Интегрирующее устройство Советский патент 1987 года по МПК G06G7/18 

fO

15

20

25

1 1300500

Изобретение относится к измериельной технике и приборостроению и ожет быть использовано для измереия интегралов физических величин, реобразованных в напряжение (ток).

Целью изобретения является повыение точности и расширение динамиеского диапазона входных сигналов.

На чертеже представлена функциоальная схема интегрирующего устройтва.

Устройство содержит генератор 1 мпульсов, цифроаналоговый преобраователь 2, интегратор 3, компараор 4, демультиплексор 5, счетчик 6 оэффицинта умножения, делитель 7 астоты, счетчик результата 8.

Устройство функционирует следуюим образом.

Входное интегрируемое напряжение оступает на аналоговый вход цифро- аналогового преобразователя 2, переающего входное напряжение на вход нтегратора 3 с переменным коэффи1;и ентом передачи. Численное значение коэффициента передачи цифроаналого- вого преобразователя 2 обратно пропорционально текущей амплитуде входного напряжения и задается кодом коэффициента умножения с выхода счетчика 6,

Так, при текущем значении входного напряжения, равном минимально возможному в пределах динамического диапазона интегрирования, код коэф- фи1даента умножения на цифровом входе цифроаналогового преобразователя 2 равен единице; при текущем значении, равном максимально возможному, код коэффициента умножения равен минимально возможному.

Интегратор 3, представляющий собой, например, операционный усилитель постоянного тока с конденсатором в цепи обратной связи, с парахг- лельно подключенным конденсатору ключом для разряда конденсатора перед новым циклом интегрирования, интегрирует входное напряжение.

Выходное напряжение интегратора 3 сравнивается компаратором 4 с эталонным пилообразно-импульсным напряжением с входа порогового значения.

Вместо пилообразно-импульсного на пряжения можно формировать пилооб- разно-ступенчатое импульсное напряжение с помощью последовательно включенных генератора импульсов

30

35

40

45

50

55

сч ра ст им ст вр но

ре св Пр ти ин ло на че сч (н ме пу ни сч

ро в ва 4, хо ти вр об ин уч ци эт ло ра

им ни на те

пу ни чи ли мы мо

об ту те ра ко ра сч ма

5

0

5

0

5

0

5

0

5

счетчика и цифроаналогового преобразователя. При этом пилообразно- ступенчатое импульсное напряжение имеет более высокую линейность и стабильность в течение длительных временных интервалов, чем пилообразно-импульсное.

Компаратор 4 в зависимости от результата сравнения формирует на своем выходе логический О или 1. При логическом О на входе демуль- типлексора 5 (напряжение на выходе интегратора 3 больше эталонного пилообразно-импульсного напряжения) на вход прямого счета счетчика 6 через демультиплексор 5 поступает счетная единица, при логической 1 (напряжение на выходе интегратора 3 меньше эталонного пилообразно-импульсного напряжения) - счетная единица поступает на вход обратного счета счетчика.

Благодаря описанной аналого-цифровой отрицательной обратной связи в контуре цифроаналогового преобразователя 2: интегратор 3, компаратор 4, демультиплексор 5 и счетчик 6,вы-- ходное напряжение интегратора 3 почти полностью совпадает по форме во время прямого хода с эталонным пилообразно-импульсным напряжением, т,е, интеграл от входного напряжения с учетом изменения входного напряжения цифроаналогового преобразователя 2 и эталонный интеграл, образованный пилообразно-импульсным напряжением, равны по величине.

Поделенные делителем 7 частоты импульсы поступают как счетные единицы на вход счетчика 8,на котором накапливается цифровое значение интеграла входного напряжения,

В конце цикла интегрирования импульсом установки в исходное состояние сбрасываются интегратор 3 и счетчик 8, при сохранении состояния делителя 7 и счетчика 6, устанавливаемых в исходное состояние в начальный момент времени.

Коэффициент деления делителя 7 обратно пропорционален текущей амплитуде входного напряжения. Так, при значении входного напряжения, равном максим;5льно возможному, код коэффициента деления делителем 7 равен единице, т.е, на счетчик 8 счетные импульсы поступают с максимальной частотой и код на счетчике

8 возрастает с максимальной скоростью. При текущем значении входного напряжения, равном минимально возможному в пределах динамического диапазона интегрирования, код коэффициента деления делителем 7 равен максимально возможному, т.е. на счетчик 8 счетные импульсы поступают с минимальной частотой и код на счетчике 8 возрастает с минимальной скоростью

С выхода счетчика 6 на цифровой вход цифроаналогового преобразователя поступает прямое значение кода счетчика 6.

Предложенное устройство осуществляет aдaпtивнoe определение значения ()) интеграла измеряемой физической величины F(t), т.е.

I,(t)

I F(t

) dt

(1) 20

Если сигнал U,

I/t)

.gj(t), поступающий с датчика измеряемой физической величины, пропорхдаонален F(t), то определение (1) эквивалентно выражению

.t

(t ) dt . (2)

о

где а - коэффициент пропорционать- ности между значениями ) и F(t), который постоянен для каждого счетчика и может считаться известным.

Описанная аналого-цифровая обратная связь реализует алгоритм адаптации, целевой функцией которой является равенство

l (t) I.

(3)

где IJT значение эталонного пилообразно-импульсного напряжения в момент времени t;

l (t) - выходной сигнал, снимаемый с интегратора.

При этом адаптация обеспечивается вариациями значения U(t) - сигнала, который подается на вход интегратора, обязанными изменениям К(1,,1)- коэффициента умножающего ЦАП 2:

U, (t) U, (t)

K.

,.)

(A)

Пусть равенство (3) выполняется в течение некоторого времени. Это

означает, ,что

t

I.

(t ) K,(i; , I,,)

dt

b (t - t. )

4

при

ti-i

t. t. (5)

где b - среднее (за много периодов) значение углового коэффициента эталонного пилообразно-импульсного напряжения.

Поскольку по условию равенство (3) выполняется в течение времени t. - t , то со.гласно используемому алгоритму одновременно величина К (I , I ) сохраняет свое значение.

так что из (5) получаем

15

I(t) - I,(t.,) aj и,, (t )dt

V)

(t - t.. )

(6)

где t;, Если

t

- частота импульсов, снимаемых с выхода делителя 13 частоты на интервале t- -t. , то формула (6) может быть переписана следующим образом:

30

(7)

5

0

t.,i t t t,

где n(t, t. ) - количество счетных плюс единиц, поступивших на вход счетчика-регистра В за время t, -t. В соответствии с алгоритмом функционирования предложенного устройства делитель 7 частоты преобразует частоту генератора 1 (f) следующим образом:

f К, (Т

f -

.)

(8)

тогда из (7) и (8) получаем

-1, (.4J

I,(t)

ab

-j-n

(t, t.., )

(9)

- t -t

i

С учетом равенства (3) для момента t.

имеем

55

--,

)

(10)

а с учетом уравнений (4)-(8) получаем

5

t-1

i,(t) - MlZnCt

n(t,t,, )

в правой части выражения (11) стоит суммарное число счетных плюс единиц, накопленных счетчиком-регистром 8 за все время интегрирования от t О до t, которое и определяет код искомого интеграла I (t).

Формула изобретения

Интегрирующее устройство, содержащее счетчик результата, выход которого является выходом устройства, генератор импульсов, счетчик коэффициента умножения и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого является входом устройства, и интегратор, подключенный выходом к первому входу компаратора, о т л и ч.а Составитель Т.Толстоброва Редактор М.Келемеш Техред М.ХоданичКорректор М.Демчик

Заказ 1151/49 Тираж 673Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

005006

ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности интегриров.ания и рас- ширения динамического диапазона входных сигналов, в него введены де5 литель частоты и демультиплексор,первый и второй выходы которого подключены к входам прямого и обратного счета счетчика коэффициента умножения, соединенного выходом с цифровым

fO входом Цифроаналогового преобразователя и управляющим входом делителя частоты, информационный вход которого соединен с информационным входом демультиплексора и с выходом генера15 тора импульсов, управляющий вход демультиплексора подключен к выходу компаратора, второй вход которого соединен с шиной задания порогового уровня, входы сброса интегратора, де20 лителя частоты, счетчика коэффициента умножения и счетчика результата соединены с входом установки устройства в исходное состояние, выход делителя частоты подключен к счетному

25 входу счетчика результата.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения интегралов физических величин, преобразованных в электрическое напряжение (ток).Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона входных сигналов. Устройство содержит генератор 1 импульсов, интегратор 3, цифроаналоговьм преобразователь 2, компаратор 4, демульти- плексор 5, счетчик 6 коэффициента умножения, делитель 7 частоты, счетчик 8 результата. В интегрирующем устройстве.длительность одного цикла интегрирования определена заранее в соответствии с параметрами эталонного напряжения и характеристиками интегрирующего блока. Значит, она не зависит от формы и амплитуды интег- рируемой физической величины и может быть выбрана достаточно большой, сопоставимой по порядку величины с полной длительностью интегрирования. Таким образом, в устройстве рассматриваемая ошибка интегрирования появляется достаточно редко, так что ее накопление практически не сказывается на точности результата. ,1 ил. б сл оо