Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения, управления и аварийной защиты, в состав которых входят датчики, вырабатывающие двухполярные сигналы, в частности индукционные датчики частоты вращения и расхода. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости. Устройство содержит два компаратора, соединенные один непосредственно, а второй через инвертор с источником входного сигнала, также введены источник опорного сигнала, выходы которого соединены с входами компараторов, измеритель частоты, соединенный по входу с выходом второго компаратора, измеритель скорости изменения частоты, соединенный по входу с выходом измерителя частоты, управляющим входом источника опорного сигнала, и таймер, вход запуска которого соединен с выходом первого компаратора, первый управляющий вход подключен к выходу второго компаратора, второй управляющий вход соединен с выходом измерителя скорости изменения частоты, третий управляющий вход подключен к выходу измерителя частоты, а выходы соединены, соответственно, с управляющими входами компараторов. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения, управления и аварийной защиты, в состав которых входят датчики, вырабатывающие двухполярные сигналы, в частности индукционные датчики частоты вращения и расхода.

Известно устройство формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [1], основанное на принципе селекции входного сигнала по площади. Его недостатком является недостаточная надежность, обусловленная тем, что для формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения используется только одна полярность сигнала.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство, реализующее способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [2]. Его структурная схема приведена на фиг.1, на фиг.2 представлена осциллограмма выходного сигнала индукционного датчика частоты вращения.

Устройство содержит блок измерения вольт-секундной площади S₁ первой полуволны двухполярного сигнала e_c индукционных датчиков вращения 1, блок запоминания 2, блок сравнения 3, инвертор 4, блок измерения вольт-секундной площади S₂ второй полуволны двухполярного сигнала e_c индукционных датчиков частоты вращения 5 и блок управления 6. Выходной сигнал e_c индукционных датчиков частоты вращения подается на входы блока измерения вольт-секундной площади S₁ первой полуволны двухполярного сигнала e_c индукционных датчиков вращения 1, блока управления 6 и через инвертор 4 на вход блока измерения вольт-секундной площади S₂ второй полуволны двухполярного сигнала e_c индукционных датчиков частоты вращения 5. Выходы блока запоминания 2 и блока измерения вольт-секундной площади S₂ второй полуволны двухполярного сигнала e_c индукционных датчиков частоты вращения 5 соединены с входами сравнения блока запоминания 2. Второй выход блока запоминания 2 соединен с входом задания порога Sпор1 блока сравнения 3 и входом блока управления 6. Выходы блока управления 6 соединены, соответственно, с входами управления блоков сравнения 3 и запоминания 2, а также входами управления блоков измерения вольт-секундной площади S₁ первой полуволны двухполярного сигнала е_с индукционных датчиков вращения 1 и S₂ второй полуволны двухполярного сигнала ес индукционных датчиков частоты вращения 5.

Работа индукционных датчиков частоты вращения основана на законе Фарадея, согласно которому индуцированная ЭДС е_с определяется скоростью изменения магнитного поля Ф, сцепленного с катушкой из W витков [3]:

.

В рассматриваемом случае изменение магнитного поля вызывается пересечением силовых линий поля магнита датчика выступами вращающегося возбудителя [4]. При входе возбудителя в магнитное поле в катушке индуцируется первая полуволна сигнала, а при его выходе - вторая полуволна, имеющая противоположную полярность (фиг.2).

Вольт-секундная площадь S_1к первой полуволны такого сигнала примерно равна аналогичной площади S_2к второй (противоположной полярности) полуволны, а отношение этих площадей R=S_1к/S_2к близко к 1, не зависит от погрешности установки зазора между датчиком и возбудителем, характеристик самого возбудителя и остается постоянным в широком диапазоне частоты вращения. Амплитуда сигнала е_с возрастает по линейному законы с увеличением частоты вращения, а длительность уменьшается.

Работает устройство следующим образом. Блок управления 6 содержит пороговые элементы (компараторы) и логические схемы. При превышении входным сигналом е_с заданного на компараторы блока управления 6 порога обнаружения вырабатывается сигнал разрешения измерения S₁ и подается на блок измерения вольт-секундной площади 1. В блоке измерения вольт-секундной площади 1 осуществляется интегрирование входного сигнала е_с до тех пор, пока входной сигнал е_с не станет меньше заданного в блоке управления 6 порога обнаружения. При этом выходной сигнал блока измерения вольт-секундной площади 1 достигает значения S_1к. Если значение S_1к превышает пороговое значение Sпр.min, равное предельной минимальной допустимой величине вольт-секундной площади исследуемых полуволн сигналов S₁к>Sпр.min, и блок управления 6 обнаружит вторую полуволну сигнала е_с, то на выходе блока управления 6 появится сигнал разрешения измерения S₂ в блоке измерения вольт-секундной площади 5 во время действия второй полуволны сигнала е_с, а также сигнал разрешения сравнения текущего результата измерения Sxк с пороговым значением Sпор1=Sпор₁=Q·S₁к (Q незначительно меньше единицы), сформированным в блоке запоминания 2 из сигнала S₁к.

В блоке сравнения 3 выполняется сравнение площадей Sxк с Sпор₁ или Sxк с S₁к. В случаях S₂>Sпop₁ или Sxк≈S₁к вырабатывается требуемый импульс.

Недостатком этого устройства является низкая помехоустойчивость. В случае действия во время всего сигнала е_с однополярной помехи или действия импульсной помехи, совпадающей по знаку и времени появления с первой из полуволн сигнала е_с или противоположной по знаку второй полуволне, ни одно из условий S₂>Sпор₁ или Sxк≈S₁ не выполняется, и сигнал не обнаруживается. Кроме того, низкочастотная двухполярная помеха, например от сети питания переменного тока, даже малой амплитуды может иметь то же значение вольт-секундной площади каждой из полуволн, что и сигналы индукционных датчиков вращения. Появление такой помехи приведет к ложному обнаружения сигнала.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение помехоустойчивости. Поставленная достигается тем, что в формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий два компаратора, соединенные один непосредственно, а второй через инвертор с источником входного сигнала, согласно предлагаемому изобретению введены источник опорного сигнала, выходы которого соединены с входами компараторов, измеритель частоты, соединенный по входу с выходом второго компаратора, измеритель скорости изменения частоты, соединенный по входу с выходом измерителя частоты, управляющим входом источника опорного сигнала, и таймер, вход запуска которого соединен с выходом первого компаратора, первый управляющий вход подключен к выходу второго компаратора, второй управляющий вход соединен с выходом измерителя скорости изменения частоты, третий управляющий вход подключен к выходу измерителя частоты, а выходы соединены, соответственно, с управляющими входами компараторов.

На фиг.3 приведена структурная схема предлагаемого устройства формирователя импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения.

Устройство состоит из источника опорного сигнала 1, инвертора 2, компараторов 3 и 4, таймера 5, измерителя частоты 6 и измерителя скорости изменения частоты 7.

Двухполярный сигнал индукционного датчика частоты вращения е_с подается на вход компаратора 3 и через инвертор 2 на вход компаратора 4. Вторые входы компараторов 3 и 4 подключены, соответственно, к выходам источника опорного сигнала 1, соединенного по цепи управления с выходом измерителя частоты 6. Выход компаратора 3 соединен с входом запуска таймера 5, а выход компаратора 4 подключен к первому управляющему входу таймера 5 непосредственно, через измеритель частоты 6 к третьему управляющему входу. Второй управляющий вход таймера 5 соединен с выходом измерителя скорости изменения частоты 7. Выходы таймера 5 соединены, соответственно, с управляющими входами компараторов 3 и 4. Выход компаратора 3 является выводом требуемого импульса 8, выход измерителя частоты 6 соединен с входом измерителя скорости изменения частоты 7 и служит выводом результата измерения частоты вращения 8, а выход измерителя скорости изменения частоты 7 является выводом значения скорости изменения частоты 10.

Все элементы, входящие в состав устройства, могут быть реализованы в виде отдельных функциональных узлов или программным способом при использовании микроконтроллера, оснащенного компараторами, таймером и цифроаналоговым преобразователем.

Работает устройство следующим образом. В начале работы порог срабатывания компараторов 3 и 4 задается источником опорного сигнала 1, равным половине минимально возможной амплитуды сигнала индукционного датчика частоты вращения е_с, выбору порогов срабатывания компараторов 3 и 4, равных половине минимально возможной амплитуды сигнала индукционного датчика частоты вращения е_с. Благодаря этому обеспечивается устойчивая работа устройства в случае действия во время всего сигнала е_с однополярной помехи, не превышающей порог срабатывания компараторов 3 и 4, при знакопеременной помехе, противофазной сигналу е_с и удовлетворяющей тому же условию. То есть устройство обеспечивает устойчивую работу при отношениях амплитуд сигнала и помехи свыше двух. Мощная однополярная импульсная помеха, совпадающая по знаку и времени появления с одной из полуволн сигнала е_с, также не влияет на работу устройства, так как условие превышения сигналом е_с половины своей минимально возможной амплитуды не нарушается.

Когда входной сигнал устройства становится больше порога срабатывания, на выходе компаратора 3 появляется импульс запуска таймера 5. Таймер 5 вырабатывает импульс, длительность которого равна ожидаемой длительности второй полуволны двухполярных импульсов индукционного датчика частоты вращения. Этот импульс поступает на управляющий вход компаратора 4, разрешая его работу. Если за время действия этого импульса вторая проинвертированная полуволна входного сигнала е_с превысит половину своей минимально возможной амплитуды, компаратор 4 сработает, и на его выходе 8 появится требуемый импульс. После получения не менее трех импульсов на выходе 9 устройства появляется результат измерения частоты вращения, а на входе 10 - результат измерения скорости изменения частоты. При этом таймер 5 начинает вырабатывать импульсы управления компараторами 3 и 4, время появления и длительности которых зависят от экстраполируемого на основе известных времени появления последнего требуемого импульса на выходе 8, результатов измерения частоты и скорости ее изменения, соответственно, на выходах 9 и 10. Одновременно в соответствии с результатами измерения частоты увеличивается значение опорного сигнала компараторов на выходе источника опорных сигналов 1. В начале работы на управляющем входе компаратора 3 всегда присутствует сигнал разрешения на работу. Если во время открытия компараторов 3 и 4 их срабатывания не происходит, то есть сигнал индукционного датчика частоты вращения не обнаруживается в ожидаемое время, то устройство возвращается в исходное состояние до появления на выходе 8 трех новых импульсов.

Выработка сигналов управления компараторами 3 и 4 (стробирование) адаптивно к значению измеряемой частоты и скорости ее изменения позволяет исключить ложные срабатывания устройства в случае появления знакопеременной помехи любой амплитуды в паузах между сигналами индукционного датчика частоты вращения. Кроме того, с возрастанием частоты сигнала е_с увеличивается значение выходного сигнала источника опорных сигналов 1, что также увеличивает помехоустойчивость устройства в области сигналов е_с высокой частоты.

Таким образом, введение в устройство новых блоков и связей между ними обеспечивает повышение помехоустойчивости устройства.

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий два компаратора, соединенные один непосредственно, а второй - через инвертор с источником входного сигнала, отличающийся тем, что в него введены источник опорного сигнала, выходы которого соединены с входами компараторов, измеритель частоты, соединенный по входу с выходом второго компаратора, измеритель скорости изменения частоты, соединенный по входу с выходом измерителя частоты, управляющим входом источника опорного сигнала, и таймер, вход запуска которого соединен с выходом первого компаратора, первый управляющий вход подключен к выходу второго компаратора, второй управляющий вход соединен с выходом измерителя скорости изменения частоты, третий управляющий вход подключен к выходу измерителя частоты, а выходы соединены соответственно с управляющими входами компараторов.