ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2019 года по МПК H03K5/19 G01R23/10 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям с частотной формой выходных сигналов.

Известен измерительный преобразователь (см. патент №2432671, опубликованный в БИ №30 27.10.2011 г.), содержащий два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты.

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

Недостатком прототипа является отсутствие отдельных систем контроля работоспособности в составе дифференциального измерительного преобразователя, позволяющих проводить диагностику частотозадающих элементов на основе пьезорезонансных датчиков.

Решаемой технической задачей является расширение функциональных возможностей дифференциального измерительного преобразователя за счет введения системы диагностики с функцией допускового контроля частоты для проверки работоспособности до его использования.

Достигаемым техническим результатом заявляемого дифференциального измерительного преобразователя является применение системы диагностики с функцией допускового контроля частоты, при помощи которой осуществляется проверка работоспособности частотозадающих элементов и всего измерительного преобразователя по значению выходной частоты.

Для достижения технического результата в дифференциальном измерительном преобразователе, содержащем два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты, новым является то, что дополнительно введены генератор опорной частоты, блок управления и последовательно соединенные формирователь временного интервала, элемент квантования, счетчик числа импульсов и устройство сравнения кода, выход которого является первым выходом устройства, группа входов которого является первой группой входов устройства сравнения кода, а вторая группа входов устройства сравнения кода соединена с группой выходов счетчика числа импульсов, при этом второй вход элемента квантования соединен с выходом генератора опорной частоты, первый вход формирователя временного интервала соединен с выходом блока управления, вход которого является пусковым входом устройства, а второй вход формирователя временного интервала соединен с выходом формирователя сигналов разностной частоты непосредственно или через блок нормирования частоты и является вторым выходом устройства.

Применение в составе дифференциального измерительного преобразователя системы диагностики, состоящей из блока нормирования частоты, блок управления, формирователя временного интервала, генератора опорной частоты, элемента квантования, счетчика числа импульсов, устройства сравнения кода позволяет определять соответствие частоты на выходе блока нормирования частоты или непосредственно с выхода формирователя сигналов разностной частоты заданному допусковому диапазону частот, свидетельствующему о работоспособности узлов дифференциального измерительного преобразователя: генераторов с частотозадающими элементами, формирователя сигналов разностной частоты, что расширяет функциональные возможности заявляемого устройства.

На фигуре 1 изображена функциональная схема дифференциального измерительного преобразователя.

Дифференциальный измерительный преобразователь содержит два генератора частотных сигналов 1 и 2 с частотозадающими элементами 3 и 4, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты 5, генератор опорной частоты 6, блок управления 7 и последовательно соединенные формирователь временного интервала 8, элемент квантования 9, счетчик числа импульсов 10 и устройство сравнения кода 11, выход которого является первым выходом устройства, группа входов которого является первой группой входов устройства сравнения кода 11, а вторая группа входов устройства сравнения кода 11 соединена с группой выходов счетчика числа импульсов 10, при этом второй вход элемента квантования 9 соединен с выходом генератора опорной частоты 6, первый вход формирователя временного интервала 8 соединен с выходом блока управления 7, вход которого является пусковым входом устройства, а второй вход формирователя временного интервала 8 соединен с выходом формирователя сигналов разностной частоты 5 непосредственно или через блок нормирования частоты 12 и является вторым выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. С выходов генераторов 1, 2 (см. фигуру 1) на входы формирователя сигналов разностной частоты 5 подаются периодические сигналы прямоугольной формы. Резонансные частоты пьезорезонансных датчиков на основе частотозадающих элементов 3, 4 и, соответственно, частоты с выходов генераторов 1, 2, зависят от значения преобразуемой (измеряемой) величины. Принцип работы формирователя сигналов разностной частоты 5 аналогичен прототипу.

Частота на выходе формирователя сигналов разностной частоты 5 определяется выражением

где х - измеряемый параметр на входе частотозадающих элементов 3, 4;

ƒ₀ - начальная разность частот при х=0;

k - коэффициент преобразования измерительного преобразователя.

Частота с выхода формирователя сигналов разностной частоты 5 подается на вход блока нормирования частоты 12, при помощи которого разность частот приводится к нормированному значению

где k_H - коэффициент передачи (подстройки) блока нормирования частоты.

Далее частотный сигнал с выхода блока номирования частоты 12 подается на первый вход формирователя временного интервала 8, а на второй вход которого с выхода блока управления 7 поступает стартовый сигнал, который формируется подачей сигнала на его пусковой вход '"Пуск'".

Если технологический разброс резонансных частот частотозадающих элементов 3, 4 пьезорезансных датчиков небольшой и при этом обеспечивается стабильность значения начальной разности частот ƒ₀, то блок нормирования частоты 12 может не применяться и при этом частотный сигнал с выхода формирователя сигналов разностной частоты 5 подается непосредственно на первый вход формирователя временного интервала 12.

На выходе формирователя временного интервала 8 формируется прямоугольный импульс длительностью Т_И, равной периоду частоты F_H(x) при x=0. Далее, сформированный временной интервал Т_И при помощи элемента квантования 9 заполняется прямоугольными импульсами, поступающими с выхода генератора опорной частоты 6. Количество импульсов во временном интервале Т_И определяется по формуле

где Т_ГОЧ - период сигнала с выхода генератора опорной частоты.

Таким образом, при подсчете числа импульсов по (1) происходит преобразование частоты в код и при этом происходит округление до меньшего целочисленного значения кода.

При помощи счетчика числа импульсов 10 производится подсчет числа импульсов в пачке и на его группе выходов N_ВЫХ устанавливается двоичный код, соответствующий числу N_И.

Двоичный код с группы выходов N_ВЫХ счетчика числа импульсов 10 подается на группу входов устройства сравнения кода 11, где производится сравнение с двоичным кодом, установленным на группе других входов N_УСТ.

При равенстве двоичных чисел N_УСТ=N_И на выходе устройства сравнения кода и соответственно, на втором выходе устройства Uвых, формируется логический сигнал высокого уровня (лог. "1").

При несоответствии (неравенстве) кодов N_УСТ и N_И можно сделать вывод, что начальная частота F_H(x) при x=0 находится за пределами установленного допуска и на выходе устройства сравнения кода 11 устанавливается логический сигнал низкого уровня (лог. "0"). Начальная частота F_H(x) может измениться, например, при выходе из строя одного или обоих частотозадаюших элементов 3, 4 или из-за нестабильности работы генераторов 1, 2.

При N_И>N_УСТ может происходить переполнение счетчика числа импульсов 10 и, при этом, на его выходе Uп формируется логический сигнал высокого уровня, который также учитывается при сравнении двоичных кодов чисел N_И, N_УСТ.

Допусковый диапазон частот определяется значениями частот на входе формирователя временного интервала 8, которые в результате преобразования по (1) укладываются в одно целочисленное значение двоичного кода N_И, и при этом обеспечивается его равенство с заданным двоичным кодом N_УСТ.

Граничные значения F_доп__min, F_доп__max допускового диапазона частот можно определить при расчете по двум соседним значениям соответствующих двоичных кодов, например (N_УСТ-1) и N_УСТ

где F_ГОЧ - частота с выхода генератора опорной частоты 6.

Из (2), (3) видно, что величина частот F_доп__min, F_доп__max допускового диапазона зависит от значения выбранного двоичного кода N_УСТ и для каждого конкретного применения задается значением N_УСТ и выбором значения частоты F_ГОЧ с выхода генератора опорной частоты 6.

С увеличением значения двоичного кода N_УСТ, задаваемого на группе входов устройства сравнения, происходит уменьшение допускового диапазона частот .

Если в составе отказоустойчивой измерительной системы имеется несколько дублирующих дифференциальных измерительных преобразователей, то по анализу логических сигналов со второго выхода U_вых каждого из дифференциальных измерительных преобразователей можно выбрать работоспособный измерительный канал перед началом применения.

Работоспособность предлагаемого технического решения экспериментально проверена и подтверждена испытаниями действующих макетов дифференциального измерительного преобразователя.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям с частотной формой выходных сигналов. Техническим результатом является обеспечение проверки работоспособности частотозадающих элементов и всего измерительного преобразователя по значению выходной частоты. Устройство содержит два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, формирователь сигналов разностной частоты, генератор опорной частоты, блок управления, формирователь временного интервала, элемент квантования, счетчик числа импульсов, устройство сравнения кода, блок нормирования частоты. 1 ил.

Дифференциальный измерительный преобразователь, содержащий два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты, отличающийся тем, что дополнительно введены генератор опорной частоты, блок управления и последовательно соединенные формирователь временного интервала, элемент квантования, счетчик числа импульсов и устройство сравнения кода, выход которого является первым выходом устройства, группа входов которого является первой группой входов устройства сравнения кода, а вторая группа входов устройства сравнения кода соединена с группой выходов счетчика числа импульсов, при этом второй вход элемента квантования соединен с выходом генератора опорной частоты, первый вход формирователя временного интервала соединен с выходом блока управления, вход которого является пусковым входом устройства, а второй вход формирователя временного интервала соединен с выходом формирователя сигналов разностной частоты непосредственно или через блок нормирования частоты и является вторым выходом устройства.