PL150113B2 - Transoptorowy przetwornik odchyłki częstotliwości od wartości znamionowej - Google Patents

Description

OPIS PATENTOWY

150 113

PATENTU TYMCZASOWEGO

Patent tymczasowy dodatkowy do patentu nr

Zgłoszono: 88 02 03 (P. 270457)

Pierwszeństwo

URZĄD

PATENTOWY

PRL

Int. Cl.⁴ G01R 23/00

Zgłoszenie ogłoszono: 88 11 10

Opis patentowy opublikowano: 1990 08 31

Twórca wynalazku: Janusz Mindykowski

Uprawniony z patentu tymczasowego: Wyższa Szkoła Morska, Gdynia (Polska)

Transoptorowy przetwornik odchyłki częstotliwości od wartości znamionowej

Przedmiotem wynalazku jest transoptorowy przetwornik odchyłki częstotliwości od wartości znamionowej, przeznaczony do pracy w układach o częstotliwości sieciowej, szczególnie w wykonaniach wymagających galwanicznego oddzielenia napięcia o kontrolowanej częstotliwości i sygnału wyjściowego.

Powszechnie znane hercomierze różnych typów są w zasadzie miernikami o obustronnie ograniczonym zakresie. Przez zmianę skalowania tych mierników można uzyskać przetwornik odchyłki częstotliwości od wartości znamionowej.

W technice pomiarowej znane są hercomierze wibracyjne języczkowe, w których wykorzystuje się zjawisko rezonansu mechanicznego. Hercomierze te wykazują szereg niedogodności, do których zalicza się zmianę wskazań spowodowanych kumulowaniem się efektów zmęczeniowych materiałów, z których wykonane są języczki oraz wpływ drgań mechanicznych na wskazania. Znane są również hercomierze ilorazowe, wykonane w oparciu o elektromagnetyczne, elektrodynamiczne lub magnetoelektryczne ustroje pomiarowe. Do podstawowych wad tych przyrządów neleży niezbyt duża dokładność oraz stosunkowo duży pobór mocy własnej.

Znane są również hercomierze integracyjne, w których częstotltiwość określa się na podstawie pomiaru średniej wartości prądu rozładowania kondensatora, wykonywane w dwóch odmianach. Wersja przyrządu z przełączaniem elektromechanicznym charakteryzuje się małą dokładnością, zaś wersja bazująca na przełączaniu elektronicznym natrafia na szereg trudności konstrukcyjnych, m.in. wymaga oddzielnego stabilizowanego źródła zasilania układu przerzutnika.

Znany jest również układ przetwornika częstotliwości napięć sieciowych na proporcjonalną wartość natężenia prądu stałego, oparty na dwóch szeregowych obwodach rezonansowych. Znany układ wykazuje szereg trudności w budowie, związanych z zastosowaniem układów rezonansowych z żelazem, a nadto z uwagi na swą złożoność charakteryzuje się mniejszą niezawodnością działania.

W technice pomiarowej znane są również hercomierze cyfrowe, w oparciu o które można wykonać przetwornik odchyłki częstotliwości od wartości znamionowej. Przyrządy te, bazują na

150 113 zliczaniu częstotliwości, bądź na pomiarze okresu czasu. W pierwszym przypadku, dla częstotliwości sieciowych wymagany czas pomiaru jest zbyt długi, co utrudnia zastosowanie tych układów np. do budowy automatycznych synchronizatorów. Natomiast w drugim przypadku zachodzi konieczność stosowania złożonych i kosztownych członów przetwarzających i kalkulacyjnych, bądź też otrzymuje się przyrząd charakteryzujący się zbyt małą dokładnością.

Znane jest także wykorzystanie diod elektroluminescencyjnych i fotorezystorów zestawionych w układach transoptorów do separacji galwanicznej obwodów.

W urządzeniu według wynalazku przemienne napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości podawane jest poprzez wejścia napięciowe pierwsze na szeregowe połączenie kondensatora i mostka prostowniczego pierwszego oraz na dołączone równolegle do nich szeregowe połączenie rezystora i mostka prostowniczego drugiego. Do zacisków wyjściowych mostków prostowniczych pierwszego i drugiego dołączone są filtry dolnoprzepustowe pierwszy i drugi, zasilające diody elektroluminescencyjne pierwszą i drugą. Diody te na drodze sprzężenia optycznego połączone są z mostkiem różnicowym. Mostek różnicowy zasilany jest stałym napięciem pomocniczym z wejścia napięciowego drugiego i składa się z połączonych szeregowo fotodetektorów pierwszego i drugiego. Między tymi fotodetektorami włączony jest człon wyjściowy łączący je z dwoma zestawionymi w szereg potencjometrami.

Korzystne jest, jeśli fotodetektory pierwszy i drugi składają się każdy z fotorezystora oraz układu dopasowującego, który stanowią potencjometr posobny i potencjometr bocznikujący. Korzystne jest także, jeśli w wykonaniu działającym jako przetwornik człon wyjściowy jest utworzony z szeregowego połączenia filtru dolnoprzepustowego i wzmacniacza końcowego, zaś w wykonaniu działającym jako miernik człon wyjściowy zawiera wzmacniacz operacyjny zasilający wskaźnik wyskalowany w jednostkach odchyłki częstotliwości. Korzystne jest ponadto, jeśli odległości między diodami elektroluminescencyjnymi pierwszą i drugą, a fotodetektorami pierwszym i drugim są regulowane. Również korzystne jest, jeśli stałe napięcie pomocnicze doprowadzane do wejścia drugiego zasilającego mostek różnicowy, pobierane jest po wyprostowaniu z wejścia napięciowego pierwszego.

Układ według wynalazku zapewnia dobrą dokładność działania przy małych wartościach częstotliwości i umożliwia separację galwaniczną napięcia o kontrolowanej częstotliwości i sygnału wyjściowego. Układ charakteryzuje się dużą czułością, która została osiągnięta przez posobnobocznikową strukturę układu dopasowującego fotodetektora, co umożliwia odpowiedni dobór charakterystyk transoptorów, bez pogorszenia czułości poszczególnych fotodetektorów. W konsekwencji prowadzi to do lepszej kompensacji czynników mogących zakłócić pomiar np. temperatury. Dzięki zastosowaniu w przetworniku, według wynalazku, układu dopasowującego w konstrukcji jego fotodetektora, istnieje możliwość zbudowania w praktycznym wykonaniu układu mającaego niekoniecznie identyczne, co do parametrów, diody elektroluminescencyjne oraz fotodetektory. Układ według wynalazku jest również niewrażliwy na zmiany amplitudy napięcia o kontrolowanej częstotliwości.

Wynalazek jest szczegółowo opisany na przykładzie jego wykonania i zobrazowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat przetwornika, a fig. 2 - schemat budowy jego fotodetektora.

Transoptorowy przetwornik odchyłki częstotliwości od wartości znamionowej posiada wejście napięciowe pierwsze 1, do którego jest dołączone napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości. Napięcie to jest podawane na szeregowe połączenie kondensatora 2 i mostka prostowniczego pierwszego 4 oraz na dołączone równolegle do nich szeregowe połączenie rezystora 3 i mostka prostowniczego drugiego 5. Do zacisków wyjściowych mostków prostowniczych pierwszego 4 i drugiego 5 dołączone są filtry dolnoprzepustowe pierwszy 6 i drugi 7, które zasilają diody elektroluminescencyjne pierwszą 8 i drugą 9. Dzięki sprzężeniu optycznemu, diody elektroluminescencyjne - pierwsza 8 i druga 9 przetwarzają odpowiednie wartości prądów na proporcjonalne zmiany konduktancji fotodetektorów pierwszego 10 i drugiego 11, wykorzystanych w układzie dwuczujnikowego mostka różnicowego M. Mostek ten jest zasilany stałym napięciem pomocniczym, które może być uzyskane z wejścia napięciowego pierwszego 1, po wyprostowaniu.

Mostek różnicowy M składa się z dwóch połączonych szeregowo fotodetektorów pierwszego 10 i drugiego 11, między które włączony jest człon wyjściowy 15, łączący je z dwoma zestawionymi

150 113 w szereg potencjometrami 12 i 13. Każdy z fotodetektorów 10 i 11 przetwornika składa się z fotorezystora 16 oraz dołączonych do niego szeregowo i równolegle potencjometrów 17 i 18, stanowiących jego układ dopasowujący. Człon wyjściowy przetwornika 15 w wykonaniu działającym jako przetwornik jest utworzony z szeregowego połączenia filtru dolnoprzepustowego i wzmacniacza końcowego, a w wykonaniu działającym jako miernik zawiera wzmacniacz operacyjny zasilający wskaźnik wyskalowany w jednostkach odchyłki częstotliwości.

Przetwornik według wynalazku działa w ten sposób, że do wejścia napięciowego pierwszego 1 doprowadzone jest napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości. Dla mostka różnicowego M zasilanego stałym napięciem pomocniczym z wejścia napięciowego drugiego 14, ustala się częstotliwość znamionową (odniesienia) poprzez odpowiedni dobór wartości elementów przetwornika np. potencjometrów 12 i 13. Przy zachowaniu odpowiednich warunków konstrukcyjnych dla mostka M wskazania członu wyjściowego 15 będą proporcjonalne do odchyłki częstotliwości badanego napięcia od częstotliwości znamionowej mostka.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Transoptorowy przetwornik odchyłki częstotliwości do wartości znamionowej zaopatrzony w diody elektroluminescencyjne i fotorezystory zestawione w układach transoptorów, znamienny tym, że przemienne napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości podawane jest poprzez wejście napięciowe pierwsze (1) na szeregowe połączenie kondensatora (2) i mostka prostowniczego pierwszego (4) oraz na dołączone równolegle do nich szeregowe połączenie rezystora (3) i mostka prostowniczego drugiego (5), przy czym do zacisków wyjściowych mostków prostowniczych pierwszego (4) i drugiego (5) dołączone są filtry dolnoprzepustowe pierwszy (6) i drugi (7) zasilające diody elektroluminescencyjne pierwszą (8) i drugą (9), które na drodze sprzężenia optycznego połączone są z mostkiem różnicowym (M) zasilanym stałym napięciem pomocniczym z wejścia napięciowego drugiego (14), składającym się z połączonych szeregowo fotodetektorów pierwszego (10) i drugiego (11), między które włączony jest człon wyjściowy (15), łączący je z dwoma zestawionymi w szereg potencjometrami (12 i 13).
2. 2. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że fotodetektory pierwszy (10) i drugi (11) składają się każdy z fotorezstora (16) oraz układu dopasowującego, który stanowią potencjometr posobny (18) i potencjometr bocznikujący (17).
3. 3. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że jego człon wyjściowy (15) w wykonaniu działającym jako przetwornik jest utworzony z szeregowego połączenia filtru dolnoprzepustowego i wzmacniacza końcowego.
4. 4. Przetwornik według zastrz. 1. znamienny tym, że jego człon wyjściowy (15) w wykonaniu działającym jako miernik zawiera wzmacniacz operacyjny zasilający wskaźnik wyskalowany w jednostkach odchyłki częstotliwości.
5. 5. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że odległości między diodami elektroluminescencyjnymi pierwszą (8) i drugą (9) a fotodetektorami pierwszym (10) i drugim (11) są regulowane.
6. 6. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że stałe napięcie pomocnicze doprowadzane do wejścia napięciowego drugiego (14) zasilającego mostek różnicowy (M) pobierane jest po wyprostowaniu z wejścia napięciowego pierwszego (1).

   Fig. 1

   Fig.2.

   Pracownia Poligraficzna UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 1500 zł