МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДЕТЕКТОРА СИГНАЛА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

SIMULATION OF THE OPERATION OF A SYNCHRONOUS SIGNAL DETECTOR OF A DIFFERENTIAL TRANSFORMER

Denis Krasnov

1st year Master’s student, Institute of Information Technologies and Radioelectronics, Vladimir State University named after A. G. and N. G. Stoletov,

Russia, Vladimir

Vladimir Legaev

Scientific supervisor, Doctor of Technical Sciences, Professor, Vladimir State University named after A. G. and N. G. Stoletov,

Russia, Vladimir

АННОТАЦИЯ

В статье предложено описание модели синхронного детектирования сигнала дифференциального трансформатора.

ABSTRACT

The article offers a description of a model of synchronous signal detection of a differential transformer.

Ключевые слова: синхронное детектирование сигналов, измерения с использованием дифференциальных трансформаторов.

Keywords: synchronous detection of signals, measurements using differential transformers.

Дифференциальный трансформатор состоит из двух одинаковых вторичных обмоток и одной первичной обмотки. Благодаря сравнению с мерой этот метод измерения позволяет повысить точность измерения. Например, в статьях [1, 3] можно увидеть использование такого метода преобразования измеряемой величины в изменение электрического параметра. Для того, чтобы выделить полезный сигнал и уменьшить помехи, сигнал на выходе вторичных обмоток дифференциального трансформатора может использоваться синхронный детектор. Такой детектор способен подавлять все сигналы, не соответствующие опорному сигналу. В схеме с дифференциальным трансформатором в качестве опорного сигнала может выступать сигнал источника питания, к которому подключена первичная обмотка дифференциального трансформатора. Примеры реализации такого детектора приведены, например в [2].

Электрическая принципиальная схема дифференциального трансформатора с синхронным детектором.

Для симуляции работы электрической схемы будет использоваться программа LTSPCE (рисунок 1). Первичная обмотка трансформатора L1, с активным сопротивлением R1, и две вторичные обмотки L2 и L3 с одинаковой индуктивностью составляют дифференциальный трансформатор. К первичной обмотке трансформатора подключен источник синусоидального сигнала V1 амплитудой 1 В и частотой в 1кГц. Источник синусоидального сигнала V2 напряжением в 0.1 мВ и частотой в 100 кГц имитирует шум, который должен быть подавлен синхронным детектором. Синхронный детектор состоит из трансформатора с обмотками L4 и L5, диодов D1 и D2, емкостей C1 и C2, сопротивлений R2 и R3.

Рисунок 1. Электрическая принципиальная схема дифференциального трансформатора с синхронным детектором

Начав симуляцию работы схемы, мы получим на графике зависимости напряжения на выходе синхронного детектора от времени сигнал (график 1), колебания которого не превышают значения 0,5 мкВ относительно нуля, что можно объяснить шумовыми помехами. Сигналы со вторичных обмоток компенсируют друг друга.

График 1. Сигнал на выходе синхронного детектора

Электрическая принципиальная схема дифференциального трансформатора с синхронным детектором при нарушении равновесия моста.

Теперь, если заменить значение индуктивности одной из вторичных обмоток, например обмотки L3 (рисунок 2) на выходе усилителя U2 можно будет увидеть синусоидальный сигнал так как баланс моста нарушиться (график 2).

Рисунок 2. Электрическая принципиальная схема дифференциального трансформатора с синхронным детектором при нарушении баланса моста

График 2. Сигнал на выходе синхронного детектора при нарушении баланса моста

При этом на выходе вторичных обмоток трансформатора сигнал будет иметь сильные шумовые помехи (График 3).

График 3. Сигнал на выходе дифференциального трансформатора

В результате проведения симуляции работы дифференциального трансформатора с синхронным детектором удалось получить симуляцию выделения полезного сигнала с дифференциального трансформатора и подавления шумового сигнала дифференциальным усилителем.

Список литературы:

1. Гадиев, Т.А. Измерение магнитной восприимчивости диамагнетиков и парамагнетиков индукционным методом с использованием дифференциального трансформатора/ Гадиев Т.А., Куркачева В.А., Гайнуллин Р.Н. // Вестник Казанского технологического университета. – Казань, 2013. – С. 30-31.
2. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П. Сиверса. Учебное пособие для вузов. М., «Сов. радио». 1976.
3. Zahn C.T. Rev. Sci. Instr., 34, No 3, 285, 1963