ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДАТЧИКОВ Российский патент 2004 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля технологических процессов и функциональной диагностики электромеханических объектов.

Одним из устройств преобразования параметров электромагнитных датчиков является устройство, основанное на использовании зависимости длительности переходного процесса, возбуждаемого в цепи первичного преобразователя, от индуктивности датчика. Измерительные устройства подобного типа обладают высоким быстродействием, значительно превышающим быстродействие устройств, использующих, например, мостовые схемы или колебательные LC-контуры (см. пат. РФ №2168728, БИ №16, 2001 г.).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа вышеуказанное устройство преобразования параметров датчиков индуктивного и резисторного типов (Патент РФ №2168728. Способ и устройство преобразования сигналов от датчиков индуктивного и резисторного типов /БИ. №16, 2001 г.). В данном устройстве в качестве первичного преобразователя используются параллельно соединенные катушка индуктивности, резистор и специальный диод с большим временем восстановления обратного сопротивления. Подача кратковременного электрического импульса возбуждает в цепях измерительного и опорного плеч датчика переходные процессы, длительность которых зависит от параметров датчика. Разность длительностей переходных процессов в измерительном и опорном плечах преобразуется в длительность импульса рассогласования, затем длительность импульса рассогласования преобразуется в напряжение и далее в цифровой код, поступающий в компьютер.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные признаки: оба они имеют одинаковые первичные преобразователи, состоящие из параллельно соединенных катушки индуктивности, резистора и диода; в цепях первичных преобразователей обоих устройств под воздействием кратковременного электрического импульса возбуждаются переходные процессы, длительность которых зависит от параметров датчиков; в обоих устройствах разность длительностей переходных процессов измерительного и опорного плеч с помощью компараторов и схем “исключающее ИЛИ” преобразуется в длительность импульса рассогласования.

Недостатком прототипа является то, что в нем длительность импульса рассогласования вначале с помощью интегратора преобразуется в напряжение, а затем в цифровой код, что отрицательно сказывается на быстродействии измерительного устройства, поскольку в этом случае продолжительность однократного измерения включает в себя и время преобразования АЦП. Кроме того, необходимость преобразования длительности импульса рассогласования с помощью интегратора в напряжение с последующей подачей его на вход АЦП ограничивает динамический диапазон измерений устройства максимальным выходным напряжением интегратора и разрядностью используемого АЦП.

Технический результат - повышение быстродействия и расширение динамического диапазона измерений достигается тем, что в отличие от прототипа в заявляемом устройстве преобразование длительности импульса рассогласования в цифровой код производится непосредственно, то есть без промежуточного преобразования “время напряжение”. Это осуществляется с помощью заполнения измеряемого временного интервала счетными импульсами, количество которых регистрируется соответствующими счетчиками электрических импульсов.

Структурная схема преобразователя параметров электромагнитных датчиков, конструктивно выполненного на печатной плате, размещаемой в разъеме системной магистрали персонального компьютера, представлена на фиг.1. Устройство включает в себя параллельный порт ввода/вывода 1, связывающий преобразователь с системной магистралью компьютера и состоящий из дешифратора адреса порта, буферных регистров и двунаправленных шинных формирователей; блок формирования импульсов 2, осуществляющий опрос датчиков в соответствии с установленными адресами каналов, к выходу которого подключены последовательно первый коммутатор тока 3, управляемый сигналами с выхода порта, и многоканальный усилитель 4, с помощью которого осуществляется возбуждение переходных процессов в цепях датчиков. Выходы усилителя 4 подключены к чувствительным элементам датчиков 5, состоящих из параллельно соединенных индуктивности, резистора и диода. Датчики через второй коммутатор тока 6 подключены к первому входу компаратора 7, второй вход которого соединен с общей шиной, выход компаратора подключен к одному из входов схемы “исключающее ИЛИ” 8, а ко второму входу подключен выход опорного плеча 9, включающего в себя те же элементы, что и измерительное плечо, т.е. коммутатор тока, многоканальный усилитель, чувствительные элементы датчиков с фиксированными параметрами, другой коммутатор тока и компаратор. Выход схемы “исключающее ИЛИ” 8 подключен к параллельному порту ввода/вывода 1 и к одному из входов схемы “логическое И” 10, второй вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов 11, Выход схемы “логическое И” соединен с тактовым входом первого из совокупности последовательно соединенных счетчиков 12, а вывод окончания счета первого счетчика подключен к тактовому входу второго счетчика 13. Входы сброса счетчиков 12 и 13 соединены с выходом блока формирования импульсов 2, а выходы счетчиков соединены с параллельным портом ввода/вывода 1.

Работу преобразователя поясняют временные диаграммы напряжений, представленные на фиг.2. Электрический импульс U₁, выработанный блоком формирования импульсов 2 и усиленный многоканальным усилителем 4, возбуждает в цепи датчика 5 переходный процесс U₂. Аналогичный переходный процесс U₃ возбуждается в опорном плече датчика 9. Компаратор 7 измерительного плеча преобразует аналоговый сигнал с выхода датчика в импульсы U₄ ТТЛ-логики. Аналогичное преобразование осуществляет компаратор опорного плеча, формируя импульсы U₅. Схема “исключающее ИЛИ” 8 выделяет из импульсов U₄ и U₅ импульс рассогласования U₆, длительность которого однозначно связана с параметрами датчика.

Далее импульс U₆ поступает на один из входов схемы “логическое И” 10, на второй вход которой поступают счетные импульсы U₇ с выхода генератора счетных импульсов 11. Импульсы с выхода схемы “логическое И” 10 поступают на вход счетчика 12. При переполнении счетчика 12 соответствующий импульс переполнения поступает на вход счетчика 13, что позволяет расширить разрядность цифрового кода, поступающего через параллельный порт ввода/вывода 1 в компьютер. Цифровой код, зафиксированный в последовательно соединенных счетчиках 12 и 13, будет равен произведению длительности импульса рассогласования на частоту счетных импульсов. При фиксированной частоте счетных импульсов их количество U₈, поступившее на вход счетчика 12, определяется только длительностью импульса рассогласования U₆.

Импульс рассогласования U₆ одновременно выполняет функцию запроса прерывания для компьютера. Получив сигнал запроса прерываний, процессор компьютера инициирует процедуру считывания данных с выходов счетчиков 12 и 13, затем при необходимости изменяет адрес канала и далее процесс повторяется. При этом сигнал с выхода блока формирования импульсов 2, предназначенный для возбуждения переходных процессов в чувствительных элементах датчиков 5, используется также для обнуления счетчиков 12 и 13.

Положительный эффект данного технического решения состоит в том, что непосредственное преобразование длительности импульса рассогласования в цифровой код, использованное в устройстве, позволило повысить его быстродействие и расширить динамический диапазон измерений.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля технологических процессов и функциональной диагностики электромеханических объектов. Технический результат - повышение быстродействия и расширение динамического диапазона измерений. Для достижения технического результата устройство дополнительно содержит схему "исключающее ИЛИ", подключенную к параллельному порту ввода/вывода и к одному из входов схемы "логическое И", второй вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход схемы "логическое И" соединен с тактовым входом первого из совокупности последовательно соединенных счетчиков, а вывод окончания счета первого счетчика соединен с тактовым входом второго счетчика, входы сброса счетчиков соединены с выходом блока формирования импульсов, а выходы счетчиков с параллельным портом ввода/вывода. 2 ил.

Преобразователь параметров электромагнитных датчиков, содержащий параллельный порт ввода/вывода, соединяющий преобразователь с сигнальной магистралью компьютера, блок формирования импульсов, к выходу которого подключены последовательно первый коммутатор тока, управляемый сигналами с выхода порта, и многоканальный усилитель, выходы которого подключены к чувствительным элементам датчиков, состоящих из параллельно соединенных индуктивности, резистора и диода, которые через второй коммутатор тока соединены с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, выход компаратора подключен к одному из входов схемы Исключающее ИЛИ, ко второму входу которой подключен выход опорного канала, включающего в себя два коммутатора тока, многоканальный усилитель, чувствительные элементы датчика с фиксированными параметрами и компаратор, отличающийся тем, что вход схемы Исключающее ИЛИ подключен к параллельному порту ввода/вывода и к одному из входов схемы Логическое И, второй вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход схемы Логическое И соединен с тактовым входом первого из совокупности последовательно соединенных счетчиков, а вывод окончания счета первого счетчика соединен с тактовым входом второго счетчика, входы сброса счетчиков соединены с выходом блока формирования импульсов, а выходы счетчиков с параллельным портом ввода/вывода.