Функциональный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для функ ционального преобразования, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем и систем автоматического контроля. Известен функциональньй преобразователь, содержащий источник эталонного напр/1жения, ключи, конденса торы, интегратор, блок выборки-хранения и блок синхронизации СП. Известен также функциональный преобразователь, содержащий источни эталонного напряжения, ключи, конденсаторы, интеграторы, блоки выборки-хранения, блок вычитания, масштабный преобразователь и блок синхронизации С23. Недостатком известных преобразователей является ограниченность функциональных возможностей, так как они не могут быть использованы для прямого преобразования электрической емкости в цифровой код. Наиболее близким к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий источник эталонного напряжения, подключенный первым выходом к сигнальному входу пер вого ключа, соединенного выходом с сигнальным входом второго Kjlro4a, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборки-хранения, подключенного выходом к информационному входу преобразователя напряжения в длител ность импульса, выход которого соединен с первым управляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьего ключа, подключенног сигнальным входом |с второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом - к второму входу интегра тора, причем счетный (суммирующий), вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхрон зации, выходы которого соединены с управляющими входами первого и вт рого ключей, блока выборки-хранения и преобразователя напряжения в длительность импульса и с вторым управ ляющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого клю ча подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединен 138X ного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя, причем вычитающий вход выходного счетчика подключен через делитель частоты к третьему выходу задающего генератора. Блок синхронизации содержит формирователь временных сдвигов, счетчик-делитель частоты, дешифратор) и элементы И и КПИ. Известный функциональный преобразователь позволяет осуществлять прямое преобразование емкости конденсатора в цифровой код с одновременной коррекцией погрешностей от токов утечки ключей и измерительного конденсатора t31. Однако разделение работы на два этапа уменьшает быстродействие преобразователя по крайней мере в два раза. Кроме того, недостатком функционального преобразователя является ограниченность класса воспроизводимых функций, не позволяющая произВодить линеаризацию характеристик различного рода емкостных датчиков которые находят применение в информационного-измерительных системах. Цель изобретения - расширение класса воспроизводимых функций и повьшение быстродействия функционального преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобра-. зователь, содержащий источник эталонного напряжения, подключенный первым выходом к сигнальному входу первого ключа, соединенного вы-ходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборки-хранения, подключенного выходом к информационному входу преобразователя напряжения в длительность импульса, выход которого соединен с первым управляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом - к второму входу интегратора, причем счетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхронизации, выходы которого соединены

с управляющими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранения и преобразователя напряжения в длительность импульса и с вторым управляющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя, дополнительно введены коммутатор, распределитель импульсов и масштабирукяцая резисторная матрица, подключенная выходом к первому входу интегратора, а входами к выходам коммутатора, соединенного информационными входами с выходами источника эталонного напряжения, а управляюгДими входами - с выходами распределителя импульсов, подключенного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя напряжения в длительность импульса.

На фиг.1 изображена блок-схема функционального преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Функциональный преобразователь содержит источник 1 эталонного напряжения; первый 2 и второй 3 ключи интегратор 4, блок 5 выборки-хранения, преобразователь 6 напряжения в длительность импульса, третий ключ 7, блок 8 синхронизации, задающий генератор 9, измерительный конденсатор 10, коммутатор 11, масштабирующую резисторную матрицу 12, распределитель 13 импульсов и выходной счетчик 14. Блок 8 синхронизации содержит счетчики 15 и 16 и дешифратор 17.

Источник 1 эталонного напряжения подключен первым выходом к сигнальному входу ключа 2, соединенного выходом с сигнальным входом ключа 3 Ключ 3 подключен выходом к первому входу интегратора А, соединенного выходом с информационным входом блока 5 выборки-хранения. Блок 5 подключен выходом к информационному входу преобразователя 6 напряжения в длительность импульсов, соединенного выходом с первым управояющим входом выходного счетчика 14 и с управляющим входом ключа 7. Ключ 7 подкл:очен сигнальным входом к второму

выходу источника 1 эталонного напряжения, а выходом - к второму входу интегратора 4.

Счетный вход счетчика 14 соединен 5 с первым выходом задающего генератора 9, подключенного вторьпч выходом к входу опорной частоты блока 8 синхронизации. Выходы блока 8 соединены с управляющими входами ключей 2 и 3,

О блока 5 выборки-хранения, преобразователя бис вторым упра:вляюи;ий входом счетчика 14 соответственно. Выход ключа 2 подключен к первой обкладке измерительного конденсатора 10, ,

5 соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя. Резисторная матрица 12 подключена выходом к первому входу интегратора 4, а входами 0 к выходам коммутатора 1 1, соединенного информационными входами с выходами источника 1 эталонного напряжения, а управляющими входами - с выходами распределителя 13 импульсов.

5 Входы распределителя 13 подключены к группе выходов блока 8 синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя 6.

Функциональный преобразователь

0 работает циклично. В каждом цикле осуществляется: заряд конденсатора 10 от источника 1 эталонного напряжения (положительной полярности +Ер) , через ключ 2 с последующим разрядом

5 его на интегратор 4 через ключ 3; интегрирование интегратором 4 отрицательного напряжения -Ео источника 1 эталонного напряжения, поступающего через ключ 7 в течение времени

0 TX, пропорционального напряжению на выходе блока 5 выборки-хранения поочередное подключение каждого из резисторов матрицы 12 при помощи коммутатора 11 к источнику 1 эталонно5 го напряжения (положительной или отрицательной полярности) навремя, задаваемое распределителем 13 импульсов-, выборка выходного напряжения интегратора 4 блоком 5 выборки-хра0 нения с последующим запоминанием в течение времени цикла TU, подсчет счетчиком 14 импульсов задающего генератора 9 в течение време ни TX .

5 Поочередное подключение каждого из резисторов матрицы 12 к источнику 1 эталонного напряжения осуществляется при noMomji коммутатора 1 1, управляемого распределителем 13 импульсов, который может представлять собой, например, дешифратор. Подключение резистивной матрицы 12 прекращается по окончании интервала времени Тх . На фиг.2 в качестве примеров прив едены временные диаграммы токов: 1тх через резистор R интегратора 4 за - ток разряда конденсатора 10, С(,, За M Rgтоки, поступающие нА первый вход интегратора 4 соответственно через резисторы i, матрицы 12 при заданной емкости С С ( (в рассматриваемом случае число резисторов в матрице 12 - восемь). Не зачернены импульсы тока, соответствующие значению С,4Су ,y, а также приведены кривые функциональной зависимости кода Ny на выходе преобразователя от входного параметра Р емкостного датчика, играю щего роль конденсатора Су: кривая 1 идеальная, 2 - без линеаризации, 3 с линеаризацией. В данном случае требуемая функциональная зависимость получена с помощью кусочно-линейной аппроксимации, имеющей восемь участков В зависимости от угла наклона каждого участка кривой выбирается сопротив ление резистора и полярность подключаемого к нему напряжения. Проч-яженность участка определяется временем подключения соответствующего резистора. Б установившемся режиме, которьй наступает в функциональном преобразователе по истечении нескольких циклов (4-6 циклов), код на выходе счетчика 14 определяется из следующего выражения, получаемого из условия баланса Зарядов интегратора 4: fo Е- (Ty-tO (T4-ti) , fti2 где ЕЭ - напряжение источника 1 эталонного напряжения 0 - частота задающего генератора 9i . R - сопротивление интегратора 4 на втором входе (входе компенсации) fet напряжение источника 1 эталон ног of напряжения С+Е или -ЕЙ), подключенного к 1 -му резистору матрицы 12, R-j, сопротивление 1 -го резистор матрицы 12, t-t - время от начала интервала компенсации до d го участка аппроксимации; sing X - знаковая функция при ., при Таким образом, предлагаемьй функциональный преобразователь за счет соответствующего подбора резисторов матрицы 1 2 может воспроизводить различные функциональные зависимости, задаваемые с требуемой точностью соответствуючим числом участков кусочно-линейной аппроксимации, и, в частности, может быть использован для линеаризации характеристик емкостных датчиков. При этом матрица 12 может быть вьтолнена в виде сменного блока, в результате чего упрощается перестройка преобразования при смене вида воспроизводимой функции. Кроме того, преимуществом функционального преобразователя является повышение быстродействия (по..крайней мере в 2-3 раза) за счет снижения , длительности и цикла работы и сокращения этапов уравновешивания до одного при сохранении погрешности преобра зования на прежнем уровнеу причем возникающая при снижении длительности цикла работы собственная нелинейность может быть линеаризопреобразователясоответствующим выбором параметвана соответств j. ров резисторов матрицы 12, позволяющим также минимизировать погрешности от токов утечки измерительного конденсатора и ключей.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник эталонного напряжения, подключенный первым вы- . ходом к сигнальному входу первого ключа соединенного выходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборкихранения, подключенного выходом к информационному входу преобразователя напряжения, в длительность импульса, выход которого соединен с первым управляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом - к второму входу интегратора, причем счетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхронизации, выходы которого соединены с управлякмцими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранения и преобразователя напряжения в длительность импульса и с вторым управляющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя, о т л и ч а ю(Л щ и и с я тем, что, с целью расшире-, ния класса воспроизводимых функций и повышения быстродействия функционального преобразователя, в него дополнительно введены коммутатор, распределитель импульсов и масштабирующая резисторная матрица, подключенная выходом к первому входу интегратора, а входами - к выходам коммутатора, соединенного информационными входами с выходами источника эталонного 00 напряжения, а управляющими входами.- 00 с выходами распределителя импульсов, подключенного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя напряжения в длительность импульса.