RU1827537C - Устройство дл преобразовани углового перемещени в фазу электрического сигнала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и имеет целью повышение точности устройства дл  преобразовани  углового перемещени  в фазу электрического сигнала, которое содержит поворотный трансформатор, первична  обмотка которого выполнена из п последовательно соединенных секций с токоотводами, к которым присоединены конденсаторы дл  образовани  замедл ющей системы, а вторична  обмотка выполнена сосредоточенной в виде рамки и размещена на ферромагнитном роторе , предназначенном дл  св зи с контролируемым объектом. Благодар  конечному времени распространени  по первичной обмотке трансформатора электрического сигнала , имеющего частоту, линейно св занную с фазовой скоростью его распространени  по этой обмотке, измен етс  сдвиг фазы сигнала, наводимого во вторичной обмотке трансформатора, относительно фазы питающего напр жени  на его первичной обмотке. 4 ил, w Ё

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  угловых перемещений различных объектов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности.

На фиг. 1 представлена конструктивна  схема поворотного трансформатора; на фиг. 2 -электрическа  схема устройства дл  преобразовани  углового перемещени  в фазу электрического сигнала; на фиг. 3 и 4 показана структура формировател  питающего сигнала: компаратор фазы и питающий генератор , управл емый по частоте.

Устройство дл  преобразовани  угловых перемещений в фазу электрического сигнала представл ет собой замедл ющую

систему и содержит цилиндрический каркас 1 из диэлектрического материала, выполненную на нем первичную обмотку 2, состо щую из секций, включенных последовательно и размещенных на поверхности каркаса 1 по образующим цилиндра на боковой поверхности и по диаметру на верхнем и нижнем основании с шагом по углу. Внутри каркаса 1 расположен ротор 3. св зываемый в процессе измерени  посредством вала 4 с контролируемым объектом . На роторе размещена вторична  обмотка 5, выполненна  односекционной, рамочного типа. Выводы вторичной обмотки 5 через полость вала 4 подсоединены к зажимам 6 (металлическим кольцам). К крайним выводам секций первичной обмотки 5

00

ю VJ

СЛ СО

VI

могут быть дополнительно подключены емкостные элементы 7. Выводы 8 и 9 обмотки возбуждени  подключены к формирователю питающего сигнала, состо щего из питающего генератора 10, управл емого напр жением и компаратора фазы 11. управл ющего частотой генератора 10. Один вывод 8 первичной обмотки 2 соединен с выходом питающего генератора 10, управл ющий вход которого подключен к выходу компаратора фазы 11, один вход которого присоединен к началу, выводу 8, первичной обмотки 2,нагруженной на согласующее сопротивление ZH, примерно равное ее волновому сопротивлению, а другой вход - к концу, выводу 9, первичной обмотки выходу питающего генератора 10 и входу измерител  12 разности фаз, информационный вход которого подключен ко вторичной обмотке 5.

Компаратор фазы 11 может быть выполнен , например, в виде двух компараторов 13 и 14 сигналов, входы которых соединены с выводами 8, 9 первичной обмотки 2, а выходы  вл ютс  первыми входами вентилей 15, 16 и 17, 18 соответственно. Вторые входы вентилей 16, 15, 17, 18 подключены к пр мым и инверсным выходам соответственно первого 19 и второго 20 триггеров, входы установки в логическую 1 и О которых соединены с выходами вентилей 15, 18, 17, 16, причем пр мые выходы триггеров также подключены к управл ющим входам коммутатора аналоговых сигналов 21, аналоговые входы которого подключены к разнопол р- ным опорным напр жени м, а выход к входу интегратора 22, выход интегратора 22 соединен с управл ющим выходной частотой входом питающего генератора 10, который в свою очередь реализован, например, в виде генератора управл емого напр жением 23, компаратора 24, счетчика 25. соединенных последовательно, коммутатора аналоговых сигналов 26, управл ющий вход, которого подключен к выходу счетчика 25. а аналоговый вход - к выходу генератора 23, выход коммутатора 26 подсоединен к входу усилител  мощности 27, выход которого  вл етс  выходом питающего генератора 10.

Устройство работает следующим образом .

Электрический сигнал, поступающий с выхода питающего генератора 10 на вывод 8 первичной обмотки 2, генерирует волну тока заданной формы, котора  в момент по влени  сигнала начинает распростран тьс  по обмотке датчика с фазовой скоростью , определ емой реактивными параметрами цепи первичной обмотки. Изменение фазы тока обмотки относительно входного сигнала на секцию первичной обмотки эквивалентно временному сдвигу At, поэтому ЭДС. наводима  током обмотки возбуждени  в измерительной обмотке будет пропорциональна величине

Us Us 2) sln(w(t +Atk)

k 0

cos{(k-V)A$.(1)

где Us. Ue - мгновенное и амплитудное значение напр жений на выводах поворотного трансформатора;

w - кругова  частота питающего тока;

к 0,1,2п - номер секции обмотки

возбуждени ;

а, Да - абсолютный угол и шаг, по углу, расположени  секции первичной обмотки;

р/Аа; р - угол поворота ротора.

Напр жение с зажимов 6 вторичной обмотки 5 поступает на вход измерител  разности фаз 12, а с вывода 9 первичной обмотки 2 на вход компаратора 13 компаратора фазы 11, на другой компаратор 14 которого подаетс  сигнал с выхода питающего генератора 10. Пороги срабатывани  компараторов выбраны таким образом, что компаратор 13 выдает напр жение высокого уровн  в момент окончани  сигнала на выводе 8 первичной обмотки и остаетс  в этом состо нии, а компаратор 14 - в момент по влени  сигнала на выводе 9 первичной обмотки и возвращаетс  в состо ние низкого уровн  при окончании последнего. Начало цикла измерени  определ етс  моментом по влени  питающего сигнала на выводе 8 первичной обмотки 2, конец - положительным фронтом компаратора, который срабатывает последним.

Цифровые сигналы с компараторов 13 и 14 через вентили 15-18 поступают на триггеры 19,20, срабатывающие по положительному фронту. Поэтому, если сигнал на выходе первичной обмотки по витс  раньше , чем произошло окончание возбуждающего сигнала, компаратор 14 выдаст активный фронт раньше компаратора 13. Этот сигнал, пройд  через разрешенный напр жением логической 1 (с инверсного выхода триггера 19) вентиль 18, подключит посредством коммутатора 21, например, положительное напр жение на вход интегратора 22. Изменение напр жени  на выходе интегратора будет происходить до момента срабатывани  компаратора 13, сигнал с выхода которого через вентиль 16, разрешенный логической 1 с пр мого выхода триггера 20, установит последний в исходное состо ние, а состо ние триггера 19 не изменитс .

Если раньше сработает компаратор 13, то произойдет аналогичное переключение триггера 19 и на вход интегратора будет подано отрицательное напр жение.

Сигнал с выхода интегратора поступает на управл ющий вход питающего генератора 10 и осуществл ет подстройку его частоты в соответствии с соотношением

wAt Aa .(2)

Секции первичной обмотки включены последовательно и распределены по окружности каркаса с угловым шагом

Ла т /(п +1).(3)

где т 1,2,...;

п - число секций.

Поэтому окончательное выражение примет вид

us у Us sin (ft)t ) .(4)

Следовательно, фаза напр жени  в из- мерительной обмотке, обусловленна  потоком индукции обмотки возбуждени , линейно зависит от угла поворота ротора.

Выражение (4) справедливо в случае отсутстви  в первичной обмотке 2 отражен- ных волн, что обеспечиваетс  работой питающего генератора 10 следующим образом . Выходной сигнал генератора 23 преобразуетс  в цифровой с помощью компаратора 24 и поступает на счетчик 25. который посредством управлени  коммутатором 26 обеспечивает формирование выходного сигнала стробируемого генератора 10 в виде отрезка синусоиды. Длительность запирающего коммутатор состо ни  счет- чика 24 выбираетс  из услови  затухани  отраженных волн, возникающих после окончани  цикла измерени . Таким образом, на врем  цикла измерени  сигнал, распростран ющийс  по первичной обмотке,  вл - етс  падающей волной тока. Поскольку дл  падающей волны справедливо соотношение

),(5)

где /3- волновой коэффициент или фазова  посто нна ;

УФ - фазова  скорость.

или ft ( До/Д t).

(6)

5

10

15

20

5 0 5 0

5

0

где I - коэффициент,определ емый размерами поворотного трансформатора, то выполнение (2) означает ft const.

Из этого следует независимость фазы ЭДС, наведенной во вторичной обмотке, от электрических параметров датчика, напр жени  источника питающего сигнала, несинусоидальности его выходного сигнала и дрейфа этих параметров от воздействи  внешних дестабилизирующих факторов. Кроме того.при увеличении частоты возбуждающего сигнала возможно снижение габаритов и веса устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  преобразовани  углового перемещени  в фазу электрического сигнала , содержащее поворотный трансформатор, питающий генератор переменного тока, присоединенный одним выводом к началу первичной обмотки трансформатора, шину нулевого потенциала , к которой присоединен второй вывод питающего генератора, симметрирующее сопротивление и подключенный к выводам вторичной обмотки трансформатора измеритель разности фаз, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, он снабжен компаратором фазы, один вход которого присоединен к началу, а второй - к концу первичной обмотки трансформатора, питающий генератор выполнен с управл ющим его выходной частотой входом, к которому присоединен выход компаратора фазы, а поворотный трансформатор выполнен в виде размещенной на ферромагнитном роторе сосредоточенной вторичной обмотки рамочного типа, размещенной на диэлектрическом каркасе, охватывающем ротор, первичной обмотки, котора  состоит из последовательно соединенных k секций с токоотводами, распределенными по окружности каркаса с посто нным угловым шагом Да m л/п + 1, где m - целое число, и п конденсаторов, каждый из которых присоединен между токоотводом от соответствующей секции первичной обмотки и шиной нулевого потенциала, а симметрирующее сопротивление присоединено к концу последней секции первичной обмотки

   .

   - t /

   ., V

   fe.Ј

   .ЗСоставитель Е.Скоробогатов

   Редактор С.КулаковаТехред М.МоргенталКорректор М.Петрова

   Заказ 2352ТиражПодписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., 4/5

   Лее./

   #(/

   9ul.f