PL153688B2 - Przetwornik częstotliwości na napięcie stale - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	OPIS PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO	153 688 Int. a.’ G01R 23/06
Patent tymczasowy dodatkowy do patentu nr- Zgłoszono: B9 02 16 (P. 277781) Pierwszeństwo
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 09 ii 27	CZYTELHIA CG Ó LHA
Opis patentowy opublikowano: 1991 09 30
RP

Twórca wynalazku: Janusz Mindykowski

Uprawniony z patentu tymczasowego: Wyższa Szkoła Morska, Gdynia (Polska)

PRZETWORNIK CZĘSTOTLIWOŚCI NA NAPIĘCIE STALE

Przedmiotem wynalazku jest przetwornik częstotliwości na napięcie stałe, mający zastosowanie w układach o częstotliwości sieciowej.

W technice pomiarowej znanych jest wiele układów przetwarzających częstotliwość na analogowy sygnał stałoprądowy.

Znany jest układ przetwornika częstotliwości napięć sieciowych na proporcjonalną wartość natężenia prądu stałego oparty na dwóch szeregowych obwodach rezonansowych z diodami prostownikowymi. Znany układ wykazuje szereg trudności w budowie, związanych z zastosowaniem układów rezonansowych z żelazem, a nadto z uwagi na swą złożoność charakteryzuje się mniejszą niezawodnością działania.

W technice pomiarowej znane są również elektroniczne przetworniki analogowe częstotliwości na napięcie stałe, bazujące na wzmacniaczu operacyjnym bądź na mostku Clarka-Hessa. Niedogodnością tych układów jest konieczność stosowania dodatkowej kompensacji termicznej, spowodowana bądź zależnością temperaturową wejściowych napięć niezrównoważenia wzmacniaczy operacyjnych w pierwszym przypadku, bądź też problemami związanymi z rozrzutem parametrów tranzystorów i doborem par komplementarnych w drugim.

Znany jest także transoptorowy przetwornik częstotliwości na napięcie stałe, oparty na prostowaniu pełnookresowym, filtracji i optoelektronicznej separacji obwodów. Przetwornik składający się z dwu sprzężonych ze sobą w drodze transmisji optycznej odrębnych mostków przetwarza przemienne napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości, przekształcone na dwa wyprostowane prądy, z których jeden ma charakter rezystancyjny, a drugi pojemnościowy. Prądy te podawane są na przekątne mostka pierwszego odpowiednio zasilającą i galwanometryczną, przy czym mostek ten składa się z dwóch diod elektroluminescencyjnych, których strumienie świetlne 153 688

153 6Β8 łączą pierwszy mostek w drodze optycznej z drugim mostkiem. Drugi mostek przyłączony do odrębnego wejścia napięciowego składa się z połączonych podobnie dwóch rezystorów, między które włączony jest człon wyjściowy łączący je z dwoma fotodetektorami, połączonymi ze sobą w szereg i dołączonymi w ten sposób do wejścia mostka drugiego. Fotodetektory są wykorzystane w układzie dwuczujnikowego mostka różnicowego.

Układ ten natrafia na szereg trudności konstrukcyjnych, związanych z koniecznością zastosowania prostowników liniowych, filtrów niskiej częstotliwości i elementów przetwarzających napięcie/pręd oraz odrębnego źródła zasilania. Nadto, powstaje dodatkowy błąd przetwarzania spowodowany odkształceniem badanego przebiegu od sinusoidy.

Znane jest również wykorzystanie żarowych źródeł promieniowania i fotorezystorów zestawionych w układy przetworników żarowo-fotorezystancyjnych do separacji galwanicznej obwodów.

W rozwiązaniu według wynalazku przetwornik częstotliwości na napięcie stałe posiada szeregowe połączenie rezystora nastawnego i mostka prostowniczego pierwszego oraz dołączone równolegle do nich szeregowe połączenie kondensatora nastawnego i mostka prostowniczego drugiego. Oba szeregowe połączenia są zasilane z wejścia napięciowego, przy czym zaciski wyjściowe mostków prostowniczych dołączone są odpowiednio do zacisków wejściowych i wyjściowych żarowo-fotorezystancyjnego elementu przetwarzającego. Element ten jest złożony z połączonych na drodze optycznej w jednej obudowie, żarowego źródła promieniowania oraz fotodetektora, który stanowi obwód wyjściowy przetwornika i połączony jest z członem wyjściowym.

Układ według wynalazku zapewnia dobrą dokładność działania przy małych wartościach częstotliwości i umożliwia pomiar bez stosowania dodatkowego zasilania.

Układ charakteryzuje się dużą prostotę, która została osiągnięta przez zastosowanie żarowo-fotorezystancyjnych elementów przetwarzających, co pozwoliło na wyeliminowanie kłopotliwych filtrów niskiej częstotliwości oraz dodatkowych źródeł zasilania. Układ charakteryzuje się regulowaną czułością, która została osiągnięta przez posobno-bocznikową strukturę układu dopasowującego fotodetektora oraz regulowaną odległość między żarowym źródłem promieniowania a fotodetektorem. Pozwala to na kształtowanie charakterystyki statycznej przetwornika, co umożliwia w praktycznych wykonaniach budowę złożonych układów (np. sprzężenie obu torów pomiarowych mostkiem różnicowym) mających niekoniecznie identyczne co do parametrów żarowe źródła promieniowania i fotorezystory, a to daje sposobność kompensacji czynników mogących zakłócić pomiar, np. temperatury. Układ według wynalazku jest również niewrażliwy na zmiany amplitudy napięcia o kontrolowanej częstotliwości.

Wynalazek jest szczegółowo opisany na przykładzie jego wykonania i zobrazowany na rysunku, który przedstawia schemat przetwornika.

Przetwornik częstotliwości na napięcie stałe posiada wejście napięciowe 1, do którego jest dołączone napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości. Napięcie to jest podawane na szeregowe połączenie rezystora nastawnego 2 i mostka prostowniczego pierwszego 4 oraz na dołączone równolegle do nich szeregowe połączenie kondensatora nastawnego 3 i mostka prostowniczego drugiego 5. Zaciski wyjściowe mostków prostowniczych 4 i 5 dołączone są odpowiednio do zacisków wejściowych i wyjściowych żarowo-fotorezystancyjnego elementu przetwarzającego ZF złożonego z żarowego źródła promieniowania 6 i fotodetektora 7 połączonych na drodze optycznej w jednej obudowie.

Dzięki sprzężeniu optycznemu i swoim właściwościom uśredniającym, żarowe źródło promieniowania 6 przetwarza odpowiednie wartości prądu o charakterze rezystancyjnym na proporcjonalne w określonym zakresie zmiany konduktancji fotodetektora 7, do wyjścia którego dołączony jest człon kontrolny 8.

Człon wyjściowy 8 przetwornika w wykonaniu działającym jako przetwornik jest utworzony z szeregowego połączenia filtru dolnoprzepustowego i wzmacniacza końcowego, a w wykonaniu działającym jako miernik zawiera wzmacniacz operacyjny zasilający wskaźnik wyskalowany w jednostkach częstotliwości.

153 688

Przetwornik według wynalazku działa w ten sposób, że do wejścia napięciowego 1 doprowadzone jest napięcie sieci o kontrolowanej częstotliwości, przekształcone dalej na dwa wyprostowane prądy, z których jeden ma charakter rezystancyjny, a drugi - pojemnościowy. Rezystor nastawny 2 i kondensator nastawny 3 pozwalają wybrać taki punkt pracy przetwornika, aby w określonym zakresie wejściowych prądów elementu przetwarzającego ŹF, odpowiadających zakresowi zmian częstotliwości kontrolowanego napięcia, uzyskać proporcjonalne zmiany konduktancji fotodetektora 7. W konsekwencji wskazania członu wyjściowego 8, mierzącego wartość napięcia wyjściowego z fotodetektora, będą proporcjonalne do częstotliwości kontrolowanego napięcia .

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Przetwornik częstotliwości na napięcie stałe mający w swym układzie żarowe źródło promieniowania i fotorezystor zestawione w układzie przetwornika żarowo-fotorezystancyjnego, znamienny tym, że posiada szeregowe połączenie rezystora nastawnego (2) i most ka prostowniczego pierwszego (4) oraz dołączone równolegle do nich szeregowe połączenie kondensatora nastawnego (3) i mostka prostowniczego drugiego (4) i (5) dołączone są odpowiednio do zacisków wejściowych i wyjściowych żarowo-fotorezystancyjnego elementu przetwarzającego (ŹF) złożonego z połączonych na drodze optycznej w jednej obudowie, żarowego źródła promieniowania (6) i fotodetektora (7), który stanowi obwód wyjściowy przetwornika i połączony jest z członem wyjściowym (8).

   V