Преобразователь медленно изменяющихся электрических сигналов

Преобразователь медленно изменяющихся электрических сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсннд

Соцналистическмк

Республик

<>741172 (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 06.1277 (21) 2550192/18-21 с присоединением заявки Nо— (23) Приоритет

Опубликовано 1506.80. Бюллетень Н9 22 (51)М. Кл.2

G 01 R 19/20

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (S3) УДК621 317.7 (088. 8) Дата опубликования описания 1506.80 (72) Авторы изобретения

В.Г.Гусев и М.П .Иванов уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕДЛЕННО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и автома.тике и предназначено для точного преобразования медленно изменяющихся электрических сигналов в электрические сигналы более высокого уровня.

Известны преобразователи электрических сигналов, основанные на,использовании нелинейности кривой намагничивания ферромагнитных материалов — трансформаторы и дроссели подмагничивания и магнитные модуляторы.

Они содержат один или несколько ферромагнитных сердечников с расположенными на них обмотками переменного тока 15 (питающими), управляющими и вспомогательными обмотками (смещения, обратной связи), а также резистивных или диодных цепей (1), Протекающий по обмотке управления 20 измерительный сигнал изменяет индуктивное сопротивление обмоток переменного тока, что приводит к соответствующему. изменению падения напряжения на сопротивлении нагрузки. 25

Точность преобразования измерительного сигнала из-за гистерезиса материала сердечников и температурных погрешностей данных технических решений невелика. Выходная характеристика10! нелинейна, а параметры устройства имеют значительный разброс от экземпляра к экземпляру иэ-за невозможности получения идентичных ферромагнитных сердечников. При необходимости преобразования небольших сигналов приходится увеличивать число витков обмоток, что приводит к увеличению габаритных размеров, стоимости и снижает общую надежность подобных устройств.

Известны устройства, включающие ферромагнитный сердечник с расположенными на нем обмотками, измерительной, компенсационной и возбуждения, триггер и соединенные последовательно с компенсационной обмоткой детектор скважности, преобразователь напряжения — ток и резистор (2).

Однако и в этом случае характеристика преобразования нелинейна, виг ее зависит от параметров ферромагнитных сердечников и, следовательно, точность преобразования недостаточно высока.

Цель изобретения — увеличение точности преобразования.

Это достигается тем, что в преобра.зователь медленно изменяющихся элект. рических сигналов, включающий ферромагнитный сердечник с расположенными

741172 йа нем обмотками измерительной, компенсационной и возбуждения, триггер и соединенные последовательно с компенсационной обмоткой детектор скважности, преобразователь напряжения ток и резистор, введены интегратор, второй преобразователь напряжения— ток и сигнальная обмотка, расположенная. на ферромагнитном сердечнике, измерительная обмотка подключена ко .входу триггера, вход интегратора — к выходу триггера, вход детектора скважности - к выходу интегратора, второй преобразователь напряжения — ток . — к выходу интегратора и нагружен не на обмотку возбуждения, при этом обмотки компенсационная и возбуждения ориентированы так, что создают намагничивающие силы, направленные встречно.

На чертеже. показана. принципиальная схема устройства, Преобразователь медленно изменяющихся электрических сигналов включает тороидальный ферромагнитный сердечник 1 из материала с прямоугольной петлей гистерезиса с расположенными на нем сигнальной обмоткой 2, измерительной обмоткой 3 и обмотками

4 и 5 возбуждения и компенсации, ориентированными таким образом, что создаваемые ими намагничивающие силы направлены встречно. Измерительная обмотка 3 подключена ко входу триггера 6, К выходу триггера б подключен интегратор 7. К его выходу подключен детектор 8 скважности, постоянная времени которого больше постоянной времени интегратора 7 приблизительно в 10-20 раз, и преобразователь 9 напряжение - ток. К выходу детектора

8 скважности подключен преобразова. тель 10 напряжение — ток. Обмотка возбуждения 4 подключена к выходу преобразователя 9 напряжение - ток непосредственно, а компенсационная обмотка 5 подключена к.выходу преобразователя 10 напряжение - ток через резистор ll, c которого и снимается выходной сигнал преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

При отсутствии преобразуемого сигнала в сигнальной обмотке 2 триггер б находится в одном из своих устойчивых состояний и на его выходе есть постоянный сигнал определенной величины и полярности . Интегратор 7 суммирует этот сигнал, а выходной сигнал интегратора 7 поступает иа вход детектора 8. На их выходах появляется линейно нарастающий сигнал постоянного напряжения, который преобразуется преобразователями 9, 10 напряжение - ток в ток, пропорциональ ный величине выходного напряжения интегратора 7 и детектора 8 соответственно. Поскольку постоянная времени детектора 8 значительно больше постоянной времени интегратора 7, .то процесс перемагничивания ферромагнитного сердечника 1 в основном определяется током в обмотке возбуждения

4. Намагничивающая сила, создаваемая этой обмоткой, должна быть такой величинЫ, чтобы изменять магнитную напряженность сердечника 1, например, .от

-Ж до +Нс. При .этом поскольку постоянная времени детектора 8 много больше постоянной времени интегратора 7, то создаваемая обмоткой 5 компенсации намагничивающая сила, направленная встречно намагничивающей силе обмотки 4 возбуждения, гораздо меньше последней и в данном случае на процесс

15 перемагничивания практически не влияет. Если в первоначальный момент времени рабочая точка ферромагнитного сердечника 1 устройства находится в промежуточном положении между -Н с

2О и +Н, то линейно нарастающие токи в обмотках 4 и 5 создают разностную намагничивающую силу, доводящую положение рабочей точки сердечника 1, например, до -Нс и +В . Значение магнитной индукцйи в ферромагнитном сердечнике 1 скачком изменяется от +Вз до -В.. Это приводит к появлению им& пульса ЭДС в измерительной обмотке

3 и перебросу триггера 6 в другое устойчивое положение. Выходное напряжение триггера б уже другой полярности суммируется интегратором 7 ° Выходные сигналы интегратора 7 и детектора

8 преобразуются в ток в обмотках 5 компенсации и 4 возбуждения преобра35 зователями 9 и 10 напряжение — ток.

Направления этих токов противоположны первоначальному. Поэтому в обмотке 4 возбуждения протекает пилообразный ток большой величины, который

4О и перемагничивает сердечник 1 до значения магнитной напряженности равной

+Н . Величина тока в обмотке 5 компенсации практически равна нулю ввиду отсутствия постоянной составляющей на входе — интегратора 7. При достижении магнитной напряженности сердечника 1 значения +Нс индукция в сердечнике 1 становится скачком равной+В@. Триггер б вновь перебрасывается в первоначальное положение, и процесс повторяется. Происходит автогенерация треугольного тока в обмотке 4 возбуждения. Поскольку постоянная составляющая на выходе триггера б, а значит и на выходе интегратора

55 7, отсутствует, то и на.выходе детектора 8 ее нет.

При появлении преобразуемого сигнала 1 в сигнальной обмотке 2 измеХ нение магнитной напряженности Н в

N момент появления сигнала (точка 0 на оси времени) происходит скачком.

Это приводит к нарушению симметричности полупериодов перемагничивания в первый период и появлению постоянф5 ной составляющей на выходе триггера.

741172

Эта постоянная составляющая суммируется интегратором 7 ° Выходное напряжение интегратора 7 из-за .изменения скважности также содержит постоянную составляющую. Выходное напряжение интегратора 7 в детекторе 8 скважности преобразуется в напряжение и преобразователями 9 и 10 напряжение — ток в ток в обмотках 4 и 5.

Пилообразный ток в обмотке 4 возбуждения перемагничивает сердечник 1, 0 а постбянный ток в обмотке 5 компенсации создает магнитное поле, направленное встречно магнитному полю, создаваемому преобразуемым сигналом, и равное ему по величине восстанав ливая первоначальное магнитное состояние ферромагнитного сердечника 1.

Возможен случай, когда при включении направление магнитного поля, создаваемого преобразуемым сигналом, совпадает в первоначальный момент с направлением магнитного поля, создаваемого протекающим по обмотке компенсации током,и сердечником 1 загоняется в еще большее насыщение скачком (H сердечника 1 становится боль-25 ше Н ) . Переброса триггера 6 в другое положение не происходит сразу. На выходе интегратора 7 появляется ли нейно нарастающее напряжение. Рост его величины прекращается при насы- 30 щении интегратора 7. Величина тока в обмотке компенсации также нарастает линейно лишь до момента насыщения интегратора-7, а затем продолжает оставаться постоянной. Одновременно 35 с этим на выходе детектора 8 скважности также появляется линейно нарастающий сигнал. Поскольку постоянная времени детектора 8 гораздо больше постоянной времени интегратора. 7,то постепенно нарастающий ток в обмотке компенсации создающий магнитное поле, направленное встречно магнитному полю тока в обмотке 4 (постоянному по величине), начинает размагничивать. 45 сердечник 1. Очевидно, что намагничивающая сила, создаваемая током в обмотке компенсации, должна превышать величину намагничивающей силы, создаваемой током, протекающим по обмотке возбуждения, на величину, достаточную для перевода сердечника

1 в другое крайнее положение на петле гистереэиса, Таким образом, в любом реальном случае устройство работает в авто- 55 генераторном режиме, осуществляя компенсационное преобразование.

Предлагаемое устройство имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом. Точность преобразования благодаря компенсационному методу преобразования BHlllB Поскольку устройство в этом случае работает вблизи нулевой точки, то это обеспечивает и высокую линейность преобразования. Работа и характеристики устройства не зависят от параметров материала, используемого для изготовления ферромагнитного сердечника: изменение Н и В> от сердечника к сердечнику и при изменении их под влиянием внешней среды .и старении сказываются лишь на длительности периода автоколебаний, совершенно не влияя по самому принципу работы на характеристики устройства.

Формула изобретения

Преобразователь медленно изменяющихся электрических сигналов, включающий ферромагнитный сердечник с расположенными на нем обмотками измерительной, компенсационной и возбуждения, триггер и соединенные последовательно с компенсационной.обмоткой детектор скважности, преобразователь напряжения — ток и резистор, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности преобразования, в него введены интегратор, второй преобразователь напряжение — ток и сигнальная обмотка, расположенная на ферромагнитном сердечнике, измерительная обмотка подключена ко входу триггера, вход интегратора — к выходу триггера, вход детектора скважности — к выходу интегратора, второй преобразователь напряжение - токк выходу интегратора и нагружен на обмотку возбуждения, при этом обмотки компенсационная и возбуждения ориентированы так, что создают намагничивающие силы, направленные встречно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Розен блат М.A. Магнитные эле-, менты автоматики и вычислительной техники. М., Наука, 1974. с. 307-3б0, 2. Яковлев Н. Н. Ци фровой феррозондный. магнитометр с широтной модуляцией. Геофизическая аппаратура, вып ° 33.

Л., Недра, 1967 с. 95.

7411 72

Составцтель В,цареградский

Текред Ж.Кастелевич Корректор E rlann

Редактор Г.Нечаева

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная 4

Заказ 3196/45 Тираж 1019

UHHHIIH Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5