УСТРОЙСТВО ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ ВЫХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА Российский патент 1997 года по МПК G01R15/00 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при создании цифровых приборов с первичными преобразователями, имеющими нелинейную характеристику, например, в неразрушающем контроле толщины покрытий.

Задача линеаризации нелинейных характеристик сводится к двум решениям. Первое это непосредственное преобразование число-импульсных величин, приходящих с датчика в линейную с помощью различных линеаризаторов. Это решение не позволяет достичь хорошей точности линеаризации из-за ступенчатости или кусочно-линейности ее характеристики. Второе решение это накопление число-импульсных величин в буферный регистр за время измерения, а затем по мере надобности производится цифровая обработка содержимого регистра по определенному алгоритму, причем, в памяти регистра должна храниться характеристика нелинейного первичного преобразователя, заданная с определенным шагом. Такое решение требует больших объемов памяти со сложным устройством управления или применение ЭВМ в памяти которой должна быть заложена характеристика данного нелинейного датчика в виде разложения в ряд, что не всегда бывает возможно математически описать характер нелинейности. Это решение позволяет достичь большей точности по сравнению с первым, но требует увеличения сложности как конструктивной, так и элементной базы.

Наиболее близким техническим решением является патент США N 4149120, кл. 324/132, G 0I R 15/10, выданный на устройство для линеаризации выходного сигнала датчика, которое применяется для преобразования нелинейных аналоговых величин. Это устройство, содержащее генератор синхроимпульсов, подсоединенный к счетному входу линейного делителя частоты и к счетному входу управляемого делителя частоты, управляющие входы последнего подключены к выходам матрицы памяти, выход управляемого делителя подключен к счетному накопителю, выходы которого подсоединены к входам цифроаналогово преобразователя (ЦАП), выход последнего подключен на один вход аналогового компаратора, а на другой вход которого подключен первичный преобразователь, выход линейного делителя подсоединен к адресным входам матрицы памяти и к выходному регистру, выходы последнего подключены к цифровому табло и выходному ЦАПу, выход аналогового компаратора подключен к регистру.

Устройство прототипа работает следующим образом: в начале следует импульс установки всех счетчиков и регистров в начальное состояние, затем генератор выдает импульсы через линейный делитель на линейный накопитель, содержимое которого линейно нарастает, одновременно синхроимпульсы подаются на управляемый делитель, с выхода которого следуют импульсы, временная последовательность которых соответствует характеристике нелинейного датчика, а для получения этой зависимости используется линейный счетчик накопитель, который задает алгоритм выборки матрицы памяти, содержимое счетного накопителя преобразуется в аналоговую величину ЦАПом и сравнивается с исследуемой величиной, в момент совпадения содержимое линейного накопителя записывается в выходной регистр, а затем выдается на индикаторное табло и выходной ЦАП, причем циклы преобразования повторяются.

Недостатком прототипа является ступенчатость выходной характеристики нелинейного элемента из-за применения ЦАПа, матрицы памяти, которую надо еще запрограммировать на характеристику датчика, конструктивная сложность, меньшая точность аналогового компаратора по сравнению с цифровым, а так же то, что прототип нельзя применять с число-импульсным датчиком,
Цель изобретения повышение точности измерений путем устранения ступенчатости выходной характеристики линеаризирующего устройства, повышение надежности блока линеаризации за счет применения цифровых микросхем.

Сущность изобретения заключается в применении в устройстве цифровой линеаризации генератора синхроимпульсов, подсоединенного к управляемому делителю и к счетному моду линейного делителя частоты, причем, выход последнего подключен к линейному накопителю, выходы которого подсоединены через выходной регистр к индикаторному табло и выходному ЦАПу, содержащее реверсивный счетчик, выходы которого соединены с управляемыми входами управляемого делителя, а выход последнего подключен к входу цифрового компаратора и к счетному входу реверсивного счетчика через корректирующий делитель, вход входного регистра подключен к датчику, а выходы подсоединены к входам параллельной загрузки реверсивного счетчика и цифрового компаратора, при этом выход последнего подключен к выходному регистру.

Анализ с прототипом показал, что заявляемое устройство отличается наличием следующих новых признаков: реверсивного счетчика, корректирующего делителя, цифрового компаратора и входного регистра. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнительный анализ с другими техническими решениями показал, что совместная работа реверсивного счетчика и управляемого делителя позволяет получать нелинейную характеристику первичного преобразователя без применения матрицы памяти, в которой записана программа управления работой управляемого делителя, как это сделано в прототипе, и так же не нужно знать разложение в ряд нелинейной характеристики, что необходимо для обработки результатов измерений на ЭВМ. Следовательно, сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства число-импульсной линеаризации выходной характеристики датчика. Оно содержит: генератор синхроимпульсов 1, линейный делитель 2, линейный накопитель 3, индикаторное табло 4, управляемый делитель 5, корректирующий делитель 6, регистр выходной 7, выходной ЦАП 8, реверсивный счетчик 9, входной регистр 10, цифровой компаратор 11.

Устройство цифровой линеаризации работает следующим образом. В первоначальный момент преобразование происходит из входного регистра 10 запись насыщенного значения измеряемого параметра N_н в реверсивный счетчик 9 и запись числового значения измеряемого параметра N_х в цифровой компаратор 11, а так же установка всех элементов схемы в начальное состояние. Генератор 1 выдает импульсы, которые, прейдя линейный делитель 2, становятся соответствующими цифровому линеаризованному значению измеряемого параметра и накапливаются в линейном накопителе 3. Одновременно импульсы поступают на управляемый делитель 5, который выдает некоторую числовую последовательность, которая вычитает содержимое цифрового компаратора 11 и которая идет на корректирующий делитель 6. Корректирующий делитель 6 осуществляет дробное деление числовой последовательности, которая, пройдя коррекцию уменьшает содержимое реверсивного счетчика 9, что приводит к увеличению коэффициента деления управляемого делителя 5. В результате на выходе управляемого делителя 5 все реже и реже появляются импульсы, все меньше содержимое цифрового компаратора 11 и реверсивного счетчика 9, а значит растет коэффициент деления управляемого делителя и т.д. В результате управляемый делитель 5 выдает следующую зависимость числа импульсов от времени, которая показана на фиг. 2 и имеет вид экспоненты, переходящей в гиперболу. Как только цифровой компаратор 11 обнулится, то цикл преобразования заканчивается и содержимое линейного накопителя записывается в выходной регистр и выдается на индикаторное табло 4 и выходной ЦАП-8. Устройство снова готово к линеаризации.

Применение в линеаризирующем устройстве входного регистра позволяет проводить преобразования числовых величин, которые были записаны в него независимо от всего процесса измерения число-импульсного параметра. Это позволяет подключить к буферу несколько датчиков, так как процесс измерения значительно дольше преобразования или производить преобразования какой-то памяти и выдавать линеаризированное значение в выходной регистр или ЭВМ.

Предлагаемое устройство даже в автономном (без ЭВМ) режиме работы обеспечивает точность линеаризации зависимостей типа экспоненциально - гиперболических на 15-20% более высокую, чем известное устройство, имеет гораздо меньшую сложность схемы, не требует в процессе эксплуатации высококвалифицированного обслуживания.

Использование: в области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при создании цифровых приборов с первичными преобразователями, имеющими нелинейную характеристику. Сущность изобретения: устройство число-импульсной линеаризации выходной характеристики датчика содержит генератор синхроимпульсов 1, линейный делитель частоты 2, линейный накопитель 3, индикаторное табло 4, управляемый делитель частоты 5, корректирующий делитель 6, выходной регистр 7, выходной цифро-аналоговый преобразователь 8, реверсивный счетчик 9, регистр входной 10, цифровой компаратор 11. Устройство позволяет в цифровом и аналоговом виде выводить результаты измерений. 2 ил.

Устройство число-импульсной линеаризации выходной характеристики датчика, содержащее генератор синхроимпульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетными входами управляемого делителя частоты и линейного делителя частоты, выход которого соединен с входом линейного накопителя, выход которого соединен через выходной регистр с индикаторным табло и выходным цифроаналоговым преобразователем, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений и повышения надежности, в него введены реверсивный счетчик, цифровой компаратор, корректирующий делитель, входной регистр, вход которого подключен к датчику, выходы входного регистра соединены с входами параллельной загрузки цифрового компаратора и реверсивного счетчика, выходы которого соединены с управляющими входами управляемого делителя частоты, выход которого соединен с входом цифрового компаратора и через корректирующий делитель со счетным входом реверсивного счетчика, выход цифрового компаратора соединен с управляющим входом выходного регистра.