МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИНХРОННОГО ДЕТЕКТОРА ДЛЯ МОСТОВОГО ВИХРЕТОКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
- Авторы: Ворох Д.А.1, Данилин А.И.1, Дудкина Е.Е.1
-
Учреждения:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
- Выпуск: Том 20, № 6-2 (2018)
- Страницы: 391-394
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/1990-5378/article/view/88340
- ID: 88340
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье рассмотрена математическая модель синхронного (ключевого) детектора для выделения полезного сигнала, формируемого мостовыми схемами переменного тока, в частности мостовым вихретоковым преобразователем (ВТП). В тексте получены выражения связывающие выходное напряжение детектора с амплитудой и фазой входного напряжения.
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ В работах [1, 2, 3] рассматриваются характеристики, свойства и особенности мостовых вихретоковых преобразователей. Ранее, в работе [4] рассматривалась схема лабораторной установки для исследования частотных свойств мостового ВТП. В этой установке, в качестве детектора выходного напряжения ВТП, использовался дифференциальный амплитудный детектор [5, 6]. Подробное описание синхронного (ключевого) детектора приводится в [7]. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Схема ключевого (синхронного) детектора представлена на рисунке 1. Здесь на компонентах L1-L4 собран мостовой ВТП, причем катушки L1 и L4 индуктивно связанны между собой, и на них воздействует объект контроля (ОК) на расстоянии ∆l. Катушки L2 и L3 индуктивно связанны, но не взаимодействуют с ОК, и являются опорными для мостовой схемы. Генератор G1 вырабатывает прямоугольные импульсы заданной частоты, на двух противофазных выходах. Далее сигнал с прямого выхода генератора поступает на мостовой ВТП. Под действием объекта контроля происходит разбалансировка моста, и в результате между выходными диагональными клеммами моста возникает разность напряжений. Сигнал с выхода ВТП поступает на 4 ключа, которые соединены в определённом порядке (рисунок 1) и управляются автоматически от генератора G1. Далее сигнал поступает на два фильтра низких частот Z1 и Z2. После выделения сочетаний полуволн и их фильтрации в ФНЧ Z1 и Z2 сигнал поступает на вычитающее устройство. Так же на вычитающее устройство поступает напряжение Uсм, которое необходимо для устранения явления смещения нуля, вызванного не идентичностью характеристик катушек моста и другими эффектами. С выхода вычитающего устройства сигнал поступает на компоненты R2 и C1, которые предназначены для дополнительной фильтрации выходного сигнала. Рассмотрим работу детектора на периоде времени T, показанном на рисунке 2 и поясняющим работу ключевого детектора. Генератор G1 вырабатывает опорные прямоугольные противофазные импульсы импульсные сигналы прямоугольной формы, которые описываются выражениями (1) (2) На выходе мостовой схемы в точках А и В сигналы имеют синусоидальную форму и описываются выражениями (3) (4) После прохождения синусоидальных сигналов через ключи, сигналы в точках X и Y определяются выражениями (5) (6) Далее, оба сигнала проходят через фильтры нижних частот, являющихся интеграторами на периоде T. Тогда сигналы на выходе фильтров описываются выражениями . (7) Аналогично, . (8) Тогда на выходе вычитающего устройства имеем сигнал ; . (9) В частном случае, при отсутствии разности фаз между опорными сигналами и сигналами с выхода мостовой схемы и отсутствии смещения нуля , выходное напряжение пропорционально разности амплитуд сигналов с выхода мостовой схемы с коэффициентом 2/p. Тогда выражение (9) принимает вид . (10) Аналогично получим зависимость выходного сигнала от значений сдвига фазы сигналов на выходе мостовой схемы относительно опорных сигналов с генератора с помощью полученного ранее выражения (9) . Примем , , а будем варьировать от 0 до π. Тогда выражение (9) имеет вид . (11) ВЫВОДЫ Исходя из полученных выражений 10 и 11, можно сделать вывод о работоспособности детектора. Преобразование разности входного напряжения в выходное напряжение происходит по линейному закону. Преобразование разности фаз входного напряжения и опорного генератора в выходное напряжение, происходит по нелинейному закону. Однако при углах сдвига фаз свыше 30 град. зависимость с хорошей точность точностью порядка 5% можно считать линейной. Рис. 1. Синхронный детектор для мостового ВТП Рис. 2. Выменные диаграммы, поясняющие работу ключевого детектора×
Об авторах
Дмитрий Александрович Ворох
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: fallout2s@yandex.ru
аспирант
Александр Иванович Данилин
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: aidan@ssau.ru
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой радиотехники
Елена Евгеньевна Дудкина
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: staku1988@gmail.com
аспирант
Список литературы
- Данилин А.И., Ворох Д.А. Анализ частотных характеристик мостового вихретокового преобразователя перемещения // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций: материалы Всероссийской научно-технической конференции (г.Самара,18-20 мая 2016 г.) Самара : ООО «Офорт», 2016. С. 77-80.
- Иванова Я.А., Руденко Е.А., СадыковА.Н., Ворох Д.А. Мостовой вихретоковый преобразователь перемещения и его конструктивная компоновка // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций: материалы Всероссийской научно-технической конференции (г.Самара,18-20 мая 2016 г.) Самара: ООО «Офорт», 2016. С. 73-76.
- Ворох Д.А., Иванова Я.А. Эквивалентная схема мостовоговихретокового преобразователя//Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций: материалы Всероссийской научно-технической конференции (г.Самара,16-18мая 2017 г.) Самара: ООО «Офорт», 2017. С. 58-60.
- Данилин А.И., Ворох Д.А. Мостовой вихретоковый преобразователь и анализ его экспериментальных частотных характеристик // Известия Самарского научного центра РАН. 2016. Т. 18. № 4(6). С. 1268-1271.
- Данилин А.И., Ворох Д.А. Амплитудный детектор для мостового вихретокового преобразователя//Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций: материалы Всероссийской научно-технической конференции (г.Самара,16-18мая 2017 г.) Самара : ООО «Офорт», 2017. С. 19-21.
- Данилин А.И., Медников В.А., Чернявский А.Ж., Капустин А.С. Первичный преобразователь для реализации оптоэлектронного дискретно-фазового метода измерения деформаций лопаток турбомашин // Известия Самарского научного центра РАН. 2003. Т. 5. № 2. С. 388-395.
- Ворох Д.А., Данилин А.И., Бояркина У.В. Синхронный детектор для мостового вихретокового преобразователя //Известия Самарского научного центра РАН. 2017. Т. 19. № 4. С.167-170.
Дополнительные файлы
