Преобразователь выходных сигналов параметрических датчиков в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/00 

Изобретение относится к технике аналого-цифрового преобразования и может быть использовано в измерительно-информационных системах регулирования с цифровыми регуляторами.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Преобразователь содержит опорный 1 и измерительный 2 датчики, резистивную матрицу 3, блок 4 управления и регистрации, коммутационные ключи 5 и 6, опорный 7 и измерительный 8 интеграторы с разрядными ключами 9 и 10, нуль-орган 11. Блок 4 управления и регистрации содержит компараторы 12 и 13, элемент ИЛИ-НЕ 14, элемент И 15, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, генератор 17 импульсов, счетчик 18 импульсов, узел 19 регистрации. Входы опорного 1 и измерительного 2 датчиков объединены и являются шиной 20 питания.

Устройство работает циклически следующим образом.

Каждый цикл преобразования равен одному периоду тока, питаюшего датчики по шине 20, и разбивается на три этапа. В исходном состоянии коммутационные ключи 5 и 6 разомкнуты и разрядные ключи 9 и 10 отключены. На выходе нуль-органа 11 присутствует логическая единица. В первичной цепи датчиков протекает ток i coswt.

На первом этапе в момент времени to (фиг. 2), когда напряжение на выходе одного из датчиков 1 уже равно нулю, а на выходе другого датчика 2 напряжение запаздывает по фазе, блок 4 управления и регистрации выходным напряжением одного из компараторов 12 замыкает ключ 5 и на вход интегратора 7 поступает напряжение с выходной обмотки датчика 1. Начинается интегрирование положительной полуволны синусоидального напряжения. В момент времени t, (фиг. 2), когда напряжение на выходе датчика равно нулю, компаратор 13 замыкает ключ 6 и на интегратор 8 поступает напряжение с датчика 2, при этом начинается интегрирование его положительной полуволны. В момент ij (фиг. 2), когда напряжение с выхода датчика 1 становится равным нулю, компаратор 12 размыкает ключ 5, и интегрирование напряжения на интеграторе 7 прекращается. На выходе интегратора 7

образуется напряжение Uo )1к-Мц-А,

где MO const - взаимная индуктивность между обмотками датчика; А, - масштабный коэффициент интегратора.

В момент tj (фиг. 2), когда напряжение на выходе датчика 2 становится равным нулю, компаратор 13 размыкает ключ 6, прекращая интегрирование сигнала с датчика 2 на интеграторе 8. На выходе интегратора 8

0

образуется напряжение U;, М,-А, где MX var - взаимная индуктивность между обмотками датчика 2; А - масштабный коэффициент интегратора 8. На этом

этапе заканчивается цикл интегрирования входных сигналов. Ключи 5 и 6 разомкнуты, на интеграторах 7 и 8 запоминаются напряжения Ux и Uo.

На втором этапе в момент времени tj на

0 входах обоих компараторов 12 и 13 напряжение равно логическому нулю и на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 появляется сигнал, равный логической единице. Этот сигнал поступает на счетчик 18, .разрешая счет, а также поступает на узел 19 регистрации,

5 разрешая прием кода со счетчика 18, поступает на один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и на один из входов элемента И 15. На второй вход элемента И 15 подается сигнал логической единицы, который выдает нуль-орган 11 при рас- коммутированных ключах резистивной матрицы 3 и неравенстве напряжений U, и Uo. На выходе элемента И 15 появляется логическая единица, которая подается на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, на выходе которого остается логический нуль (ключи 9 и 10 остаются в исходном состоянии), а также генератор 17 импульсов, который начинает вырабатывать импульсы, поступающие на счетчик 18 и преобразуемые им в код. Выходному коду счетчика 18, который передается на резистивную матрицу 3, однозначно соответствует положение коммутационных ключей матрицы. В процессе коммутации ключей на выходе резистивной матрицы 3 происходит изменение выходного сигнала.

В момент времени t, (фиг. 2) при достижении равенства напряжений с выхода интегратора 8 и с выхода резистивной матрицы 3 поступающий на вход нуль-органа 11 на его выходе сигнал изменяется с логической единицы на логический нуль, приводя к закрыванию элемента И 15 и прекращению работы генератора 17. Счетчик 18 останавливает счет и выдает на выходе код п, фиксирующийся в узле 19 регистрации и однознач5 но соответствующий положению ключей резистивной матрицы 3:

2

5

0

5

0

0

5

п - 1, Ш - k п - J ,, - Kj 2 .

U,

к. М,

LM -М,-А,

где k k, -ji- - коэффициент пропорциональности. Величина кода п пропорциональна взаимной индуктивности обмоток измерительного датчика 2 и не зависит от нестабильности напряжения питания и от фазового сдвига между выходными напряжениями датчиков. Поскольку взаимная индуктивность функционально связана с измеряемым параметром X, код п однозначно соответствует параметру X.

Третий этап. В момент времени t, (фиг. 2) кодирование и считывание кода заканчиваются. Логический нуль, поступающий с элемента И 15 на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, вызывает на его выходе появление логической единицы, которая вызывает замыкание разрядных ключей 9 и 10, разряжающих емкости интеграторов 7 и 8, после чего они снова размыкаются. В момент времени tj t -f Т на выходе элемента ИЛИ-НЕ вновь появляется логический нуль, который сбрасывает выходной код счетчика 18 и отключает входы узла 19 регистрации, на выходе которого остается запомненное значение кода. Ключи резистив- ной матрицы 3 возвращаются в исходное положение. На этом полный цикл преобразования заканчивается. В начале нового цикла при интегрировании входных сигналов на- рущается равенство напряжений на входах нуль-органа 11 и на выходе его вновь появляется исходный сигнал. Новый цикл преобразования начинается в момент времени t, to + Т.

Повышение точности преобразования достигается за счет раздельного управления интегрированием полуволн опорного и измеряемого напряжений, поступающих с выхода опорного и измерительного датчиков, что исключает влияние нестабильности фазового сдвига между напряжениями в зависимости от изменения измеряемого параметра.

Формула изобретения

1. Преобразователь выходных сигналов параметрических датчиков в код, содержащий опорный и измерительный датчики, входы которых объединены и являются шиной питания, а выходы через соответствующие первый и второй коммутационные ключи подключены к первым входам соответственно опорного и измерительного интеграторов, первые выходы которых подключены к первым входам соответственно резистивной матрицы и нуль-органа, выход которого соединен с первым входом блока управления и

0

0

регистрации, второй вход которого подключен к выходу опорного датчика, а первый и второй выходы соединены с управляющими входами соответственно первого и второго коммутационных ключей, и первый и второй разрядные ключи, информационные входы которых соединены с вторыми выходами соответственно опорного и измерительного интеграторов, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго разрядных ключей, управляющие входы которых объединены и подключены к третьему выходу блока управления и регистрации, четвертые выходы которого соответственно соединены с вторыми входами резистивной 5 матрицы, выход которой соединен с вторым входом нуль-органа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, выход измерительного датчика подключен к третьему входу блока управления и регистрации. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок управления и регистрации выполнен на первом и втором компараторах, элементе И, элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, генераторе импульсов, узле регистрации, счетчике импульсов и элементе ИЛИ- НЕ, входы которого соответственно соединены с выходами первого и второго компараторов и является первым и вторым выходами блока управления и регистрации, первым входом которого является первый вход элемента И, вторым и третьим входами - входы соответственно первого и второго компараторов, а третьим выходом - выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход которого объединен с входом генератора импульсов и подключен к выходу элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, управляющими входами узла регистрации и счетчика импульсов и подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, при этом выход генератора импульсов соединен со счетным входом счетчика импульсов, выходы которого соответственно соединены с информационными входами узла регистрации и являются четвертыми выходами блока управления и регистрации.

5

0

5

0

Изобретение относится к технике аналого-цифрового преобразования и может быть использовано в измерительно-информационных системах и системах регулирования. Целью изобретения является повышение точности. Преобразователь работает циклически в соответствии с периодами тока, питающего опорный и измерительный датчики, на выходе которых формируются напряжения, сдвинутые по фазе. На первом этапе осуществляется интегрирование положительных полуволн выходных напряжений датчиков с помощью опорного и измерительного интеграторов. На втором этапе, когда оба выходных напряжения датчиков становятся отрицательными, в б.токе управления и регистрации осуществляется подсчет импульсов тактовой частоты с помощью счетчика импульсов, код с выхода которого управляет выходным сигналом резистивной матрицы, на вход которой поступает сигнал с выходного опорного интегратора. При совпадении на нуль-органе сигналов с резистивной матрицы и измерительного интегратора подсчитанный код фиксируется и схема возвращается в исходное состояние, подготав- ливая новый цикл преобразования. При § этом точность повышается за счет раздель- л ного управления интегрированием полуволн f опорного и измеряемого напряжений, что исключает влияние нестабильности фазового сдвига в зависимости от величины измеряемого параметра. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. 5 оо со 05 Ю СО ГчЭ

USuif

Фиг. 2