CS215913B1 - Zapojení pro zpraoování signálů generátorových fázových měřicích zařízení s proměnnou hodinovou frekvencí - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zapojení generátorových fázových měřicích zařízení s úhlovými nebo lineárními snímaži polohy, která umožňuje výrobu proměnné hodinové frekvence pro ěíslicový fózoměr nebo číslicově fázový převodník. Podstatou zapojení podle vynálezu je obvod fázové synchronizace, skládající se o z fázového detektoru, dolnopropustného β filtru, napětově řízeného oscilátoru a děliče frekvence, zapojenými v sérii. Oborem použití zapojení podle vynálezu jsou odměřovací polohy, např. pro NC obráběcí stroje.

Description

Vynález ee týká zapojení pro zpracování signálů generátorových měřicích zařízení s proměnnou hodinovou frekvencí, umožňující číslicové vyhodnocení.

Fázová měřici zařízení lze rozdělit na zařízení transformátorového a generátorového typu. Typická transformátorová fázová zařízení pro měření úhlů jsou selsyny, pro měření délek induktosyny. Selsyn, případně induktosyn, je v podstatě transformátor ae statorovým primárním vinutím, napájeným zdrojem střídavého, nejčastěji dvoufázového napětí a sekundárním vinutím na rotoru selsynu, příp. běžci induktosynu. Otáčením rotoru selsynu, příp. posunováním běžce induktosynu, se mění fáze mezi sekundárním a primárním napětím. Tím je úhlová poloha rotoru selsynu, příp. podélná poloha běžce induktosynu, dána velikostí fáze.

Frekvence napájecího napětí selsynu, příp. induktosynu, je odvozena v číslicových měřieíoh a řídicíoh systémech z tzv. hodinové frekvence hodinového oscilátoru'. Tento oscilátor, např. krystalem řízený, vyrábí napětí o frekvenci podstatně vyšěí, např. 1 OOOx vyšší, než je frekvence potřebná pro napájení. Napětí o napájecí frekvenci se obdrží z napětí o frekvenci oscilátoru pomocí děliče frekvence. V uvedeném případě se dělí frekvence oscilátoru 1 OOOkrát.

Hodinová frekvence, jejíž velikost je matematicky přesným násobkem napájecí frekvence, je nezbytná pro číslicové zpracování fázové informace, která se provede pomocí známých číslicových fázoměrů, příp. číslicově fázových převodníků.

Generátorová fázová měřicí zařízení, která jsou v mnoha případech výhodnější než transformátorová, vyrábějí sama signály, resp. dvě střídavé napětí, jejichž fáze je dána úhlovou polohou snímacích hlav úhlovýoh snímačů, příp. podélnou polohou snímacích hlav lineárních snímačů. Číslicové zpracování signálů generátorových fázových měřicích zařízení nelze pomocí číslicových fázoměrů, příp. pomocí číslicově fázových převodníků, provést, nebot neexistuje potřebná hodinová frekvence.

Jak bylo již uvedeno, musí být velikost hodinové frekvence matematicky přesným násobkem napájecí frekvence transformátorových fázových měřicích zařízení. Pro generátorová fázová měřicí zařízení musí být velikost hodinové frekvence matematicky přesným násobkem frekvenoe signálů, které v generátorovém fázovém měřicím zařízení vznikají. Řešení tohoto problému je obtížné, nebot frekvence napětí indukovaných ve snímacích hlavách jsou závislé na otáčkách rotorů generátorových fázových měřicích zařízení. Tyto rotory jsou vesměs poháněny asynchronními motorky, jejichž otáčky kolísají vlivem zatížení a vlivem kolísání frekvenoe sítového napětí. Proto i frekvence napětí indukovaných ve snímacích hlavách generátorových fázových měřicích zařízení kolísají.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení pro zpracování signálů generátorových fázových měřicích zařízení podle vynálezu, které umožňuje jejich vyhodnocení v číslicových měřicích a řídicích systémech, přičemž pro výrobu napětí o hodinové frekvenci se použije obvod fázové synchronizace, skládající se z fázového detektoru, dolnopropustného filtru, napětově řízeného oscilátoru a děliče frekvence. Podstata zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že výstup pevné snímací hlavy je spojen s prvním vstupem fázového detektoru, jehož výstup je přes dolnopropustný filtr spojen se vstupem napětově řízeného oscilátoru, k jehož výstupu je připojen dělič frekvence a vstup pro hodinovou frekvenci číslicového fázo2

215 913 měru, zatímco výstup děliče frekvence je jako zpětná vazba spojen s druhým vstupem fázové ho detektoru, přičemž výstup pevné snímací hlavy i výstup oběžné snímací hlavy jsou oba spojeny rovněž se dvěma měřicími vstupy číslicového fázoměru.

Tímto zapojením se vyrobí napětí o hodinové frekvenci, která je matematicky přesným násobkem frekvence signálu generátorového fázového měřicího zařízení, 1 když tento signál frekvenčně kolísá. Hodinová frekvence kolísá také, přičemž matematicky přesný poměr obou frekvencí nutný pro číslicové zpracování zůstává konstantní.

Vynález je schematicky znázorněn na výkresech, kde na obr. 1 je generátorové fázové měřicí zařízení znázorněno ozubeným kolečkem, na obr. 2 je znázorněno blokové schéma zapojení podle vynálezu.

V příkladném provedení generátorového měřicího zařízení na obr. 1 je toto vybaveno ozubeným kolečkem 1 z feromagnetického materiálu, otáčejícím se pomocí elektromotorku 2.

V blízkosti obvodu ozubeného kolečka £ je umístěna pevná snímací hlava £ a oběžná snímací hlava £. Snímací hlavy £, £ jsou opatřeny permanentními magnety £, á P^r<> předmagnetizaci. Blokové schéma zapojení znázorněné na obr. 2 značí zapojení pro zpracování signálů úhlového generátorového fázového měřicího zařízení z obr. 1 a obsahuje výstup pevné snímací hlavy £, který je spojen s prvním vstupem fázového detektoru £, jehož výstup je přes dolnopropustný filtr 8 spojen se vstupem napětově řízeného oscilátoru £. K výstupu oscilátoru 2 á^e připojen vstup děliče frekvence 10 a vstup pro hodinovou frekvenci fh číslicového fázoměru 11. zatímco výstup děliče frekvence 10 je zpětně spojen s druhým vstupem fázového detektoru £. Výstup pevné snímací hlavy £ a výstup oběžné snímací hlavy £ jsou oba spo jeny rovněž se dvěma měřicími vstupy číslicového fázoměru 11.

Funkce generátorového fázového měřicího zařízení spočívá v tom, že otáčením ozubeného kolečka £ se indukují ve vinutích snímacích hlav £, £ střídavá napětí o frekvenci f a n . z, kde n jsou otáčky ozubeného kolečka £ /ót/sec7, z je počet zubů ozubeného kolečka £.

Například při otáčkách ozubeného kolečka £ n » 10 ot/sec a počtu zubů z 1 000 se indukují ve snímacích hlavách £, £ střídavá napětí o frekvenci f n . z » 10 kHz.

Při pohybu oběžné snímací hlavy £ se změní frekvence f_Q napětí indukovaného v této hlavě na Í_Q n , z + k . í, kde k jsou otáčky obíhání oběžné hlavy £ /ót/sec7. Frekvence f_Q napětí indukovaného v pevné snímací hlavě £ se nemění f· n . z.

Informace o poloze oběžné snímací hlavy £ je obsažena v členu k . z, který způsobí fázovou změnu signálu f_Q proti signálu f_p. To je principem generátorových fázových měřicích zařízení. Nevýhodou je, jak již bylo uvedeno, že člen k . z je spojen s členem n . z tedy s frekvencí kolísající s otáčkami n.

Při zapojení pro zpracování signálů úhlového generátorového měřicího zařízení podle obr. 2 se napětí z pevné snímací hlavy £ o frekvenci f_p vede jako referenční napětí do fázového detektoru £. Fázový detektor £, dolnopropustný filtr 8, napětově řízený oscilátor 2. a dělič frekvence 10 tvoří obvod fázové synchronizace, který pracuje takto: Předpokládejme podle výše uvedeného příkladu, že frekvence napětí indukovaného v pevné snímací hlavě £ je f > 10 kHz. Napětově řízený oscilátor £ je proveden tak, že při řídi215 913 oím nulovém vstupním napětí U 0 vyrábí napětí o frekvenci f_h N f_p^ např. f 1 000 f b 10 MHz. Dělič frekvence 10 dělí tuto frekvenci Nkrát, např. 1 OOOkrét, takže na jeho výstupu je napětí o frekvenci f» 10 kHz. Toto napětí se vede jako zpětná vazba do fázováho detektoru χ. Pokud jsou frekvence obou vstupních napětí fázového detektoru X, t.j. napětí z pevné snímaoí hlavy 2 a napětí z děliče frekvence 10 přesně stejné a fáze mezi nimi nulová, je střední výstupní napětí fázového detektoru χ nulové a nulové je i výstupní napětí filtru 8. Toto napětí je řídicím napětím U napěťového řízeného oscilátoru. Při těchto poměrech (při U = 0) je obvod fázové synchronizace v rovnovážném stavu. Pokud se změní kolísáním otáček ozubeného kolečka χ frekvence vznikne fázový posuv mezi frekvencemi fpjfp· Na výstupu fázového detektoru X a na výstupu filtru 8 vznikne napětí 0 úměrné fázovému posuvu. Řídicí napětí U změní frekvenci napěťově řízeného oscilátoru 2 tak, aby opět platilo f - fí a U 0, resp, aby obvod fázové synchronizace byl opět v rovnovážném stavu.

Tímto zapojením se získává na výstupu napěťově řízeného oscilátoru £ napětí o frekvenci f_h, která je Nkrát vyšěí, než je frekvence f_p pevné snímaoí hlavy 2 úhlového generátorového měřicího zařízení. Násobek N je dán dělicím poměrem děliče frekvence 1_0. Frekvenci f_h « N f_p napěťově řízeného oscilátoru 2 lze použít jako hodinovou frekvenci, neboť její velikost je dána matematicky přesným násobkem hodnoty frekvence f^. Je zřejmé, že při kolísání frekvence f^ se mění i frekvence f_h N . f_p. Násobek N však zůstává konstantní.

Hodinová frekvence f_h napěťově řízeného oscilátoru 2. frekvence f pevné snímaoí hlavy χ a frekvence f_Q oběžné snímací hlavy £ se vedou např. do číslicového fázoměru ΐχ, který číslicovou formou indikuje změny fázového posunu mezi frekvenoemi f_p, f_Q pevné a oběžné snímací hlavy 2» £» úhlového generátorového fázového měřicího zařízení.

Claims (1)

1. Zapojení pro zpracování signálů generátorových měřicích zařízení s proměnnou hodinovou frekvencí, obsahující číslicové vyhodnocovací zařízení, vyznačuj-fw-f se tím, že výstup pevné snímací hlavy (3) je spojen s prvním vstupem fázového detektoru (7), jehož výstup je přes dolnopropustný filtr (8) spojen se vstupem napěťově řízeného oscilátoru (9), k jehož výstupu je připojen jednak vstup děliče frekvence (10) a jednak vstup pro hodinovou frekvenci (f_h) číslicového fázoměru (11), zatímco výstup děliče frekvence (10) je zpětně spojen s druhým vstupem fázového detektoru (7), přičemž výstup pevné snímaoí hlavy (3) a výstup oběžné snímaoí hlavy (4) jsou spojeny rovněž se dvěma měřioími vstupy číslicového fázoměru (11).