Цифровой преобразователь параметров датчиков индуктивного типа

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. Цифровой преобразователь параметров датчиков индуктивного типа включает в себя блок формирования импульсов, выход которого подключен к входам усилителей тока измерительного и опорного плеч устройства, а выходы усилителей подключены к LC-контурам чувствительных элементов измерительного и опорного плеч и к входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера. Блок формирования импульсов реализован на микроконтроллере, который выполнен с возможностью преобразования частоты колебаний в выходной сигнал и запрограммирован на преобразование напряжения на LC-контуре чувствительного элемента в цифровой код, с последующим вычислением спектра и определением частоты основной гармоники, а также с возможностью повторения указанного процесса измерений. Технический результат заключается в повышении точности преобразователя параметров индуктивных датчиков. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля технологических процессов, осуществляющих измерения механических и магнитных величин с помощью датчиков индуктивного типа.

Среди существующих устройств преобразования параметров индуктивных датчиков имеются устройства, принцип действия которых основан на преобразовании параметров датчика в частоту колебаний LC-контура и последующем преобразовании частоты в выходное напряжение (Мартяшин А.И., Шахов Э.К., Шляндин В.М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. - М.: Энергия, 1976). Данные устройства отличаются высокой чувствительностью к изменениям параметров датчиков, но на их точность существенно влияют функциональные элементы, осуществляющие преобразование частоты в выходной сигнал.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для преобразования параметров датчиков индуктивного типа (патент РФ №2339047, БИ №32, 2008 г.). Данное устройство содержит блок формирования импульсов, усилители тока измерительного и опорного плеч, выходы которых подключены к чувствительным элементам измерительного и опорного плеч датчика, компараторы измерительного и опорного плеч, вторые входы которых соединены с общей шиной, а выходы компараторов подключены к входам схемы «исключающее ИЛИ». Также устройство содержит интегратор, осуществляющий преобразование «время-амплитуда» серии импульсов, формируемых схемой «исключающее ИЛИ».

Недостатком прототипа является то, что использование в устройстве интегратора вносит существенную погрешность в результат преобразования параметров датчика вследствие влияния температуры на емкость конденсатора, входящего в состав интегратора.

Техническая задача изобретения состоит в повышении точности преобразователя параметров индуктивных датчиков.

Поставленная задача решена заявляемым изобретением.

Заявляется устройство для преобразования параметров датчиков индуктивного типа, содержащее блок формирования импульсов, усилители тока измерительного и опорного плеч, выходы которых подключены к чувствительным элементам измерительного и опорного плеч датчика, микроконтроллер с двумя встроенными аналого-цифровыми преобразователями. В отличие от прототипа вместо компараторов, схемы «исключающее ИЛИ» и интегратора для преобразования колебательных процессов в LC-контурах чувствительных элементов измерительного и опорного плеч в выходной сигнал использован микроконтроллер, осуществляющий аналого-цифровое преобразование напряжений на LC-контурах чувствительных элементов, вычисление спектра и определение частот основных гармоник колебательных процессов в измерительном и опорных плечах.

Структурная схема устройства представлена на чертеже, на котором изображены: блок формирования импульсов 1, усилитель тока 2 измерительного плеча, усилитель тока 3 опорного плеча, чувствительный элемент 4 измерительного плеча на основе параллельного LC-контура, чувствительный элемент 5 опорного плеча на основе параллельного LC-контура, микроконтроллер 6 с двумя встроенными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).

Блок формирования импульсов 1 реализован на микроконтроллере 6. Выход блока формирования импульсов 1 подключен ко входу усилителя тока 2 измерительного плеча и ко входу усилителя тока 3 опорного плеча; выход усилителя тока 2 измерительного плеча подключен к чувствительному элементу 4 измерительного плеча, а также ко входу первого аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 6; выход усилителя тока 3 опорного плеча подключен к чувствительному элементу 5 опорного плеча, а также ко входу второго аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 6.

Заявляемое изобретение, как и прототип, использует одинаковый принцип действия, основанный на возбуждении кратковременным импульсом тока колебательных процессов в измерительном и опорном плечах датчика и преобразовании разности частот колебаний в выходной сигнал. В отличие от аналоговых средств преобразования разности частот колебаний в выходной сигнал в устройстве использован микроконтроллер для цифрового преобразования напряжения на LC-контуре чувствительного элемента в цифровой код, формирования выборки с последующим вычислением спектра и определением частоты основной гармоники.

Устройство функционирует следующим образом. Электрический импульс U₁ с выхода блока формирования импульсов 1, пройдя через усилитель тока 2 измерительного плеча, возбуждает в чувствительном элементе 4 измерительного плеча колебательный процесс U₂, частота которого зависит от параметров измерительной катушки чувствительного элемента 4 измерительного плеча, изменяющихся под воздействием измеряемой физической величины. Аналогичный импульс с выхода усилителя тока 3 опорного плеча возбуждает в чувствительном элементе 5 опорного плеча колебательный процесс U₃, частота которого фиксирована. Напряжения U₁ и U₂ подают на входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера 6, преобразуют в цифровую форму и формируют две выборки, для которых вычисляют спектры, определяют частоты основных гармоник сигналов для измерительного и опорного плеч и находят разность этих частот, однозначно связанную с изменением параметров чувствительного элемента 4 измерительного плеча, вызванным воздействием на чувствительный элемент измеряемой физической величины. После этого процесс измерения физической величины, начинающийся с формирования электрического импульса U₁, повторяется.

Устройство может быть реализовано на электронных компонентах общего применения и используется для измерения механических, электрических и магнитных величин.

Цифровой преобразователь параметров датчиков индуктивного типа, включающий в себя блок формирования импульсов, выход которого подключен к входам усилителей тока измерительного и опорного плеч устройства, а выходы усилителей подключены к LC-контурам чувствительных элементов измерительного и опорного плеч и к входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера, отличающийся тем, что блок формирования импульсов реализован на микроконтроллере, который выполнен с возможностью преобразования частоты колебаний в выходной сигнал и запрограммирован на преобразование напряжения на LC-контуре чувствительного элемента в цифровой код с последующим вычислением спектра и определением частоты основной гармоники, а также с возможностью повторения указанного процесса измерений.