Преобразователь напряжение-код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/56 

113

Изобретение относится к устройствам для электрических измерений в диапазонах инфранизких и звуковых частот и может использоваться при экспериментальном определении амплитудно- фазовых частотных и переходных характеристик четырехполюсников, при акустических измерениях, исследованиях в области систем автоматического управления и регулирования, в геофизике, биофизике, акустике, океанологии и т.д., в частности для кодирования мгновенных значений медленно изменяющегося напряжения методом развертывающего уравновешивания (времяимпуль сного преобразования).

. Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности преобразователя.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства} на фиг.2 - эпюры, поясняющие функционирование устройстваj на фйг.З - графики, иллюстрирующие метрологические характеристики преобразователя.

Устройство содержит вход 1 преобразователя, вход 2 Запуск, сравнивающее устройство 3, генератор 4 пилообразного напряжения, блок 5 уп- 1)авления, первый 6, третий 7 и второй 8 выходы, вход 9 управления блока 5, КЗ-триггер 10, ключ 11, генератор -12 опорной частоты, первый реверсивный счетчик 13 импульсов, счетный вход 14, вход 15 управления, вход 16 установки первого реверсивного счетчика, первый 17 и второй 18 элементы И, первый элемент ИЛИ 19, второй реверсивный счетчик 20, вход 21 установки, вход 22 управления второго реверсивного счетчика, блок 23 передачи кода, четвертый Элемент ИЛИ 24, счетчик 25 импульсов второй 26 и третий 27 элементы ИЛИ, третий реверсивный счетчик 28, счетный вход 29, вход 30 установки, выход 31, знаковый выход 32 третьего реверсивного счетчика, третий элемен И 33, информационный выход 34 преобразователя, выход 35 Готов и вход 36 управления третьего реверсивного счетчика.

Устройство, работает следующим образом.

На вход 1 преобразователя поступает медленно изменяющееся напряже- нение U(t) (эпюра 37, фиг.2). При на вход 2 устройства от. внешнего источника подается короткий запускаю02

щий имПульс (эпюра 39, фиг.2). Этот импульс производит установку в О всех трех реверсивных счетчиков 13, 20 и 28, транслируясь блоком 5 управ- ления на его первый выход 6 (эпюра 40, фиг.2), и запускает генератор 4, который формирует два периода пилообразного напряжения U (t) (эпюра 37, фиг.2).

Одновременно с запуском- генератора сигнал с первого выхода 6 блока 5 производит установку в О RS-триг- гера 10 (в моменты времени и ). Напряжения U(t) иU„(t) сравниваются с помощью устройства 3, формирующего короткие импульсы при равенстве напряжений U(t) и U(t) в моменты времени и . Этими импульсами RS-триггер 10 по S-входу

переводится в единичное состояние, так что на выходе этого триггера появляется потенциал (эпюра 38, фиг.2).

Длительности первого (t,) и второго (t,-T) выходных импульсов RS- триггера 10 пропорциональны мгновенным значениям преобразуемого сигнала в моменты времени соответственно и , причем ti ()U(t,)

и t2-2( c/U)U(t2), где и„- амплитуда пилы генератора 4 (эпюра 37,фиг. 2) . Ключ 11 открыт, если его управляющий потенциал (эп-ра 38, фиг.2) имеет уровень 1. В этом случае он пропускает на свой выход п ачки из N

ent(f5t) и N,, entCf о (tg- t) импульсов генератора 12 опорной частоты, где fj, - частота генератора 12. Режим работы всех трех реверсивных

счетчиков (суммирование или вычитание) определяются потенциалами второго 7 и третьего В выходов блока 5 (эпюры 41 и 42, фиг.2) так что при на входы управления реверсивных счетчиков поступает нулевой потенциал и устаналивается режим вычитания. В течение указанного интервала времени через элемент ИЛИ 2 на счетный вход реверсивного счетчика 28 поступает пачка из N импульсов, так что в момент содержимое, этого счетчика достигает величины - N . Эпюра 43 фиг,2 иллюстрирует изменение во времени содержимого реверсивного счетчика 28. Элементы И 17 и 18 в это время закрыты потенциала- ми соответственно второго 7 и третьего 8 выходов блока 5, поэтому коды реверсивных счетчиков 13 и 20 (эпюра

313

45, фиг.2) в интервале СО,СЗ не изменяется и остается равными нулю.

потенциалы выходов 7 и 8 блока 5 (эгаоры 41 и 42, фиг.2) таковы, что на управля1бщих входах всех трех реверсивных счетчиков устанавливается потенциал 1 и счетчики переводятся в режим суммирования. В этом интервале времени сигнал второго выхода 7 блока 5 деблокирует элемент И 17, так что к моменту времени в реверсивных счетчиках 20 и 28 фиксируются коды Nj и , (эпюры 45 и 43, фиг.2), причем информация о знаке signuN величины N выводится на выход 32 реверсивного счетчика 28.

При элемент И 17 закрывается а И 18 - открывается потенциалом по эпюре 42 на фиг.2. Импульсная последовательность генератора 12 через элемент и 18 проходит на счетные входы реверсивных счетчиков 13 и 25. Импульсы переполнения реверсивного счетчика 13 через элемент ИЛИ 19 поступают на счетный вход второго реверсивного счетчика 20. Режимы работы всех трех реверсивных счетчиков в этом такте функционирования преобразователя определяются потенциалом знакового выхода 32 счетчика 28. Этот по тенциал имеет уровень О при и уровень 1 при dN-sG. Учитывая уровни выходных сигналов блока 5 (эпюры 41 и 42, фиг.2), находим, что при лN70 все реверсивные счетчики работают в режиме вычитания, а при - в режиме суммирования.

При на третьем выходе блока 5 возникает положительный перепад напряжения (эпюра 42, фиг,2). Этот перепад через четвертый элемент ИЛИ 24 открывает на некоторое время блок передачи кода 23 и код N, хранящийся в реверсивном счетчике 20, записывается в счетчик 25. Этот счетчик выполнен вычитающим, поэтому при t72T его содержимое под воздействием выходных импульсов элемента И 18 уменьшается до нуля. Импульс обнуления, появляющийся на выходе счетчика 25, через элемент ИЛИ 24 воздействует на блок 23 и производит очередную перепись кода реверсивного счетчика 20 в счетчик 25. Импульс обнуления счетчика 25 через элемент ИЛИ 26 поступает также на счетный вход 29 .счетчика 28 и уменьшает его

04

содержимое на единицу, если , или увеличивает это содержимое, если AN 0.

В дальнейшем содержимое счетчика

25 под воздействием выходных импульсов элемента И 18 вновь уменьшается до нуля, производится очередная запись текущего кода реверсивного счетчика 20 в счетчик 25, изменение

на единицу содержимого реверсивного счетчика 28 и т.д. Этот процесс продолжается до обнуления в момент времени (эпюра 43, фиг.2) реверсивного счетчика 28, после чего потенциалом с выхода 31 (эпюра 44, фиг.2) счетчик 28 закрывает элемент И 18. Указанный потенциал выдается также на выход 35 преобразователя в качестве сигнала готовности информации к считыванию внешним потребителем . Искомая информация N о.величине мгновенного значения кодируемого напряжения снимается .с выходов 34 реверсивного счетчика 20 (эпюра 45,

фиг.2).

Процесс преобразования кодов N- и AN, выполняемый в рассматриваемом устройстве при ., описывается алгоритмом:

IdMl

N Nj -entU sign N ENj-sign/iNent j ,

где N - результат преобразования; D - емкости реверсивных счетчиков 13, 20 и 25.

Учитывая, что при вычитаемое выражение в квадратных скобках этой формулы много меньше величины N, получают N d-iN/D).

Для выяснения, какой характерис- тике преобразуемого напряжения отвечает полученный код N, строят оценку производной обрабатываемого сигнала :

dU(t) U(tt) -U(tO Nt-N,

dt , D ,+D

где . Находят оценку U(f) величины сигнала U(t) при

u(t)u(t,)- (t,-)

dt

UmNt ,, ЛК.

D

5,

Следовательно: Nc(D/U)U() . Таким образом, код N пропорционален оценке OCf) мгновенного значения пробразуемого напряжения в фиксированный и известный заранее момент времени t t. Аргумент результата кодирования не меняется при произвольно изменении промежуточных результатов преобразования - величин N и Nj.

На фигi3 сплошными линиями представлены зависимости относительной погрешности (1 )/U(1) кодирования мгновенного значения напряжения U(t/ ir)l i /4095)a+b(t/)+c(t/ t )3, изменяющегося во времени по параболическому закону от величины коэффициента b для заданного набора значений коэффициента с, вынесенных в шифр кривых при и . Путирными линиями на фиг.З изображены зависимости относительной погрешности .e/ jj -1+NjU /DU(1) известного устройства прототипа для аналогичных условий кодирования. Графики фиг«3 показывают, что предлагаемое устройство характеризуемся существенно меньшей динамической погрешностью, чем прототип Тах при и c 0j18% против ,78% для прототипа. Если и ,, то с/ «0,022%, тогда как погрешность устройства-пртотипа в этих условиях; т.д.

сУ; 1,49% и

Формула изобретения 35

Преобразователь напряжение - код, содержащий счетчик импульсов и последовательно соединенные блок управления, генератор пилообразного напряжения,, сравнивающее устройство,, .КЗ-триггер и ключ второй вход которого подключен к генератору опорной частоты, второй вход сравнивающего устройства является входной шиной, отличающийся тем, что,, с целью уменьшения динамической погрешности преобразователя, в него введены первый, второй и третий элементы И, первыйJ,- второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, три реверсивных счетчика импульсов и блок передачи кода, вход записи которого сое5

O

5

0

5

0

5

5

0

динен с ВЫХОДОМ четвертого элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к вькоду счетчика импульсов, входь: установки которого подключены соответственно к выходам блока передачи кода, информационные входы которого соединены соответственно с информационными выходами второго реверсивного счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами первого реверсивного счетчика импульсов и первого элемента И, счетный вход первого реверсивного счетчика импульсов объединен со счетным входом счетчика импульсов и подключен к выходу второго элемента И, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с вьссодом генератора опорной частоты, вторым выходом блока управления и выходом третьего реверсивного счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом счетчика импульсов и выходом ключа, который подключен.к первому 0 входу первого элемента И, второй

вход которого объединен с первым входом третьего элемента ИЛИ и соединен с третьим выходом блока управления, второй вход третьего элемента ИЛИ подключен к выходу третьего элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно со знаког вым выходом третьего реверсивного счетчика импульсов и вторьм выходом блока управления, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входами управления реверсивных счетчиков импульсов, входы установки которых объединены с входом управления блока управления и являются шиной Запуск, выходы второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов являются соответственно первой и второй выходными шинами, при, этом второй вход RS- триггера соединен с первым выходом блока управления5 а второй вход чет-- вертого элемента И.ПИ подключен к второму выходу блока управления.

ii ft2 2T

JL1

4

45

фи52

/S/ .S,

10

Изобретение касается электрических измерений в диапазонах инфра- низких и звуковых частот и позволяет выполнять кодирование напряжения путем развертывающего уравновешивания в двух соприкасающихся тактовых интервалах времени с последующим аппаратным вычислением мгновенного значения напряжения методом линейной интерполяции. Изобретение позволяет уменьшить динамическую погрешность преобразования из-за изменения напряжения в процессе кодирования и устранить неопределенность момента времени, к которому следует отне-сти полученный код. Для этого в стандартный времяймпульсный преобразователь напряжение - код введены реверсивные счетчики импульсов для накопления исходной информации и логические элементы, которые совместно с указанными счетчиками образуют интерполирующее цифровое вычислительное устройство. 3 ил. § (П р О9 vl О5 О)

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 2435/55Тираж 901Подписное

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

Составитель В.Солодова Техред Л.Олийнык

Корректор И.Муска