СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ИЗ СИГНАЛОВ ИНДУКЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ
GENERATION OF PULSES FROM RPM INDUCTION TRANSDUCER SIGNALS

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения, управления и аварийной защиты, в состав которых входят датчики, вырабатывающие двухполярные сигналы, в частности индукционные датчики частоты вращения и расхода.
Известен способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, в котором измеряют и сравнивают вольт-секундные площади двух соседних одинаковых по полярности полуволн двухполярных сигналов индукционного датчика частоты вращения, причем сначала измеряют вольт-секундную площадь S1 первой полуволны, запоминают ее максимальное значение S1к, вырабатывают пороговое значение Sпор1=Q·S1к, где Q<1, сравнивают S1к с пороговым значением Sпр.min, равным предельной минимальной допустимой величине вольт-секундной площади исследуемых полуволн сигналов, затем измеряют вольт-секундную площадь S2 второй полуволны, в процессе измерения сравнивают получаемые величины S2 с пороговым значением Sпор1 и при выполнении условий S1к>Sпр.min, S2>Sпор1 вырабатывают требуемый импульс. Одновременно с измерением вольт-секундной площади S2 запоминают ее максимальное значение S2к, вырабатывают пороговое значение Sпор2=Q·S2к, необходимое для реализации следующего цикла формирования импульсов. С поступлением каждого нового двухполярного сигнала индукционного датчика частоты вращения повторяют процесс формирования требуемого импульса. Способ нашел реализацию в устройстве [1].
Такой способ неэффективен при изменении амплитуды сигнала в широких пределах, так как при низком уровне входного сигнала снижаются пороговые значения, что, в свою очередь, уменьшает помехоустойчивость формирования импульсов из сигналов датчиков.
Из известных наиболее близким по технической сущности является способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [2], также основанный на измерении вольт-секундной площади, согласно которому:
1. Измеряют и сравнивают вольт-секундные площади двух соседних полуволн противоположной полярности двухполярных сигналов индукционного датчика частоты вращения, причем сначала измеряют вольт-секундную площадь S1 первой полуволны, запоминают ее максимальное значение S1к, вырабатывают пороговое значение Sпор1=Q·S1к, где Q<1, сравнивают S1к с пороговым значением Sпр.min, равным предельной минимальной допустимой величине вольт-секундной площади исследуемых полуволн сигналов, затем измеряют вольт-секундную площадь S2 второй полуволны, в процессе измерения сравнивают получаемые величины S2 с пороговым значением Sпор1 и при выполнении условий S1к>Sпр.min, S2>Sпор1 вырабатывают требуемый импульс, причем в процессе измерения вольт-секундной площади S1 первой полуволны сравнивают получаемые величины S1 с пороговым значением Sпр.min и в момент выполнения условия S1>Sпр.min вырабатывают разрешение на измерение вольт-секундной площади S2 второй (противоположной полярности) полуволны, которое отменяют в начале или после начала выдачи требуемого импульса, с поступлением каждого нового двухполярного сигнала индукционного датчика частоты вращения повторяют процесс формирования требуемого импульса.
2. В дополнение к п.1, что в процессе измерения вольт-секундной площади S2 второй (противоположной полярности) полуволны двухполярного сигнала индукционного датчика частоты вращения вырабатывают дополнительный параметр Sx=(1+Q)·S2/2, сравнивают его максимальную величину Sxk с пороговыми значениями Sпор1=Q·S1к и Sпор2=S1к и при выполнении условий S1к>Sпр.min, Sпор1<Sxк<Sпор2 (вместо условий S1к>Sпр.min, S2>Sпор1 по п.1) вырабатывают требуемый импульс.
Недостатком этого способа является существенная нестабильность фронта переключения компаратора, которая вызывается пологим фронтом вольт-секундной площади в районе переключения и действием различного рода помех на сравниваемые сигналы. Точность измерения частоты вращения периодомерным способом в этом случае падает. Кроме того, при наличии значительных по уровню помех (значение Q при этом необходимо установить ближе к 1) и при существенной нестабильности вольт-секундной площади входного сигнала возможны также пропуски импульсов.
Целью заявляемого способа является увеличение точности работы формирователя импульсов за счет повышения стабильности фронта переключения выходного сигнала.
1
1К
пop
1К
1К
пр. min
2
2
пор,
1К
пр. min
2
пор
=
Поставленная цель достигается тем, что в способе формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, в котором измеряют и сравнивают вольт-секундные площади двух соседних полуволн двухполярных сигналов индукционного датчика частоты вращения, причем сначала измеряют вольт-секундную площадь S первой полуволны, запоминают ее максимальное значение S, вырабатывают пороговое значение S Q*S, где Q<1, сравнивают S с пороговым значением S, равным предельной минимальной допустимой величине вольт-секундной площади исследуемых полуволн сигналов, затем измеряют вольт-секундную площадь S второй полуволны, в процессе измерения сравнивают получаемые величины S с пороговым значением Sсогласно предлагаемому способу при выполнении условий S>S, S>Sвырабатывают сигнал разрешения переключения компаратора, а переключение компаратора и сброс сигнала разрешения переключения компаратора производят при переходе входного сигнала индукционного датчика через ноль.
В предлагаемом способе переключение выходного сигнала формирователя происходит не при достижении вольт-секундной площади своего порогового значения, как в прототипе, а при переходе сигнала с датчика через ноль. При достижении вольт-секундной площади своего порогового значения в предлагаемом способе только снимается блокирование переключения компаратора, формирующего выходной сигнал формирователя.
Блокирование переключения компаратора при уровне вольт-секундной площади ниже своего порогового значения позволяет, как и в прототипе, устранить ложные срабатывания формирователя при наличии помех во входном сигнале с датчика уровнем до 80-90% от уровня полезного сигнала. Переключение выходного сигнала формирователя при переходе сигнала с датчика через ноль, т.е. в области максимального градиента входного сигнала компаратора, позволяет стабилизировать фронт переключения формирователя, что повышает точность работы формирователя.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и позволяет повысить точность работы формирователя в условиях наличия различного рода помех.
с
В приведенном на фиг.1 варианте реализации предлагаемого способа сигнал е индукционного датчика частоты вращения поступает на компаратор 1 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, выходной код которого пересылается в процессор 3, вычисляющий вольт-секундную площадь полуволн входного сигнала и одновременно выполняющий функции управления компаратором 1. Выход компаратора является выходом схемы формирователя, а также подключается к входу процессора 3.
пор
пр. min
пор
Компаратор 1 переключается при переходе входного сигнала через ноль при разрешающем сигнале от процессора 3. АЦП 2 совместно с процессором 3 определяют вольт-секундную площадь текущей полуволны входного сигнала, процессор 3 вычисляет уровень порога S. По результатам сравнения вольт-секундную площадь текущей полуволны входного сигнала с порогами S и S процессор 3 формирует разрешающий сигнал для компаратора 1.
Все элементы, входящие в состав устройства, могут быть реализованы в виде отдельных функциональных узлов или аппаратно-программными средствами микроконтроллера, оснащенного компаратором и АЦП.
пр. min
пор
пр.
min
с
пр. min
пр. min
пор
Работает устройство следующим образом (фиг.2). При настройке формирователя в зависимости от параметров входного сигнала и ожидаемого уровня помех задаются величина коэффициента Q, минимальный порог срабатывания компаратора S; величина текущего порога Sустанавливается равной S. После включения формирователя АЦП 2 циклически выбирает входной сигнал е с датчика частоты вращения, преобразует его в цифровой код и пересылает в процессор 3 с частотой, существенно большей частоты входного сигнала. В исходном состоянии работа компаратора 1 разрешена управляющим сигналом Еn=1 процессора 3. При первом переходе входного сигнала через ноль компаратор 1 срабатывает и процессор 3 по этому сигналу запрещает переключение компаратора 1 (En=0). Одновременно с переходом входного сигнала через ноль процессор 3 начинает суммировать выборки АЦП 2 и сравнивать полученную текущую сумму S с порогом S. После достижения условий S>S и S>Sпроцессор 3 разрешает переключение компаратора 1 (En=1).
с
пор
При последующих переходах входного сигнала е через ноль компаратор 1 срабатывает, процессор 3 запрещает переключение компаратора 1 (En=0) и по величине накопленной суммы S за всю предшествующую полуволну входного сигнала вычисляет величину текущего порога S=Q·S, затем начинает накапливать выборки в новую сумму S.
пор
В случае наличия помехи с величиной S менее S входной сигнал переходит через ноль при заблокированном компараторе 1 и не переключается.
пор
пр. min
Таким образом, формирователь импульсов не воспринимает помехи во входном сигнале с величиной S менее S≥S и обеспечивает стабильность фронта переключения независимо от уровня блокируемых импульсов, что позволяет повысить точность измерения частоты вращения.
Источники информации
1. Патент RU 2173022 C2, МПК7 Н03К 5/153, опубл. 27.08.2001 г.
2. Патент RU 2352058 C1, МПК Н03К 5/153, опубл. 10.04.2009 г.