Преобразователь выходного сигнала дифференциально-трансформаторного датчика в цифровой код

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТРАНСФОРМАТОРНОГО ДАТЧИКА В ЦИФРОВОЙ КОД(71) Заявитель Гомельский политехнический институт(73) Патентообладатель Гомельский политехнический институт(57) 1. Преобразователь выходного сигнала дифференциально-трансформаторного датчика в цифровой код, содержащий источник переменного напряжения, первый выход которого соединен с шиной нулевого потенциала, отличающийся тем, что снабжен формирователем вектора опорного напряжения, делительным устройством,резистором, первый вывод которого соединен с первым выводом первичной обмотки дифференциальнотрансформаторного датчика, второй выводс первым выходом источника переменного напряжения, второй выход которого соединен со вторым выводом первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика,при этом первый и второй входы делительного устройства соединены с первым и вторым выводами вторичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика соответственно, а третий входс выходом формирователя вектора опорного напряжения, первый и второй входы которого подключены к выводам резистора, причем выходы делительного устройства являются выходами преобразователя. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что формирователь вектора опорного напряжения выполнен в виде усилителя, инверсный вход которого через последовательно включенные первый резистор и конденсатор соединен с источником входного сигнала и через второй резистор - с выходом усилителя, а неинвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала. 2563 1 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что делительное устройство состоит из интегрирующего формирователя управляющего сигнала, компаратора и аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, второй вход подключен через формирователь управляющего сигнала к первому входу, а третий вход соединен с выходом компаратора, первый вход которого подключен к первому выходу аналого-цифрового преобразователя, а второй - к вторичной обмотке дифференциально-трансформаторного датчика.(56) 1. Патент США 2439891, МПК 01 5/22, 1948. 2. А.с. СССР 864241, МПК 05 5/01, 1981 (прототип). Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в устройствах автоматического регулирования, управления и контроля, в частности в устройствах, где используется дифференциальнотрансформаторный преобразователь перемещения в электрический сигнал. Известно устройство, содержащее операционный усилитель, первый вход которого через первый резистор подключен к первому выходу источника переменного напряжения и через конденсатор - к выходу источника переменного напряжения и шине нулевого потенциала 1. Недостатком данного устройства является низкая точность, т.к. выходной сигнал устройства зависит от сопротивления первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика и величины питающего напряжения. Наиболее близким по технической сущности является устройство для преобразования сигнала дифференциально-трансформаторного датчика 2, содержащее интегратор, первый вход которого соединен с первым выходом источника переменного напряжения, второй вход - со вторым выходом источника переменного напряжения и шиной нулевого потенциала, выход - с первым входом преобразователя напряжение-ток, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход подключен к первичной обмотке дифференциально-трансформаторного датчика, вторичная обмотка соединена с приемником выходного сигнала. Рассматриваемое устройство обладает рядом недостатков, выяснить которые можно, используя математическое описание выходного напряжения дифференциально-трансформаторного датчика. Выходное напряжение дифференциально-трансформаторного датчика дэ( 90)0, где- ток первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика Мэ - эквивалентное значение взаимной индуктивности, определяемое положением плунжера и является единственным информативным параметром дифференциально-трансформаторного датчика М 0 - остаточная взаимная индуктивность, соответствующая положению плунжера на магнитной нейтрали- угол потерь дифференциально-трансформаторного датчика- угловая частота питающего напряжения. Для данного устройства ток первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика, где- первый резистор 3 С - конденсатор 4 К - коэффициент передачи преобразователя напряжение - ток, состоящего из транзистора 7, второго и третьего резистора 8 и 9 1 - напряжение источника переменного напряжения. При этом д зависит от на пряжения 1 и угла потерьи не равно нулю при нулевом значении информационного параметра Мэ. Результатом этого является низкая точность известного устройства. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении точности устройства путем формирования выходного сигнала устройства, зависящего только от информационного параметра дифференциально-трансформаторного датчика - эквивалентного значения взаимной индуктивности Мэ. Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в известный преобразователь выходного сигнала дифференциально-трансформаторного датчика, содержащий источник переменного напряжения, первый вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, согласно изобретению введены формирователь вектора опорного напряжения, делительное устройство, резистор, первый вывод которого соединен с первым выводом первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика, второй вывод - с первым выходом источника переменного напряжения, второй выход которого соединен со вторым выводом первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика, при этом первый и второй входы делительного устройства соединены с первым и вторым выводами вторичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика соответственно, а третий вход - с выходом формирователя вектора опорного напряжения, первый и 2 2563 1 второй входы которого подключены к выводам резистора, причем выходы делительного устройства являются выходами преобразователя. Благодаря тому, что в известный преобразователь выходного сигнала дифференциально-трансформаторного датчика введен формирователь вектора опорного напряжения достигается то, что выходной цифровой код не зависит от частоты питающего напряжения и угла потерь дифференциально-трансформаторного датчика введено делительное устройство, которое позволяет избавиться от изменения амплитуды питающего напряжения, а также вследствии фазочувствительных свойств делительного устройства получить на выходе преобразователя чистый ноль введен резистор, который позволяет получить сигнал пропорциональный питающему току дифференциально-трансформаторного датчика, в следствии чего можно получить выходной цифровой код, независящий от изменения активного сопротивления первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика, которое неизбежно при изменении температуры окружающей среды. На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя выходного сигнала дифференциальнотрансформаторного датчика в цифровой код на фиг. 2 - принципиальная схема устройства формирователя вектора опорного напряжения на фиг. 3 - блок - схема делительного устройства на фиг. 4 - принципиальная схема делительного устройства на фиг.5 - временные диаграммы работы делительного устройства на фиг. 6- схема замещения первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика, для случая, когда вторичная обмотка на холостом ходу на фиг. 7 - векторная диаграмма токов первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика, для случая, когда вторичная обмотка на холостом ходу. Схема преобразователя выходного сигнала дифференциально-трансформаторного датчика в цифровой код (фиг. 1) содержит источник переменного напряжения 1, дифференциально-трансформаторный датчик 2,резистор 3, формирователь вектора опорного напряжения 4, делительное устройство 5. Схема делительного устройства (фиг. 3) содержит интегрирующий формирователь управляющего сигнала 6, аналогово-цифровой преобразователь 7, компаратор 8. Первый выход источника переменного напряжения 1 соединен с первым выводом первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика 2, второй вывод которого соединен через резистор 3 с шиной нулевого потенциала и вторым выходом источника переменного напряжения 1. Сигнал с резистора 3 подается на первый и второй входы формирователя вектора опорного напряжения 4, выход которого соединен с третьим входом делительного устройства 5. Два других входа делительного устройства 5 подключены ко вторичной обмотке дифференциально-трансформаторного датчика 2. Первый вход аналого-цифрового преобразователя 7 и второй его вход через интегрирующий формирователь управляющего сигнала 6 подключены к источнику опорного напряжения 4, а третий вход соединен с выходом компаратора 8, первый выход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя 7, а второй - подключен ко вторичной обмотке дифференциально-трансформаторного датчика 2. В описании приняты обозначения 1 - вектор напряжения источника переменного напряжения 2 - вектор падения напряжения на резисторе ш о п ,о п - вектор и мгновенное значение опорного напряжения делительного устройства д ,д - вектор и мгновенное значение выходного сигнала дифференциально-трансформаторного дат чика дкв, дс - мгновенное значение квадратурной и синфазной составляющей д соответственно ин т ,ин т - вектор и мгновенное значение выходного сигнала интегратора- вектор тока первичной цепи дифференциально-трансформаторного датчика,- векторы составляющих тока Принцип действия устройства заключается в следующем. Ток, протекая по первичной обмотке дифференциально-трансформаторного датчика и сопротивлению ш, создают выходной сигнал дифференциальнотрансформаторного датчика(входного сопротивления формирователя вектора опорного напряжения). Напряжение 2 поступает на вход формирователя вектора опорного напряжения, принципиальная схема которого приведена на, а комплексный коэффициент пере 1112121 дачи. Модуль которого равен) . Введем обозначение 11,где- недосдвиг до 90 фазы выходного сиг 11 нала формирователя вектора опорного напряжения по отношению к фазе сигнала, поступающего на его вход. Тогда 1 1(11 ) 212 ( )и можно записать 21, а(902). Выходной сигнал формирователя вектора опорного напряжения Делительное устройство ДУ преобразует синфазную составляющую вектора переменного напряженияд в цифровой код . Примером его конкретной реализации может служить устройство, блок-схема, принципиальная схема которого приведена на фиг. 3 и фиг. 4. Временные диаграммы, поясняющие работу делительного устройства, изображены на фиг. 3. Тактовые импульсы ти поступают на динамический вход синхронизации АЦП типа К 572 ПВ 1 и обеспечивают преобразование сигнала в моменты, когда квадратурная составляющая этого сигнала равна нулю. Таким образом, выходной кодделительного устройства определяется выражением Угол потерь дифференциально-трансформаторного датчикаопределяется параметрами первичной обмотки, т.к. вторичная обмотка используется в режиме холостого хода. Схема замещения первичной обмотки приведена на Фиг.6,где- активное сопротивление первичной обмотки- потери в сердечнике- индуктивность первичной обмотки, и векторная диаграмма токов на фиг. 7.. . Величина угла определяется выражением(11). Очевидно, в случае если, что достигается подстройкой угла Таким образом, выходной сигнал устройства вых не зависит от питающего напряжения 1 и угла потерь дифференциально-трансформаторного датчика , а определяется только информацинным параметром - значением взаимной индуктивности Мэ - и равен нулю при Мэ 0. Используя резистор , формирователя опорного напряжения ФВОН, делительное устройство ДУ с соответствующими связями выгодно отличает данное устройство от известного устройства для преобразования выходного сигнала дифференциально-трансформаторного датчика, т.к. исключает влияние питающего напряжения и угла потерь дифференциально-трансформаторного датчика, т.е. повышает точность устройства. Фиг. 5 оставитель С.В. Лазарчук Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.