PL153276B2 - TRANS0PT0R0WY PRZETWORNIK CZĘSTOTLIWOŚCI NA NAPIĘCIE STAłE - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

OPIS PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO

153 276

Patent tymczasowy dodatkowy do patentu nrZgłoszono: 88 12 28 /p. 276843/

Pierwszeństwo -Int. Cl.⁵ G01R 23/06

URZĄD

PATENTOWY

RP

Zgłoszenie ogłoszono: 89 10 02

Opis patentowy opublikowano:

1991 08 30

Twórca wynalazku: Janusz Mindykowski

Uprawniony z patentu tymczasowego: Wyższa Szkoła Mooska, Gdynia /Polska/

TRANS0PT0R0WY PRZETWOPRJIK CZĘSTOTLIWOŚCI NA NAPIĘCIE STAŁE

Przedmiotem w^nlazku jest tr^ssoptorowy przetwornik częstotliwości na napięcie stałe, przeznaczony do pracy w układach o częstotliwości sieciowej, szczególnie w ^koroniach wymigających galwanicznego oddzielenia napięcia o kontrolowanej częstotliwości i sygnału wyjściowego. W technice pomiarowej znanych Jest wiele układów przetwrzających częstotliwość na analogowy sygnał staooprddowy. Znane są hercomierze integracyjne, w których częstot^^Lwość określa się na podstawie pomiaru średniej wrtości prądu rozładowania kondensatora, wykonywane w dwóch odmianach. Wersja przyrządu z przełączaniem elektromechanicinym, charakteryzuje się młą dokładnością, zaś wersja bazująca na przełączaniu ilektΓoniczyym natrafia na szereg trudności konstrukcyjnych, m.in. wyraga oddzielnego stabilizowanego źródła zasilania układu przerzutnika. Znany jest również układ przetwornika częstotliwości napięć siecoowych na proporcjonalną wartość natężenia prądu stałego, oparty na dwóch szeregowych obwodach rezonansowych z diodami prostownikowymi. Znany układ wizuje szereg trudności w budowie, związanych z zastosowaniem układów rezonansowych z żelazem, a nadto z uwagi na swą złożoność charakteryzuje się mńejszą niezawodnością działania.

W technice pomiarowej znane są również elektroniczne przetworniki analogowe częstotliwości na napięcie stałe, bazujące na wzrraanńaczu operacyjnym bądź na mostku Clarka-Hessa. Niedogodnością tych układów jest konieczność stosowania dodatkowej kompensacji termicznej, spowodowana bądź zależnością temperaturową wejściowych napięć ni ez równowżenia wzmoru-aczy operacyjnych w piewszym przypadku, bądź też proDiemami związanymi z ro-zrzuTem parametrów tranzystorów i doborem par kompeemeniaΓnyci w drugim. Znane są taKże mootki do pomiaru częstotliwości, m.in. Wie na, Robinsona, Hay*a i rezonansowy, przy czym w zakresie częstotliwości siecoowych jako przetwornik częstotliwości na sygnał napięciowy lub prądowy najczęściej wkoozystuje się mootek Robinsona.

153 276 >

ί 153 276

Istotną wadą tego układu jest zależność sygnału wyjściowego od amplitudy badanego .napięcia oraz od częstotliwości własnej, dla Której mostek zostai skonstruowany. Nadto, błąd pomiaru tym mootkiem znacznie wzrasta, gdy napięcie zasilające zawora wyższe harmoniczne.

W technice pomiaro^j znane są również rozwiązania cyfrowe przetworników częstotliwość - napięcie. Przyrządy te, budowane są w oparciu bądź o pomiar /zliczanie/ częstotiwwości, bądź okresu czasu. W pierwszym przypadku, dla częstotliwości sieci owych wym.gany 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 lub też otrzymuje się przyrząd charakteryzujący się zbyt małą dokładnością.

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

Znane są także fotodetektory składające się z fotorezystoóów oraz układów dopasowujących, które stanowią rezystory nastawne posobne oraz rezystory nastawne bocznikujące. Znane są ponadto człony wyściowe w wskóraniu działającym jako przetwornik utworzone z szerggowego połączenia filtru dolnrpzzepustowego i wzi^ai-dacza końcowego oraz człony wyjściowe w wskóraniu dyiałającyu jako miernik, zawierające ^raannacz operacyjny zasilający wskaźnik ^skalowany w jednostkach częstotliwości. Znane są elementy transoptorowe nastawne, tj. takie, w których odległości między diodami elekt rdimiinescencyj nymi, a fotodetektorami są regulowane. Nadto, znane są rozwiązania, w których napięcie p^omnoze do zasilania części układu jest uzyskiwane z wejścia napięciowego głównego układu poprzez odpowiedni układ dopasowujący. W rozwiązaniu według wynalazku napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości jest podatne poprzez wejście napięciowe pierwsze na szeregowe połączenie dzielnika rezystancyjnego i układu przetwarzającego pierwszego oraz na dołączone równolegle do nich szeregowe połączenie czwóraika prjeunościowooΓezystanccjnego i układu przetwarzającego drugiego. Zaciski wejściowe obu układów przetwarzających dołączone są do dwu przekątnych - zasilającej i galwanomutΓyczaeJ mostka pierwszego. Mostek ten składa się z dwu szeregowo połączonych rezystorów i równolegle dołączonej gałęzi składającej się z szeregowo połączonych diod e lektrou mii hesconcj nych. Strumienie świetlne tych diod łączą na drodze optycznej mostek pierwszy z mostkiem drugim zasilaym stałą wrtością napięcia z wejścia napięciowego drugiego. Mootek drugi składa się z dwóch szeregowo połączonych rezystorów, między które włączony jest człon wyjściowy łączący je z dwora fotodetektorami zestawionymi w szereg i dołączonymi w ten sposób do wejścia napięci i owego drugiego. Każdy z układów przetwrzających składa się z połączonych szeregowo - prostownika linoowego, filtru dolnoprzeplstowegi i elementu przetwarzającego napięcie/prąd, przy czym są one zasilane z osobnego wjścia napięciowego trzeciego.

Układ według ^mlazku zapewnia dobrą dokładność działania przy młych wirtościach częstotLl^^ści i umoiiwia separację galwaniczną napięcia o kontrolowanej częstotliwości i sygnału ujściowego. Układ charakteryzuje się dużą czułością, która została osiągnięta przez prsrbao-bocynikową strukturę układu dopasowującego fotodetektora, co u^oożiwia odpowiedni dobór charakterystyk transoptorów, bez pogorszenia czułości poszczególnych fotodetektorów. W konsekwennci prowadzi to do lepszej czynników mogących zakłócić pomiar, np. temperatury. Dzięki zastosowaniu w wynalazku układu dopasowującego w konstrukcji jego fotodetektora, istnieje możliwość zbud^nia w praktycznym wykonaniu układu rającego niekoniecznie identyczne co do parametrów, diody elektroluminescencyjne oraz fo^^zystory. Układ według wr Głazku jest również niewrażliwy na zmiany amplitudy napięcia o kontrolowanej częstotliwości.

Wycalayek jest szczegółowo opisany na przykładzie jego wf l^coi^ i^jii i zobrazowany na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia scherat przetwornika, a fig. 2 scherat połączeń układu przetwarzającego. TΓlasoptrrowc przetwornik ązęstrtlOwrścl na napięcie stałe posiada wejście napięciowe pierwsze 1, do którego jest dołączone napięcie sieci o kontrolowanej

153 276 częstotliwości. Napięcie to jest podawane na szeregowe po-łączenie dzielnika rezystancyjnego 2 i układu przetwarzającego pierwszego 4 oraz na dołączone równooegle do nich szeregowe połączenie czwórnika pojemnościowo-rezystancyjnego 3 i układu przetwarzającego drugiego 5. Każdy z układów przetwarzających 4 i 5 przetwornika utworzony jest z szeregowego połączenia prostownika licowego 16, filtru dolnoprzepustowego 17 i elementu przetwarzającego napięcie/prąd 18, przy czym elementy te zasilane są z wejścia napięciowego trzeciego 19 dodatkowym napięciem stabilizowayym, które może być uzyskane z wejścia napięciowego pierwszego 1, poprzez odpowiedni układ dopasowujący lub podane z oddzielnego źródła napięciowego. Zaciski wyjściowe układów -przetwarzających 4 i 5 dołączone są do przekątnych mostka Ml, odpowiednio do przekątnej zasilające i ga lwa no meerycznej. Mootek Ml składa _ się z dwóch rezystorów 6 i 7 zestawionych szeregowo oraz z przyłączonych do nich równoJLegle dwóch diod elektroluminescencyjnych 8 i 9 zestawionych równńeż szeregowo, których strumienie świetlne łączą pierwszy mootek Ml w drodze optycznej z drugim mootkiem M2. Drugi rnotek m2 jest przyłączony do odrębnego wejścia napięciowego drugiego 14 i składa się z połączonych podobnie w szereg dwóch rezystorów 12 i 13, między które włączony jest człon wyjś^ci°wy 15, łączący je z dwoma fotodetektorami 10 i 11, połączonymi ze sobą w szereg i dołączonymi w ten sposób do w^scia napięciowego drugiego 14. Do wjścia 14 podawane jest napięcie pomoonicze o stałej wrrości, które może być uzyskane z wejścia napięciowego pierwszego 1 poprzez odpowiedni układ dopasowujący lub podane z oddzielnego źródła napięciowego. Fotodetektory 10 i 11 wykorzystane są w układzie dwuczujnikowego mostka różnicowego. Człon wyjściowy przetwornika 15 w wykonaniu działającm jako przetwornik jest utworzony z szeregowego połączenia filtru dolaoirzeplstowego i ^^mar^i^iacza końcowego, a w w^o^niu działającym jako miernik zawiera wzraannacz operacyjny zasilający wskaźnik wekslowany w jednostkach częstotliwości. Przetwornik według wynalazku działa w ten sposób, że do wjścia napięciowego pierwszego 1 doprowadzone jest napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości, przekształcone dalej na dwa wyprostowane prądy, z których jeden mi charakter rezystancyjac, a drugi - pojemnościowy. Prądy te podawane są na przekątne: zasilającą i galwanomeeΓyczaj mostka pierwszego M , przy czym wrtość prądu o charakterze rezcstancaaⁿm wyznacza punkt pracy trwasoptoróo T1 i T2.

Do przekątnej zasilającej mostka drugiego M2 dołączone jest napięcie pomośnacze o stałej wrrości z wejścia aapięnśoołgś drugiego 14. Przy zachowaniu warunku odpowiedniego dopasowania charakterystyk tr'ansoptoróo T1 i T2 wskazania członu wyjściowego 15 będą proporcjonalne do częstotliwości koatΓOŚooanego napięcia.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Transoptorwwy prz^wornk- częsśolliwości na mpięcee saałe iykoΓzyslający djoyy elektrolumiałsneanyjae oraz fotorezcstśry wraz z odpowiednimi układami dśiwsśwujjącmi zestawione w układach trwasoitoΓÓo nastawnych, znamienny tym, że przemienne napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości jest podawane poprzez wejście napięciowe pierwsze /l/ na szeregowe połączenie dzielnika rłzystwanyjaego /2/ i układu przetwarzającego pierwszego /4/ oraz na dołączone równoegle do nich szeregowe połączenie czwórn^a iojemnaściowoorezystaancjnłgo /3/ i układu przetwarzającego drugiego /5/, przy czym zaciski wyjściowe układów przetwarzających /4 i 5/ dołączone są do przekątnych - zasilającej i galonnomeeΓycznej mostka pierwszego /mV, składającego się z dwu zestawionych w szereg rezystorów /6 i 7/ i dołączonych do nich rówa>śeglł zestawionych podobnie w szereg dwu diod elektroluminescencyjnych /8 i 9/, których strumienie świetlne łączą mootek pierwszy /Ml/ w drodze optycznej z mootkiem drugim Λ2/, zasiany/m stałą wartością napięcia z wejścia napięciowego drugiego /14/, a składającym się z dwóch połączonych w szereg rezystorów /12 i 13-/, między które włączony jest człon wyjściowy /15/, łączący je z dwoma fotodetektorami /10 i 11/ zestawionymi w szereg i dołączonymi w ten sposób do wejścia napięciowego drugiego /14/.

   153 276
2. 2. Przetwornik w?dług zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z jego układów przetwarzających /4 i 5/ składa się z połączonych szeregowo: prostownika linóowego /16/, filtru dolnoprzepustowego /17/ i elementu przetwarzającego napięcie/prąd /18/, przy czym są one zasilane dodattowyrm napięciem stabilizoaayym z wejścia napięćoowego trzeciego /19/

   Fig. i

   Fig. <

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz. Cena 3000 zł