сигнализатор отклонения параметра датчика

Формула изобретения

СИГНАЛИЗАТОР ОТКЛОНЕНИЯ ПАРАМЕТРА ДАТЧИКА, содержащий генератор прямоугольных импульсов, датчик, пороговый элемент, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, отличающийся тем, что в него введен выполненный в виде двоично-десятичного счетчика распределитель импульсов, вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, выход старшего разряда соединен с входом датчика, выход которого соединен с входом порогового элемента, а выход одного из младших разрядов распределителя импульсов соединен с вторым входом элемента И.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для построения игровых и охранных сторожевых устройств, реагирующих на приближение к датчику человека или предметов. Изобретение может быть также использовано в сигнализаторах отклонения технологических параметров, таких как температура, уровень жидкости.

В качестве аналога взята сигнальная система, чувствительная к изменению емкости. Эта система содержит два генератора синусоидальных колебаний, в колебательный контур одного из которых включен емкостный датчик. Сигналы с двух генераторов подаются на нелинейный элемент, на выходе которого формируется переменное напряжение разностной частоты. Выход нелинейного элемента соединен с фильтром низких частот, который пропускает на выход только низкую частоту. Система настроена так, что при приближении человека к датчику частоты двух генераторов приближаются друг к другу, разностная частота уменьшается, и следовательно на выходе фильтра низких частот появляется переменное напряжение, которое может включать устройства тревожной сигнализации.

Недостаток этой системы состоит в том, что из-за дрейфа частоты каждого из генераторов, система дает ложные срабатывания устройств тревожной сигнализации.

В качестве прототипа взят измеритель емкости, который содержит генератор синусоидального сигнала, подключенный к цепи датчика, которая представляет собой мостовую схему. Выход цепи датчика подключен к амплитудному детектору, выход которого соединен со входом интегратора. Выход интегратора соединен со входом порогового элемента, выход которого соединен с первым входом логического элемента И. Второй вход логического элемента соединен с генератором прямоугольных импульсов. Выход логического элемента соединен с информационным входом блока памяти, а конкретно с одновибратором. Выход одновибратора подключен ко входу сброса интегратора, а также к образцовым мерам емкости, которые находятся в цепи датчика и служат для уравновешивания мостовой схемы.

При разбалансе мостовой схемы амплитудный детектор выпрямляет напряжение разбаланса. Это напряжение интегрируется и, когда на выходе интегратора формируется некоторое пороговое значение, срабатывает пороговый элемент и логический элемент пропускает сигнал от генератора прямоугольных импульсов к одновибратору. Одновибратор подает сигнал на изменение образцовых мер емкости. Периодичность процесса изменения образцовых мер зависит от уровня сигнала разбаланса с мостовой схемы, так как импульс выхода одновибратора производит установку выходного напряжения интегратора в ноль. Измеритель емкости позволяет с высокой точностью и стабильностью производить сигнализацию отклонения параметра датчика.

Недостаток измерителя емкости состоит в его большой сложности и большой стоимости, что не позволяет использовать его в игрушках и в бытовых сторожевых устройствах.

Цель изобретения состоит в том, чтобы упростить сигнализатор, сохраняя его высокую стабильность работы.

Цель достигается тем, что в сигнализатор отклонения параметра датчика, содержащий генератор прямоугольных импульсов, датчик, пороговый элемент, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, согласно изобретения введен выполненный в виде двоично-десятичного счетчика распределитель импульсов, вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, выход старшего разряда соединен со входом датчика, выход которого соединен со входом порогового элемента, а выход одного из младших разрядов распределителя импульсов соединен со вторым входом элемента И.

Достижение поставленной цели по сравнению с прототипом заключается в следующем:

- устраняется генератор синусоидального сигнала, который должен иметь сложные цепи автоматической регулировки амплитуды сигнала;

- устраняется сложный амплитудный детектор для линейного выпрямления сверхмалых переменных напряжений разбаланса;

- устраняется сложный в выполнении интегратор, который должен иметь дополнительную ключевую схему для организации процедуры сбpоса.

Таким образом из сигнализатора удалены сложные по конструкции и настройке аналоговые функциональные блоки. Это достигается введением простого цифрового блока-распределителя импульсов.

На фиг. 1 показана схема сигнализатора; на фиг. 2 - сигналы в различных точках сигнализатора при одном из вариантов конкретного выполнения.

Сигнализатор отклонения параметров датчика (фиг. 1) содержит генератор прямоугольных импульсов 1, который соединен со входом распределителя импульсов 2, выполненного в виде двоично-десятичного счетчика. Распределитель импульсов 2 имеет два выхода: выход старшего разряда с напряжением U₁ и выход одного из младшего разрядов с напряжением U₅. На этих выходах формируются периодические импульсы или пачки импульсов, которые разнесены во времени. Выход старшего разряда распределителя импульсов 2 соединен со входом датчика 3. Датчик 3 содержит делитель напряжения на элементах 4, 5, причем один из этих элементов представляет собой чувствительный элемент. Чувствительный элемент может быть емкостным, резистивным и индуктивным. При использовании емкостного элемента элемент 4 представляет собой переменный резистор R, а элемент 5 - емкостный чувствительный элемент с емкостью С_х. При использовании резистивного элемента элемент 4 представляет собой резистивный чувствительный элемент R_x, а элемент 5 - переменный конденсатор С. При использовании индуктивного элемента элемент 4 представляет собой индуктивный чувствительный элемент L_x, а элемент 5 - переменный резистор R. В любом случае делитель на элементах 4 и 5 представляет собой фильтр низких частот с постоянными времени RC_x, R_xC, L_xR. Напряжение U₂ с элемента 5 подается на выход датчика 3 через разделительный конденсатор 6, который не пропускает постоянную составляющую сигнала. Выход датчика 3 с напряжением U₃ соединен со входом порогового элемента 7, который вырабатывает сигнал логической единицы, если U₃ > U_п, где U_п - некоторое заданное напряжение, в частности равное нулю. Выходное напряжение U₄ порогового элемента 7 подается на первый вход логического элемента U₈. Второй вход логического элемента 8 соединен с выходом одного из младших разрядов распределителя импульсов 2. Выход логического элемента 8 с напряжением U₆ соединен с информационным входом блока памяти 9, формирующий выходное напряжение U₇. В качестве блока памяти 9 можно использовать одновибратор или триггер, который при подаче входного импульса устанавливается в единичное состояние. Это напряжение может включать лампу, звонок, сирену, реле и другие исполнительные механизмы игрушек или сторожевых устройств.

Сигнализатор отклонения параметра датчика работает следующим образом. Рассмотрим случай конкретного выполнения сигнализатора, когда генератор 1 вырабатывает сигнал в виде меандра, а в качестве распределителя импульсов используется стандартная интегральная микросхема, а именно двоично-десятичный счетчик. Этот счетчик имеет выходы с весами 1, 2, 4, 8. Сигналы U₁ и U₅ на выходе распределителя импульсов 2 будут иметь вид, как показано на фиг. 2, для случая, если напряжение U₁ будет сниматься с выхода счетчика, имеющего вес 8, а напряжение U₅ - с выхода счетчика, имеющего вес 2. Импульс напряжения U₁ после прохождения делителя напряжения на элементах 4, 5 исказится (напряжение U₂ на фиг. 2). Степень расширения импульсов зависит от постоянной времени делителя на элементах 4, 5. Если используется емкостный чувствительный элемент, то чем больше емкость элемента, тем будет медленнее проходить процесс его заряжения и разряжения через резистор 4 и выходное сопротивление выхода старшего разряда распределителя импульсов 2. Следовательно, при увеличении емкости чувствительного элемента С_х импульсы напряжения U₂ станут более длительными. Чем ближе к электродам чувствительного элемента 5 приближается посторонний предмет, тем больше емкость и тем шире импульс напряжения U₂. Начальная ширина импульса напряжения U₂ при заданном значении емкости элемента Сх устанавливается переменным резистором (элемент 4). Конденсатор 6 не пропускает постоянную составляющую сигнала U₂ и следовательно на выходе датчика 3 сформируется напряжение U₃ (фиг. 2), не содержащее постоянной составляющей. Длительность положительных импульсов напряжения U₃ пропорциональна емкости С_х и не зависит от амплитуды импульсов U₁, что повышает стабильность работы сигнализатора. Пороговый элемент 7 дает прямоугольные импульсы U₄, длительность которых равна длительности положительных импульсов напряжения U₃ (при U_п = 0). Срез импульса напряжения U₄ возникает в момент времени t₁ (фиг. 2). Если t₁ < t₂, где t₂ - момент возникновения фронта импульса напряжения U₅, то на выходе логического элемента 8 сохранится ноль. Если емкость С_х немного увеличится, то выполнится соотношение t₁ > t₂. Иначе говоря, на двух входах логического элемента одновременно возникнут напряжения высокого уровня, что приведет к появлению короткого единичного импульса на выходе логического элемента 8 (напряжение U₆, фиг. 2). Короткий импульс напряжения U₆, возникающий при очень малом увеличении емкости С_х в цепи датчика 3 недостаточен по длительности, чтобы вызвать срабатывание исполнительного механизма (лампы или электромагнита). Поэтому этот импульс подается на одновибратор 9, который вырабатывает более длинный импульс, идущий на исполнительный механизм. Длительность импульса с одновибратора 9 целесообразно делать равным nt_о, где n - целое число; t_о - период следования импульсов от генератора 1. В том случае, если в качестве блока памяти 9 используется триггер, этот триггер при увеличении С_х установится в единичное состояние, которое будет сохраняться до тех пор, пока на триггер по дополнительному входу не удет подан внешний сигнал сброса.

Простота и высокая стабильность работы сигнализатора дает возможность применять его и в промышленных устройствах автоматического контроля и сигнализации.