ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ИЗ СИГНАЛОВ ИНДУКЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ
SHAPE OF PULSES FROM SIGNALS OF INDUCTION ROTATION FREQUENCY SENSORS

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 [1].
Известно устройство формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [2], состоящее из двух компараторов, инвертора, источника опорного сигнала, измерителей частоты и скорости изменения частоты, таймера.
Недостатком этого формирователя импульсов является достаточно высокая сложность, низкая надежность, обусловленная, в частности, недостаточной помехоустойчивостью в случае появления различного рода помех, действующих после снятия блокирования компараторов, отсутствие возможности перенастройки параметров формирователя импульсов пользователем.
Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство, реализующее способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения [3]. Устройство содержит входной фильтр 1 низкой частоты, компаратор 6, первый ЦАП 2 в качестве источника напряжения смещения сигнала датчика, второй ЦАП 5 в качестве источника опорного сигнала компаратора 6, АЦП 3, центральный процессор (ЦП) 4 и транзисторный ключ Т. Компаратор 6, транзисторный ключ Т, АЦП 3, ЦАП 2, ЦАП 5 и ЦП 4 являются встроенными компонентами микроконтроллера 7. Отличительной особенностью этого устройства является квазипостоянный уровень амплитудного значения напряжения с датчика на выходе входного фильтра во всем диапазоне измеряемой частоты, плавающий уровень порогов срабатывания компаратора по отношению к уровню напряжения с датчика, возможность диагностирования входных цепей с датчика на наличие короткого замыкания и разрыва.
Недостатком этого формирователя импульсов является недостаточная точность формирования импульсов за счет отсутствия возможности перенастройки параметров пользователем, что не позволяет обеспечивать высокое качество обработки входного сигнала формирователем при изменении параметров формирователя для различных приложений.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности формирования импульсов для различных приложений за счет обеспечения перенастройки параметров формирователя импульсов пользователем.
Поставленная цель достигается тем, что в формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий компаратор, фильтр низкой частоты RC-типа, имеющий частоту среза, находящуюся в нижней области частотного диапазона формирователя, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП), шунтирующий резистор, транзисторный ключ и центральный процессор, причем выходы индукционного датчика соединены с входами фильтра низкой частоты, второй выход индукционного датчика соединен с выходом первого ЦАП, выход фильтра низкой частоты соединен с входом АЦП, первым входом компаратора и первым выводом шунтирующего резистора, второй вход компаратора соединен с выходом второго ЦАП, второй вывод шунтирующего резистора соединен с открытым стоком транзисторного ключа, исток которого соединен с общим выводом компаратора, АЦП и обоих ЦАП, выход АЦП, затвор транзисторного ключа, входы обоих ЦАП и выход компаратора подключены к центральному процессору, а компаратор, транзисторный ключ, АЦП, оба ЦАП и центральный процессор являются встроенными компонентами микроконтроллера, согласно предлагаемому изобретению в него введены цифровой компаратор, сдвиговый регистр и таймер, причем первый вход цифрового компаратора подключен к выходу АЦП, второй вход цифрового компаратора - к выходу центрального процессора, выход цифрового компаратора соединен с информационным входом сдвигового регистра, выход которого соединен с центральным процессором, второй вход тактирования сдвигового регистра соединен с первым выходом таймера, второй выход которого подключен к центральному процессору, а цифровой компаратор, сдвиговый регистр и таймер также являются встроенными компонентами микроконтроллера.
Введенные в схему формирователя импульсов цифровой компаратор, сдвиговый регистр и таймер совместно с центральным процессором представляют последовательный канал ввода настроечной информации в центральный процессор, что обеспечивает изменение настроечных параметров формирователя при преобразовании сигналов, имеющих различные выходные параметры и при различных параметрах помех.
Таким образом, предложенная совокупность признаков изобретения приводит к более точной настройке формирователя импульсов под фактические входные сигналы с датчика, что обеспечивает высокую точность измерения.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства формирователя импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения.
Ш
Ш
Устройство состоит из входного фильтра 1 низкой частоты, ЦАП 2 в качестве источника напряжения смещения сигнала датчика, АЦП 3, центрального процессора 4, компаратора 6, ЦАП 5 в качестве источника опорного сигнала компаратора 6, транзисторного ключа Т, цифрового компаратора 8, сдвигового регистра 9, таймера 10. При этом выходы индукционного датчика соединены с входами фильтра 1 низкой частоты, второй выход индукционного датчика соединен с выходом первого ЦАП 2. Выход фильтра 1 низкой частоты соединен с входом АЦП 3, первым входом компаратора 6 и первым выводом шунтирующего резистора R. Второй вход компаратора 6 соединен с выходом второго ЦАП 5. Второй вывод шунтирующего резистора R соединен с открытым стоком транзисторного ключа Т, исток транзисторного ключа Т соединен с общим выводом компаратора 6, АЦП 3 и обоих ЦАП 2, 5, затвор транзисторного ключа Т подключен к центральному процессору 4. Выход АЦП 3 подключен к входу центрального процессора 4 и первому входу цифрового компаратора 8, второй вход которого соединен с центральным процессором 4. Выход цифрового компаратора 8 соединен с информационным входом сдвигового регистра 9, выход которого соединен с центральным процессором 4. К входу тактирования сдвигового регистра 9 подключен первый выход таймера 10. Выход компаратора 6 и второй выход таймера 10 подключены к центральному процессору 4. Компаратор 6, транзисторный ключ Т, ЦАП 2, АЦП 3, центральный процессор 4, ЦАП 5, цифровой компаратор 8, сдвиговый регистр 9 и таймер 10 являются встроенными компонентами микроконтроллера 7.
Работает устройство следующим образом. После подачи на него питания оно настраивается на режим приемника настроечных параметров формирователя. При этом от внешнего последовательного передатчика через положительный вход формирователя передаются в последовательном формате настроечные параметры преобразователя с предшествующим маркерным байтом. АЦП 3 преобразует уровень входного сигнала в цифровой код и подает его на первый вход цифрового компаратора 8. На втором входе цифрового компаратора 8 центральный процессор 4 устанавливает постоянный код, равный половине размаха входного сигнала от последовательного передатчика. Результат сравнения пришедшего сигнала с постоянным уровнем сдвигается в сдвиговом регистре 9 по тактовым сигналам таймера 10 и после приема 8 бит считывается в центральном процессоре 4. В том случае, если первый байт отличается от маркерного, то устройство переходит в основной режим работы. После приема верного маркерного байта принимаются и запоминаются байты настроечных параметров формирователя.
В основном режиме работы устройство функционирует как формирователь импульсов. При этом ЦАП 2 в качестве источника напряжения смещения сигнала датчика формирует напряжение смещения на выходных обмотках датчика, обеспечивая при любом уровне выходного сигнала датчика положительный уровень потенциала на входах АЦП 3 и компаратора 6. АЦП 3 измеряет напряжение на выходе фильтра 1 и передает коды напряжения в центральный процессор 4, который посредством ЦАП 5 формирует уровни опорного напряжения для компаратора 6 и определяет состояние входных цепей с датчика. В начале фазы подъема выходного сигнала фильтра 1 порог гистерезиса компаратора 6 является высоким, затем после достижения выходного сигнала фильтра 1 уровня высокого порога компаратор 6 срабатывает, и порог гистерезиса меняется центральным процессором 4 на низкий. В фазе снижения выходного сигнала фильтра 1 компаратор 6 срабатывает после достижения этим сигналом уровня низкого порога, после чего центральный процессор 4 подает на опорный вход компаратора 6 посредством ЦАП 5 высокий уровень порога гистерезиса. Величины порогов гистерезиса определяются по значениям напряжения, измеряемого АЦП 3.
Д
Ф
Ш
СМ
Ш
Ш
Ш
Ш
СМ
Ш
Д
Ф
Ш
Ш
Ш
Ш
Ш
СМ
Ш
Ф
Ш
В режиме диагностики входных цепей с датчика транзисторный ключ Т открывается и формируется измерительная цепь из последовательно включенных активного сопротивления обмотки датчика R, сопротивления фильтра R, шунтирующего сопротивления R. Цепь запитывается напряжением U, формируемым ЦАП 2. По величине напряжения U на шунтирующем сопротивлении R, измеряемом АЦП 3, центральный процессор 4 определяет состояние входных цепей датчика. В случае исправных входных цепей напряжение U будет равно: U=U·R/(R+R+R). При разрыве входных цепей ток по шунтирующему сопротивлению R не протекает, и напряжение U будет равно нулю. При коротком замыкании входных цепей U будет равно: U=U·R/(R+R).
Таким образом, введение в устройство цифрового компаратора, сдвигового регистра и таймера формирует последовательный канал ввода настроечной информации в центральный процессор, что позволяет изменять настроечные параметры формирователя при преобразовании сигналов, имеющих различные выходные параметры и при различных параметрах помех и тем самым обеспечивает высокую точность измерения.
Источники информации
1. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник. / Под общей редакцией Ю.Н. Коптева. Том 1, М.: издательское предприятие журнала «Радиотехника», 1998 г., 52 с.
2. RU патент №2399154, C1, Н03К 5/153, G01R 23/02, Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения. Опубл.: 10.09.2010 г.
3. RU патент №2458459, C1, Н03К 5/00, Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения. Опубл.: 10.08.2012 г.