7.2. Пиковый детектор.
Рис. 25. Пиковый детектор
Данная схема характеризуется высокой скоростью нарастания сигнала, т.е. реагирует на быстрые изменения входного сигнала.
Операционный усилитель ОР1 заряжает конденсатор до пикового значения, а ОУ ОР2 выполняет роль буферного повторителя. Когда входное напряжение превышает хранимое на конденсаторе С, выходное напряжение ОУ А1, увеличивается и заряжается через диод VD1. Конденсатор разряжается через резистор R2 на виртуальную землю – инвертирующий вход ОУ ОР1. Спад выходного напряжения в режиме хранения определяется экспоненциальным разрядом конденсатора с постоянной времени СR2. Каскад на ОУ ОР1 представляет собой однополупериодный выпрямитель. Диод VD2 обеспечивает отрицательную обратную связь ОУ ОР1 в режиме хранения. Это предотвращает насыщение усилителя ОР1 и значительно сокращает время перехода в режим отслеживания сигнала. Диод VD2 можно исключить, но это снизит быстродействие схемы.
7.3. Структурная схема измерительной части устройства
Сформированные импульсы, соответствующие максимумам интерференции, далее поступают на измерительную часть устройства, структурная схема которой приведена на рис.26
Рис. 26. Структурная схема измерителя.
Квадратурные составляющие преобразованы в два импульсных сигнала, смещенных друг относительно друга на 900. В зависимости от направления движения это смещение может быть положительным относительно sin сигнала или отрицательным. Фазовое смещение выделяется с помощью модуля выделения направления, который построен на D-триггерах (рис.27)
Рис. 27. Модуль выделения направления движения
Импульсы поступают на D-триггеры и в случае, если sin опережает cos, то на триггере DFF1 логическая единица устанавливается позднее, чем на триггере DFF2 и таким образом триггер DFF3 переключается в логический «0». В противном случае, триггер переключится в логическую единицу.
Триггер DFF3 управляет направлением счета счетчика дальности, благодаря чему схема позволяет выделять направление движения. В счетчик дальности изначально записано число, соответствующее половине его максимальной емкости. Это своеобразное смещение необходимо для того, чтобы можно было сразу отслеживать перемещения в обоих направлениях. В противном случае (счетчик изначально на 0) перемещения со знаком – отследить не удастся.
7.4. Устройство автоматического выбора частоты дискретизации.
Запись текущей дальности, а также направления движения в память производится по импульсам частоты дискретизации. В простейшем случае она может иметь одно значение или может быть несколько диапазонов, которые переключаются вручную или автоматически.
Частота дискретизации используется также для перебора адресов и по передним фронтам осуществляет запись текущего значения дальности.
Поскольку разрабатываемый прибор должен быть адаптивным, в его состав включено устройство автоматической установки частоты дискретизации.
Данный модуль предназначен для адаптации частоты дискретизации к верхней частоте вибрации объекта исследования. Данный модуль позволяет добиться следующих положительных эффектов:
Экономичное использование пространства памяти за счет избавления от избыточности информации, что позволяет исследовать объект в течение большого промежутка времени. На низких частотах эту проблему можно решить, передавая информацию напрямую в компьютер, однако на высоких частотах (порядка 100МГц) уже появляются довольно серьезные требования по быстродействию к интерфейсу.
Ограничение частоты дискретизации работает как ФНЧ, что позволяет сразу очистить результаты измерений от высокочастотных помех, не связанных с движением исследуемого объекта.
Верхняя частота вибрации исследуемого объекта определяется частотой одного из входных сигналов (sin или cos).
В принципе, адаптацию частоты можно организовать программными средствами, однако это значительно увеличит время, необходимое для выбора оптимальной частоты дискретизации и создаст дополнительную нагрузку на микроконтроллер. Поэтому решено построить устройство автоматического выбора частоты дискретизации на основе ПЛИС.
Рис. 28. Схема устройства автоматического выбора частоты дискретизации.