входит второй интегратор 2 благодаря чему контур является астатнческим. Это означает, что при работе контура на выхоДе второго интегратора 2 устанав- 5 ливается такое напряжение смещения

0, что соответствующее ему значение

%(d) становится равным к() = °

rp. ю

Амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора 8 определяется выражением 15 и„.=и ЯК„-),и„и+ЬО)VZ) „, где k — коэффициент передачи тран«р сформатора 8.

Подставив это значение в к(оЦ получаем

Uon

k(aL)2 2„ 0 Фац) т.е. зависимость к(с() оказывается обратно пропорциональной напряжению источника опорного сигнала.

При этом сигнал на выходе фазочувствительного преобразователя

2//Г2 ос

30,g()g 2И

Р U

0А к вХ 2r2 М (UH++hu4 35

jf

UÄÄau й, и,„

""* Ц = Р 1, О дР н Вх тр «и или

"алых = //р вкн

40 ac 1 од где /к rp = О К коэффициент

"-и "rp передачи фазочувстВительного преобразователя.

Таким образом, выходной сигнал фазочувствительного преобразователя определяется только номинальной 50 составляющей входного сигнала при данном значении р физической величины, соответствующей значению входного сигнала для данного я при номинальном значении О и напРЯжениЯ ис» 55 точника опорного сигнала.

Соотношение 0од и номинального напряжений % r p U»Ä на вторичной обмотке трансформатора 8 удобно выбирать таким образом, чтобы при номинальном напряжении источника 6 опорного сигнала угол а(был равен нулю, при этом Ц = 0 и управляющие импульсы положительной и отрицательной полярностей равны по длительности. Подставив в к(о1) значение

oh = О, получаем из условия установившегося режима

2 0 k(*)-U -0 искомое соотношение

Оon гу2

-н "тР

При этом значение выходного сигнала фазочувствительного преобразователя как при номинальном для данного р значении входного сигнала, так и при его отклонениях от номинального значения в результате колебаний напряжения источника 6 опорного сигнала определяется выражением

Π=-= — 0

212 ос

BblX= g R „ВКн.

При изменении фазы входного сигнала на 180 изменяется знак эквивалентного входного сигнала и знак выходного напряжения фазочувстви тельного преобразователя. В общем случае с учетом фазового сдвига между входным сигналом uB>»=

= ц B>. 51п (м + ) и напряжением источника переменного тока последняя зависимость принимает вид

272 ос

=- — — 0 cesq. вк Ы-и

Таким образом, выходное напряжение фазочувствительного преобразователя при каждом значении угла практически не зависит от колебаний напряжения источника напряжения опорного сигнала.

Применение предложенного фазочувствительного преобразователя в устройствах измерения физических величин позволяет отказаться от использования сложных и дорогостоящих стабилизаторов напряжения источника опорного напряжения и обеспечивает при этом инвариантность выходного сигнала к колебаниям напряжения источника опорного сигнала.

1125738

1125738

Составитель О. Гаврилина

РедактоР И. НиколайчУк ТехРед М.Кузьма Корректор С. Черни

Заказ 8556/43 . Тираж 8б1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгор д, ул. Проектная, 4