ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК G01D5/248 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям различных физических параметров на основе датчиков, имеющих выходной сигнал в виде частоты периодических импульсов.

Известен измерительный преобразователь (см. патент РФ №2068216 от 29.06.1993, "Измерительный преобразователь", Симонов В.Н., Ключко А.В., опубликован 20.10.1996), содержащий два генератора частотных сигналов, два D-триггера, счетчик импульсов, схему формирования импульса сброса и преобразователь скважность-напряжение, включающий фильтр низких частот и два ключа, вход первого из которых соединен с источником стабильного напряжения, вход второго заземлен, а выходы присоединены к входу фильтра низких частот, причем вход D первого D-триггера соединен с источником напряжения, соответствующего логической единице, вход D второго D-триггера соединен с выходом первого D-триггера, а выходы второго D-триггера подсоединены к входам разрешения прохождения сигнала ключей преобразователя скважность-напряжение и к входу разрешения счета счетчика импульсов, выход счетчика импульсов соединен со схемой формирования импульса сброса, выход которой соединен с входом R сброса обоих триггеров и счетчика импульсов, причем вход синхронизации С первого D-триггера подключен к выходу одного генератора, а вход синхронизации С второго D-триггера и счетный вход счетчика импульсов подключены к выходу другого генератора.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатками данного измерительного преобразователя являются узкий частотный диапазон, недостаточная линейность рабочей характеристики, малая адаптация к цифровым системам обработки данных.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является создание измерительного преобразователя на основе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) в цифровой части и цифроаналогового преобразователя (ЦАП) в аналоговой части для исключительной линеаризации рабочей характеристики и широкого диапазона конвертируемых частот.

Достигаемым техническим результатом заявленного изобретения является расширение диапазона конвертируемых частот, повышение точности, стабильности и линейности выходной характеристики.

Для достижения технического результата в измерительном преобразователе, содержащем генератор опорной частоты и первый счетчик, новым является то, что дополнительно введены делитель частоты, дешифратор, первый и второй мультиплексоры, селектор, второй счетчик, схема оценки состояния, выходной регистр, блок генерации управляющих сигналов и ЦАП, группа входов которого соединена с группой выходов выходного регистра, группа входов которого соединена с группами выходов второго мультиплексора и с группой входов схемы оценки состояния, выход которой соединен с входом дешифратора, группа выходов которого соединена с адресными входами первого мультиплексора, информационные входы которого соединены с выходами делителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, выход первого мультиплексора соединен с первыми входами первого и второго счетчиков, вторые входы которого соединены с выходом селектора и адресным входом второго мультиплексора, информационные входы которого соединены с группами выходов первого и второго счетчиков, выход второго мультиплексора соединен со входом блока генерации управляющих сигналов, первый выход которого соединен со входом выходного регистра, выходы блока генерации управляющих сигналов являются входами ЦАП, вход селектора является входом измерительного преобразователя.

Указанная совокупность признаков позволяет расширить частотный диапазон за счет множественного деления опорной частоты и дальнейшего мультиплексирования результатов деления на основные счетчики. Использование в качестве основных компонентов ПЛИС и ЦАП не только улучшает линейность выходной характеристики, но и позволяет измерительный преобразователь легко интегрировать в современные цифровые системы обработки данных.

На чертеже приведена схема измерительного преобразователя.

Измерительный преобразователь содержит генератор опорной частоты 1, делитель частоты 2, дешифратор 3, первый мультиплексор 4, селектор 5, первый 6 и второй 7 счетчики, второй мультиплексор 8, схему оценки состояния 9, выходной регистр 10, блок генерации управляющих сигналов 11, цифроаналоговый преобразователь 12.

Выходом измерительного преобразователя является выход цифроаналогового преобразователя 12, группа входов которого соединена с группой выходов выходного регистра 10, группа входов которого соединена с группами выходов второго мультиплексора 8 и с группой входов схемы оценки 9 состояния, выход которой соединен с входом дешифратора 3, группа выходов которого соединена с адресными входами первого мультиплексора 4, информационные входы которого соединены с выходами делителя частоты 2, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты 1, выход первого мультиплексора 4 соединен с первыми входами первого 6 и второго 7 счетчиков, вторые входы которого соединены с выходом селектора 5 и адресным входом второго мультиплексора 8, информационные входы которого соединены с группами выходов первого 6 и второго 7 счетчиков, выход второго мультиплексора 8 соединен со входом блока генерации управляющих сигналов 11, первый выход которого соединен с входом выходного регистра 10, выходы блока генерации управляющих 11 сигналов являются входами цифроаналогового преобразователя 12, вход селектора 5 является входом измерительного преобразователя.

Измерительный преобразователь работает следующим образом.

На вход селектора 5 поступают импульсы измеряемой частоты, которые селектор 5 разбивает на нечетные и четные, а также генерирует сигналы, разрешающие счет длительностью от фронта нечетного до фронта четного и от фронта четного до фронта нечетного импульса для первого 6 и второго 7 счетчиков соответственно. В зависимости от разрешающего сигнала, в один и тот же момент времени работа разрешена первому 6 или второму 7 счетчику, который осуществляет подсчет импульсов заранее известной опорной частоты, поступающих с первого мультиплексора 4. Результаты работы первого 6 и второго 7 счетчиков с помощью второго мультиплексора 8 посредством сигнала с селектора 5 передаются на одну шину для дальнейшего анализа и вывода информации. Схема оценки состояния 9 производит сравнение результата с граничными значениями счетчика и выдает сигнал для дешифратора 3, который, в свою очередь, генерирует цифровой код: при совпадении результата с нижней границей - код на повышение частоты, с верхней границей - код на понижение частоты. При приближении результата к граничным значениям блокируется вывод информации, сбрасывается состояние первого 6 и второго 7 счетчиков, и подсчет импульсов опорной частоты начинается с фронта следующего измеряемого импульса. Цифровой код с дешифратора 3 поступает на адресные входы первого мультиплексора 4, на информационные входы которого подключены выходы делителя частоты 2 - результаты деления на 2ⁿ частоты, поступающей с генератора опорной частоты 1.

В случае если результат находится в диапазоне работы счетчика, число записывается в выходной регистр 10 и формируются сигналы для записи в цифроаналоговый преобразователь 12 блоком генерации управляющих сигналов 11.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достижения технического результата изготовлен и испытан в лабораторных условиях макет измерительного преобразователя, выполненный по приведенной на чертеже схеме. При макетировании в цифровой части использовалась ПЛИС фирмы Altera серии MAX7000S, в аналоговой части четырнадцатиразрядный ЦАП DAC904 фирмы Burr-Brown от Texas Instruments. Проведенные испытания показали осуществимость заявляемого устройства и подтвердили практическую ценность.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования сигнала в виде частоты импульсов. Согласно изобретению измерительный преобразователь содержит генератор опорной частоты, делитель частоты, дешифратор, первый мультиплексор, селектор, вход которого является входом измерительного преобразователя, первый и второй счетчики, второй мультиплексор, схему оценки состояния, выходной регистр, блок генерации управляющих сигналов и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь обеспечивает высокую точность, стабильность и линейность рабочей характеристики при преобразовании сигналов в широком диапазоне частоты с изменяющейся скважностью. 1 ил.

Измерительный преобразователь, содержащий генератор опорной частоты и первый счетчик, отличающийся тем, что дополнительно введены делитель частоты, дешифратор, первый и второй мультиплексоры, селектор, второй счетчик, схема оценки состояния, выходной регистр, блок генерации управляющих сигналов и цифроаналоговый преобразователь, группа входов которого соединена с группой выходов выходного регистра, группа входов которого соединена с группами выходов второго мультиплексора и с группой входов схемы оценки состояния, выход которой соединен с входом дешифратора, группа выходов которого соединена с адресными входами первого мультиплексора, информационные входы которого соединены с выходами делителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, выход первого мультиплексора соединен с первыми входами первого и второго счетчиков, вторые входы которых соединены с выходом селектора и адресным входом второго мультиплексора, информационные входы которого соединены с группами выходов первого и второго счетчиков, выход второго мультиплексора соединен со входом блока генерации управляющих сигналов, первый выход которого соединен со входом выходного регистра, выходы блока генерации управляющих сигналов являются входами цифроаналогового преобразователя, вход селектора является входом измерительного преобразователя.