Устройство для формирования напряжения,пропорционального логарифму интервала времени Советский патент 1983 года по МПК G01R23/06 

Изобретение относится к измери- тельной технике и предназначено для преобразования сигналов датчиков интервалов времени в аналоговый сигнал.

, Известно устройство для формирова НИН напряжения, пропорционального ло:гарифму частоты импульсов, содержащее блок управления, формирователи характеристики и мантиссы логарифма,, соединенные с блоком суммирования Qlj

Однако известное устройство не позволяет обрабатывать единичные интервалы.;

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей,

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования напряжения, пропорционального логарифму интервала времени, содержащее блок управления, формирователь характеристики логарифма, формирователь мантиссы логарифма, блок суммирования, первый вход которого соединен с выходом интегратора формирователя мантиссы логарифма, а второй вход соединен с вьгходом преобразователя код-аналог формирователя характеристики логарифма, третий вход соединен с первым выходом блока управления, первый выход которого соединен через элемент И со счетным входом счетчика форгирователя характеристики логарифма,, а второй выход соединен с входом сброса упомянутого счетчика третий выход соединен с управляющим входом логического .блока формирователя характеристики, логарифма, причем выходы счётчика формирователя характеристики логарифма через логический блок формирователя характеристики логарифма соединены с входами преобразователя код-аналог, управляющий выход упомянутого логического блока соединен с одним из входов блока управления, два других входа которого через формирователи начала и конца измерения соединены с входами устройства, в формирователь характеристики логарифма введен генератор импульсов эталонной частоты, выход которого соединен с вторым входом элемента И, а формирователь мантиссы логарифма выполнен в виде управляемого резистивного делителя, средняя точка которого соединена через ключ с входом операционного усилителя, выход которого через параллельное соединение N цепей из.последовательно включенных резисторов и ключей соединен с входом интегратора с параллельно включенными N конденсаторами и ключами сброса, причем управляющие входы ключей сброса соединены с вторым выходом блока управления, управляющие входы ключей N резистивных цепей соединены с входами преобразователя код-аналог, а управляющий вход ключа операционного усилителя соединен с третьим выходом блока управления, два плеча управляемого резистивного делителя образованы постоянно включенными резисторами и подключенными параллельно им через ключи управляемым компаратором, дополнительными резисторами, первый вход компаратора соединен с выходом интегратора, с первым входом управляемого резистивного делителя, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения,при этом второй вход компаратора является установочным.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для формирования напряжения, пропорционального логарифму интервала времени; на фиг.2 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство для формирования на.-пряжения, пропорционального логарифму интервала времени содержит входной блок 1, включающий формирователь

2начала измерения, формирователь

3конца измерения, блок 4 управления формирователь, 5 характеристики логарифма, включающий элемент И 6, генератор 7 высокочастотных импульсов эталонной частоты, счетчик 8, логический блок 9, преобразователь 10 . код-аналог, формирователь 11 мантиссы логарифма, включающий ключи 12-15 источник 16 опорного напряжения, резистор 17, ключ 18, операционный усилитель 19, резистор 20, ключ 21, резисторы 22-24, ключ 25, компаратор 26, источник 27 стабильного напряжения, резисторы 28-29, интегратор 30, конденсаторы 31-32, блок 33 суммирования, включающий резистор 34, ключ 35, резистор 36, операционный усилитель 37, конденсатор 38.. Резисторы 17, 2Г-, 23, 24, ключи 21 и 25 образуют управляемый резистивный делитель.

.Работа устройства может бытьразбита на 4 такта (фиг.2).

tg-t - с момента поступления начального импульса до момента поступления импульса, соответствующего концу измеряемого интервала.

- с момента поступления импульса, соответствующего концу измеряемого интервала времени, до момента, когда на вход счетчика 8 поступит импульс от генератора 7, имеющий номер , где п - целое число

t,-t - с моГ«нта поступления на вход счетчика 8 импульса до момента окончания перезаписи информации в блок 33 суммирования и запоминания. Интервал

3 постоянен и определяется параметрами устройства. t.-t, - с момента окончания перезаписи измерительной информации до момента окончания подготовки к работе в следующем измерительном цикле. Интервал постоянен и определяется временем, необходимым для подготовки устройства. При поступлении на вход формирова теля 2 импульса/ соответствующего началу измеряемого интервала, он срабатывает и через блок 4 подает логическую единицу на элемент И 6. После этого импульсы с выхода генера тора 7, имеющие частоту повторения f начинают поступать на счетчи 8, который был предварительно установлен в нулевое исходное состояние. Счетчик 8 управляет логическим блоком 9, который построен так, что на одном из его выходов формируется логическая единица. Это происходит тогда, когда в счетчик 8 двоичным кодом записано число, большее или равное 2 и меньшее, чем 2 . Сигналы с выходов логического блока 9 поступают на входы преобразо вателя код-аналог 10 и устанавливают его в положение, при котором его выходной ток будет равен пЪ-, . Те же сигналы, замыкая соответствующий ключ из группы 14-15, подключают ко входу интегратора 30 цепь, состоящую из резистора, входящего в группу 2829, и соединенного с ним конденсатора из группы 31-32. Постоянная вре мени включенной RC -цепи выбирается равной о1Тд2, где oL е постоянный коэффициент. При поступлении импульса, соответ ствующего концу измеряемого интервал срабатывает формирователь 3 и через блок 4 включает ключ 18. Воздействуя через управляющий вход блока 9, блок 4 подготавливает его к срабатыванию при поступлении на счетчик 8 импульса, имеющего номер 2. После включения ключа 18 на вход операционного усилителя 19 через резистор 17 начинает поступать постоян ный ток от источника 16 опорного напряжения. На выходе усилителя 119 устанавливается начальное напряжение UQ, под действием которого напряжение Ujo на выходе интегратора 30 начинает возрастать. Начальная скорост нарастания напряжения определяется опорным напряжением и постоянной времени подключенной RC -цепи, соетоящей из резистора, входящего в группу 28-29, и конденсатора, входящего в группу 31-32. Вследствие поло жительной обратной связи с выхода и тегратора 30 на вход операционного усилителя 19 напряжение Ujo будет нарастать со все увеличивающейся скоростью. Процесс продолжается до поступления на вход счетчика 8 импульса, имеющего N 2, после чего ключ 18 и ключ из группы 14-15 отключается. В результате интегратор 30 переводится в режим запоминания. Одновременно под действием сигнала, поступающего с блока 4, замыкается ключ 35 блока 33. При этом информация, поступающая с выхода интегратора 30 и с выхода преобразователя код-аналог 10,. суммируется и перезаписывается в блок 33 и, после отключения ключа 35, запоминается. Отключение ключа 35 осуществляется по команде блока 4, выдаваемой по истечении времени, которое достаточно для перезаписи. Затем блок 4 выдает команду на установку счетчика 8 в исходное нулевое состояние и включение ключей 12-13, предназначенных для разряда конденсаторов 31-32. По истечении заданного времени сигнал Установки на ноль снимается и устройство переводится в режим ожидания очередного начального импульса для работы в следующемизмерительном цикле. Компаратор 26 совместно с источником 27 стабильного напряжения резисторами 20 и 24 ключами 21 и 25 корректирует, характеристику интегратора, уменьшая погрешность формирования мантиссы. Математические соотно1уения, лежащие в основе действия устройства. Примем следующие обозначения: FO - частота следования импульсов на выходе генератора 7; TQ - период следования импульсов на выходе генератора 7; Т - время между начальным и конечным импульсами измеряемого интервала/ 6 - время с момента поступления конечного импульса до момента поступления на вход счетчика 8 импульса с номером 2 ; КЪ - символ бинарного Дпри-основании 2 ) логарифма; Т - интервал времени, принятый за условную единицу; Т - постоянная времени RC -цепи интегратора; 5 - масштабный коэффит иент в формуле. . и веът/т, (-1) которая описывает номинальную статическую характеристику ycтpoйcтJ(a. Как следует из диаграммы (фиг.2), время преобразования без учета времени перезаписи и подготовки /стройства к работе в следуюм.ем измерительном цикле равно Тд2. С другой стороны, оно равно Т+9. Поэтому можно записать , JL-2 /iS- -Vv) элементарных преобразовани .и, после efel- n eb i-:j7 V получить ° г 6 j Аргументе функции ;Y b И „j меняется в пределах .от .0 до Т,. этом выражение 1гi ..стоящ - под знаком бинарного логарифма, изм няется от 1 до 0,5, а функция V нуля до минус единицы. Устройство должно формировать на выходе напряжение U , связанное с длительностью измеряемого интервала соотношением (.1), которое можно пер записать так + . (f Подставив в ( 5) выражение Ъ (4), получим ,,.,p,(,.,,bij. ... . .(Ь) Из (6J следует, что для получения - необходимо сформировать напряжения пропорциональное ха рактеристике бинарч ного логарифма; пропорциональное мантиссе бинарного логарифма; и,веЪт постоянное напряже5 Ч I ние, величина которого зависит от выб ранной частоты запо няющих импульсов и величины интервала, принятого за единицу Напряжение U;, формируется с помощью йреобразователя код-аналог 10 и блока 33. Напряжение Og вырабатывается формирователем 11 мантиссы. Напряжение Oj формируется путем подачи постоянного смещения на вход блока 33. Напряжение 1)2 снимается с выхода интегратора 30. Оно пропорционально интегралу напряжения на выходе опера ционного усилителя 19, взятому за время с момента замыкания ключа 18 и ключа из груйпы 14-15, и обратно Пропорционально постоянной времени К С., где R сопротивление резистора из группы 28-29, а С - емкость конЯвнсаТора из группы 31-32, соединенные с замкнутым ключом из группы 141-5. Напряжение определяется из и„ определяется выражения 0 (7) где Е. - напряжение источника опорного напряжения Для упрощения выкладок цепи, свяс компаратором 26, не рассматзанныериваются. Учитывая, что сумма токов на входе интегрирующего операционного усилителя 30 равна нулю, запишем и du. Подставив в (8) l/i. из C7f, получаем дифференциальное уравнение 30 0 , (9) которое при начальных условиях U,(oj 0 имеет решение ..(в) «22 / зо ( Rg. - сопротивление ре1- зисторов 17, 22,23 R «23 соответственно; постоянная време 22 ни интегратора,, учитывающая коэффициент передачи операционного усилителя 19. Как видно, схема формирует напряжение, изменяющееся по экспоненциальному закону с положительным показателем. При изменении 0 в пределах от О до т -- 7 TQ 2 (Ьу кция Ь Паппроксйлтруется функциёй у с (l- е ЯР условии, что г 0,7285 и ,01374. Ошибка аппрокримации не превьааает 0,5%. Ошибку аппроксимации можно уменьшить в 5-10 раз, если функцию ) представлять двумя экспонентами с разными параметрами и переходом с одной экспоненты на другую в середине участка т.е. при 0/Тр2 1/4. Переключение экспонент выполняет компаратор 26, управляющий ключами 21 и 25. йзобретение может быть эффективно использовано, в частности, при автоматизации специальных газодинамических научно-исследовательских установок, в которых датчики основных ехнологических параметров имеют часотно-импульсный или время-импульсный выход и должны обеспечить высокую точность и высокое-быстродействие в ироком диапазоне изменения регулируемых параметров .и динамических характеристик объектов управления.

-., r--f|

toi

lO-

,

УСТРОЙСТВО .ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ЛОГАРИФМУ ИНТЕРВАЛА ВРЕГ1ЕНИ, содержавтее блок управления, формирователь характерис- . тики логарифма, формирователь мантиссы логарифма, блок суммирования, первый вход которого соединен с выходом интегратора формирователя мантиссы логарифм.а, а второй вход соединен с выходом преобразователя код-аналогформирователя характеристики логарифма, третий вход соединен с первым выходом блока управления, первый выход которого соединен через-элемент И со счетным входом счетчика форми рователя характеристики логарифма, а второй выход соединен с входом сброса упомянутого счетчика, третий вьаход соединен с управляющим входом логического блока формирователя характеристики логарифма, причем выходы счетчика формирователя характеристики логарифма через логический блок формироэа- теля характеристики логарифма соединены с входами преобразователя код-аналог, управляющий выход упомянутого логического блока соединен с одним из вхрдов блока управления. Два других входа которого через формирователи начала и конца измерения соединены с входами устройства, о т л и ч.а ю щ е е с я тем, что, с целью расяаирения функциональных возможностей, в .формирователь характеристики логарифма введен генератор импульсов эталонной частоты, выход которого соединен с вторым входом элемента И, а формирователь мантиссы логарифма выполнен в виде управляемого резистивного делителя, средняя точка которого соединена через ключ с входом операционного усилителя, выход которого через параллельное соединение N цепей из последовательно включенных резисторов и ключей соединен с входом интегратора с параллельно включенны11 ш N конденсаторами и ключами сброса, причем урравлякидие входы ключей сброса соединены с вторым выходо.м блока управления, управляющие входы ключей N резистивных цепей соединены с дами преобразователя код -аналог, а 2 управляющий вход ключа операционного усилителя соединен с третьим выходом блока управления, два плеча управляемого реэистивного делителя образованы постоянно включенными резисторами ОО 00 и подключенными параллельно им через ключи управляемым компаратором,дополнительными резисторами, первый вход а компаратора соединен с выходом ин-. тегратора, с первым входом управляесо мого резистивного делителя, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, при .этом.втогюй вход компаратора является установочным.; . .