Способ преобразования пилообразного напряжения в отрезки синусоиды

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ и ц 65О) 8!

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.11.75 (21) 2314804/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Опубликовано 28,02.79. Бюллетень Ме 8 (45) Дата опубликования описания 28.02.79 (51) М. Кл.-

Н 02М 5/18

Государственный комитет (53) УДК 621.314.2 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

А. Д. Руднев

Украинский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПИЛООБРАЗНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ОТРЕЗКИ СИНУСОИДЫ

Изобретение относится к технике преобразования напряжений и может быть использовано в функциональных преобразователях.

Известен способ преобразования пилообразного напряжения в колебания произвольной формы с использованием оптических масок (1). В этом способе пилообразное напряжение развертки имитируется линейным взаимным перемещением маски (с 1О соответствующей кривой кромки) и фотоприемника, а сигнал фотоприемника является выходной величиной. Однако этот способ требует трудоемкой подготовки маски при изменении отрезков кривой, точность преоб- 15 разования невысока из-за ручной обработки кромки маски и погрешности ее крепления, а границы отрезков не могут управляться электрически.

Известен также способ преобразования, использующий потенциометрические преобразователи (1), пригодный для преобразования пилообразного напряжения в чередующиеся отрезки синусоиды. Достигается это специальными видами намотки и соединения поворотных потенциометров. Однако эти преобразователи также не приспособлены к смене диапазона изменения отрезков, обладают «люфтом», свойственным всякой механической системе; и не позволяют электрически изменять диапазон изменения отрезков (2).

Известен также способ преобразования путем выборки мгновенных значений периодического сигнала, использованный в устройстве. Преобразование в этом способе заключается в понижении частоты входного сигнала с сохранением любой его формы (в том числе синусоидальной). Однако этот способ не позволяет преобразовать пилообразное напряжение в отрезки синусоиды, поскольку выходной сигнал в нем всегда повторяет форму входного (2).

В практике же приборостроения возникают задачи, когда требуемое гармоническое напряжение необходимо изменять в произвольных отрезках, значение которых задается электрически. Например, в устройствах с точечным датчиком, предназначенных для измерения длины соринок в бумажном полотне в процессе его производства, необходимо сканирование датчика по ширине полотна. Однако взаимное движение датчика и полотна вносит погрешность измерения (по временным интервалам). Определение градиента размеров соринок возможно сравнением результатов измерений при нескольких разных (фиксированных) скоростях сканирования, однако это черезмерно замедлит получение резучьтата. Поэтому такис

650181 измерения производят с переменной скоростью сканирования, причем тску1ци11 результат R(t) отличается в этом случае от результата R(t — т), соответствующего предыдущему моме11ту Времени, на Вели 1ину, Ilpoпорциопальную изменению скорости сканирования.

Величина разностного сигнала б=

= (Я (/) — R (t — т) ) характеризует чувствительность системы, и повышение б возможно лишь увеличением крутизны нарастания скорости или увеличением интервала т.

Н» то, ни другое не желательно: первое поскольку сканирующая система механическая и при повышенных скоростях не обеспечивает надежности, второе — из-за недостоверности сравнения результатов измерения далеко отстоящих участков полотна.

Отсюда следует, что чувствительность

cIicTñмы черезвычайно мала,:1 для ееэффективного использования необходима строгая функциональность сканирования. Наибольшая достоверность определения функциональности присуща гармоническим сигналам (среди нелинейных сигналов). Максимум чувствительности для разных размеров соринок может соответствовать различной крутизне изменения скорости сканирования, поэтому отрезки гармонического сигнала, определяю1цие крутизну изменения скорости, должны «перемещаться» электрическим путем. Л именно эти признаки не присущи известным способам.

По технической сущцосг11 из извссп1ы: способов напболес близким к 11р;,",.-ожс.lllliму яв -»lcTcя устройство (2 .

Недостатком известного способа является невозможность преобразования пилообразного напряжения в отрсз1;и синусоиды с электрически управляемыми границами.

Цель1о изобретения является преобразование пилообразного напряжения в отрезки синусоиды с электрически уп р авл яеM ы ми грапицами.

Поставленная цель достш ается тем, что в способе преобразования пилообразного напряжения в отрезки синусоиды путем выборки мгновенных значений периодического сигнала формируют два опорных сигнала, частоты которых много выше частоты преобразуемого напряжения, приче л один из формируемых сигналов синусоидальный, изменяют сдвиг фаз между опорными сигналами пропорционально амплитуде преобразуемого нагряжения в прсделах, ограничивающих заданные отрезки синусоиды, и запоминают мгновенные значения синусоидального опорного сигнала, соответствующие нулевым значениям другого опорного сигнала и сохрапя1от эти значения в интервалах между указанными моментами.

В предложенном способе происходит понижение частоты опорного сигнала, определяющего форму выходного напряжения.

»

1 I)

3О

Зэ

-!О

1;)

Преобразуемое же пилообразное напряжение определяет частоту выходного напряжения. Причем преобразование может начинаться с любой фазы опорного сигнала, а не только с нулевой, как это происходит в извсстном способе. 1огда выходное напряжение будет представлять периодическую последовательность отрезков синусоиды, лежащих в интервале фаз р1 — 1рр. В частном случае, когда

При линейном изменении фазового сдвига нулевое начальное напряжение «пилы» будет соответствовать нулевому фазовому сдвигу. Сдвигу фаз 360 будет соответствовать максимальное значение пилообразного напряжения. Поскольку и напряжение «пилы» и фазовый сдвиг мгновенно меняют максимальные свои значения на нулевые значения следующего периода, то циклическое изменение фазы ме5кду двумя опорными сигналами от О до, .60 равноценно непрерывному бесконечному увеличению фазового сдвига. Тогда синусоидальный опорный сигнал будет отл1гчаться от второго опорного сигнала по частоте на величину I cT0TI I 11реобо азу iio o 11;1пряжения, H фазовый сдвиг между опорными сигналами с частотой f2 будет увеличиваться на (/1// ) .360 за каждый период опорного сигнала.

Следовательно, запоминая мгновенные значсния синусоидальчого опорного сигнала, запоминаются все точки синусоиды, отстоящис друг от друга на (fi/f2) .360 . Таким образом, а выходе образуется ступенчатая аппроксимация синусоидального напряжения с количеством «ступенек» в периоде т=f>/fi. Увеличивая отношение fq/fi, можно добиться допустимого значения погрешности аппроксимации AU=fIUIII/f2, где

U0 — амплитудное значение опорного синусоидального сигнала.

Режим процесса, изображенного на фиг.

1, соответствует. сдвигу фаз между синусоидальным опорным сигналом Uo и вторым сигналом в пределах Π— 360 синхронно с входным напряжением частоты fi. Выходное напряжение У„„на фиг. 1 условно изображено без ступенек аппроксимации.

Момс ITbl запоминания мгновенных значений напряжения Uo соответствуют фронтам опорного напряжения U02. Период U»» ðàвен периоду У,„а амплитуда и форма соответствуют Uo . Значение частоты f2 не критично и может колебаться в широких пре650181

1О

25 зо

55 делах. При изменении фазового сдвига между сигналами U< и U„ - в пределах 0 — 180" (фиг. 2) за период преобразуемого сигнала выходное напряжение будет представлят собой выпрямленное напряжение. Такой режим преобразования может быть назван режимом детектирования. Фактически жс режим детектирования является в данном способе частным случаем режима преобразования «пилы» в отрезки синусоиды. В этом случае синхронно с преобразуемым напряжением U» сдвиг фаз между опорными сигналами изменяют в тех пределах, которые соответствуют требуемым отрезкам синусоиды входного напряжения. На фиг. 2 для примера показано преобразование «пилы» в отрезки синусоиды от 90 до 270 .

Как явствует из описания и чертежа, погрешность преобразования зависит от отношения частоты f2 опорных сигналов к частоте fl «пилы», и снижение частоты f2 однозначно определяет рациональную область применения способа — инфранизкие частоты.

Искажения выходного сигнала могут быть сведены к минимуму, так как синусоидальное напряжение Upk относительно высокой частоты нетрудно получить с малыми нелинейными искажениями. Поскольку же к стабильности этой частоты нет никаких требований, то для этой цели могут быть использованы большинство LС-генераторов.

Следовательно, искажения синусоидального сигнала будут в основном определяться количеством ступенек аппроксимации, которое зависит лишь от выбора соотношения f2/fk.

Устройство для реализации предлагаемого способа преобразования пилообразного напряжения в синусоидальное (фиг. 3) содержит источник 1 пилообразного напря .кения, делитель 2 напряжения, фазовращатель 3, содержащий управляющую цепь, детектор

4 фронтов, запоминающее устройство 5.

Выход источника 1 пилообразного напряжения через делитель 2 напряжения соединен с управляющей цепью фазовращателя

3, нагруженного через детектор 4 фронтов на управляющий вход запоминающего устройства 5, выход которого является выходом устройства, а к рабочему входу, соединенному с рабочим входом фазовращателя

3, подключен источник сипусоидального опорного напряжения Uok.

Преобразуемое напряжение делится с помощью делителя 2 напряжения таким образом, чтобы максимальное значение напряжения «пилы», снимаемого с делителя 2, в точности соответствовало управляющему напряжению фазовращателя 3, обеспечивающему 360 -й фазовый сдвиг опорного напряжения Uo . Детектор 4 фронтов формирует короткие импульсы, соответствующие фронтам сдвинутого по фазе напряжения

U<2. Эти импульсы периодически включают запоминающее устройство 5, фиксирующее мгновснныс значения опорного спнусоидального напряжения.

Совокупность мгновенных значений, отстоящих друг от друга на величину фазового сдвига 360 (f,/f>), образует на выходе синусоидальное напряжение частоты преобразуемого пилообразного напряжения /ь

Предложенный способ преобразования напряжения с выборкой мгновенных значений опорного синусоидального сигнала выгодно отличается от известных способов тем, что позволяет преобразовывать пилообразное напряжение и в непрсрывное синусоидальное напряжение и в произвольные периодические отрезки синусоиды. При этом точность способа определяется практически лишь соотношением частот f2 и fk. К стабильности частоты опорного синусоидального сигнала не предъявляется строгих требований, поскольку моменты запоминания определяются линейно нарастающим фазовым сдвигом.

Предложенный способ может быть использован для формирования синхронных— пилообразного и синусоидального — напряжений в измерительных генераторах, для формирования периодических отрезков синусоиды (в произвольных пределах) в устройствах аналогового моделирования процессов, а также в устройствах фазовой модуляции инфранизкпх частот. Практическое нспользованис предложенного способа может не только расширить функциональные возможности существующих устройств, но позволяет проводить принципиально новые виды преобразований.

Формула изобретения

Способ преобразования пилообразного напряжения в отрезки синусоиды путем вы60PKkk мгkkoBeHkiblx 3kl3 kelkkkÉ»сРиодического сигнала, отл и ч а и щи и с я тем, что, с целью регулирования длительности отрезков, формируют два опорных сигнала, частота которых вышс частоты преобразуемого напряжения, и один из них яьляется синусоидальным, изменяют сдвиг фаз между опорными сигналами, пропорционально амплитуде преобразуемого напряжения в пределах, ограничивающих заданные отрезки синусоиды, и запоминают мгновенные значения синусоидального опорного сигнала, соответствующие моментам нулевого значения другого опорного сигнала, причем в интервалах между указанными моментами этп значения также запоминают.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Лебедев А. Н. Счетно-решающие устройства. 1958, гл. X III, IX.

2. Патент Beëklêîîðèòàíèè М 1334523, кл.

G 01R 13, 34, 1974, 650181 у2

О риг ) бы. (У=9о-rzo (1,,О,/г

Корректор А. Степанова

Редактор Б. Герцен

Заказ 27!7/12 Изд. ¹ 161 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Ъ,г у(ъ) 5х ч(п„„

Составитель Ю. Андреев

Техред H. Строганова