Входные преобразователи. Обработка сигнала, страница 8

156   Измерительные приборы в электрических измерениях

где  — θ угол поворота.

Из этих двух выражений с очевидностью следует, что можно получить сигнал, пропорциональный скорости объекта, вычисляя производную выходного сигнала датчика смещения. Не составляет труда создать электронную схему для дифференцирования электрического сигнала. Однако имеется одно неудобство, связанное с этим: разрывность выходного сигнала датчика смещения (из-за конечного разрешения) будет причиной больших импульсных помех в сигнале, характеризующем скорость. Кроме того, высокочастотный шум и другие помехи возрастают при дифференцировании. Это связано с тем, что коэффициент передачи дифференциатора возрастает линейно со скоростью 6 дБ/октаву с увеличением частоты. Поэтому сигнал, выражающий скорость, полученный путем дифференцирования сигнала, характеризующего смещение, почти всегда страдает присутствием шума и помех.

Другая возможность получения значения скорости состоит в интегрировании линейного ускорения a(f):

или для углового ускорения a(t):

Если мы предполагаем, что при t = 0 скорость была нулевой, то достаточно проинтегрировать ускорение на интервале (0, t). Это можно выполнить с помощью относительно простой аналоговой электронной схемы. Недостаток этого метода состоит в том, что выходное напряжение любого реального интегратора из-за утечки или дрейфа будет очень медленно увеличиваться или уменьшаться, даже в том случае, когда входное напряжение равно нулю. Поэтому интегрирование таким способом возможно только для относительно коротких интервалов времени. Электронные интеграторы часто используются для измерения скорости вибрирующих элементов механических устройств. Наконец, надо отметить, что частотная характеристика интегратора линейна с наклоном -6 дБ/октаву. Поэтому шум и помехи подавляются тем сильнее, чем выше частота этих нежелательных воздействий.

Индуктивные датчики скорости

В индуктивных датчиках скорости движение объекта с некоторой скоростью приводит к изменению магнитного потока Ф, который наводит эдс в проводнике.

3.2 Входные преобразователи    

Это наведенное напряжение характеризует скорость измеряемого объекта. Сказанное становится очевидным при обращении к рис. 3.11 (а). Напряжение, наведенное в i-м витке катушки этого индуктивного датчика скорости, определяется соотношением:

Учитывая эдс, наведенную во всех п витках, находим напряжение на зажимах катушки:

Так как Ф_i; = Ф_i (х) , где х — положение магнита относительно центра катушки, а х = x(t), получим:

Таким образом, выходное напряжение V пропорционально скорости v магнита для заданной величины х. Чувствительность датчика равна k. К сожалению, датчик является нелинейным, поскольку k = k(x). Поэтому, этот тип датчика также часто используется в балансной схеме. Так как в датчике скорости, приведенном на рис. 3.11(а), перемещается магнит, он назван магнитодинамическим.

Другой пример индуктивного датчика скорости был дан на рис. 3.3. Здесь магнит неподвижен, а движется катушка, поэтому этот датчик называется электродинамическим. На рис. 3.1 1(b), в качестве примера, показан датчик скорости потока. По трубе, находящейся в сильном магнитном поле с индукцией В, между двумя электродами течет проводящая жидкость. Магнитное поле вызывает появление на электродах разности электрических потенциалов, которую можно рассчитать следующим образом: предположим, что индукция В и скорость потока постоянны по всему поперечному сечению