Цифровой датчик Советский патент 1987 года по МПК H03M1/60 G01R19/00 

1 ,- 1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управления в качестве датчиков положения, скорости и т.п.

Цель изобретения - повышение линейности и стабильности характеристик.

На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового датчика; на фиг. 2 - схема мостового переключателя; на фиг. 3 - временные диаграммы на входах и выходах распреде- лителя импульсов.

Цифровой датчик содержит чувствительный элемент 1, усилитель 2, мостовой переключатель 3, дифференциальный усилитель 4, преобразователь 5 напряжение - частота, два реверсивных счетчика 6, 7, два регистра 8, 9, два генератора импульсов 10, 11, распределитель 12 импульсов, счетчик 13, элемент И 14, элемент 15 за- держки и два элемента 2И-ИЛИ 16, 17 Мостовой переключатель выполнен на четырех ключах 18-21.

Устройство работает следующим образом,

Импульсные сигналы, формируемые распределителем 12 импульсов на его первом и втором выходах, управляют переключением ключей мостового переключателя 3. Импульсом с первого выхода распределителя 12 импульсов (фиг. ) включаются первый 18 и четвертый 21 ключи мостового переключателя 3 и на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 4 поступает сигнал с выхода чувствительного элемента 1 через усилитель 2. При появлении импульса на втором пы- ходе распределителя 12 импульсов (фиг. ЗЬ), ключи 18 и 21 закрываются и открываются ключи 19 и 20, в -результате на вход циффе ренциально- го усилителя 4 поступает инвертированный сигнал с выхода чувствительного элемента 1, Сигналом с выхода дифференциального усилителя 4 осу- ществляется управление частотой импульсов преобразователя 5 напряжение - частота. При линейной зависимости частоты импульсов f от напряжения на выходе чувствительного элемента, 1 имеем: f щ f-o при и О И f пич о при U4 О, где fp - номинальная частота

0

,

0 j

0

5

5

5

I2

импульсов на выходе преобразователя 5; и - значение напряжения на выходе дифференциального усилителя 4; - коэффициенты передачи цепи усилитель 2 - преобразователь 5 при положительном и отрицательном напряжении на выходе дифференциального усилителя 4.

В первых двух тактах работы в счетчике 6 формируется код, пропорциональный t2 k/|f. За это же время в счетчике 13 накапливается величина 2kfo. Выходная частота преобразователя 5 поступает при этом на вход счетчика 13 через элемент 2ИгИЛИ 16, KOTOpbiil открыт высоким потенциалом на третьем выходе схемы 12 (фиг, 3 г). Когда же уровень 1 снимается с третьего и появляется на четвертом выходе схемы 12, прекращается поступление импульсов с выхода преобразователя 5 на счетчик 13, информация с него переписывается в регистр 8 по импульсу на восьмом выходе схемы 12 (фиг, 3), после чего счетчик 13 обнуляется (десятый выход схемы 12). В этот момент на выходе переполнения счетчика 6 присутствует высокий логический уровень и с приходом импульса на третий вход элемента И 14 частота с выхода генератора 1 начинает поступать через элемент И 14 на вход второго реверсивного счетчика 7, а через схему 2И-ИЛИ 17 на тактовый вход счетчика 6, на вход управляющего регистра счета которого в это время подается уровень О.

Частота генератора 11 импульсов выбирается не ниже f , где / - разрядность реверсивного счетчика 6; i - удвоенный период импульсов генератора 10,

В результате вычитание в счетчике 6 будет осуществляться до установки его в О, в этот момент на его выходе переполнения появится уровень О и заполнение счетчика 7 прекратится. Этот процесс поступления пачки импульсов из счетчика 6 в счетчик 7 будет происходить п раз, в течение импульса на четвертом выходе схемы 12, Если к моменту окончания очередного импульса на втором выходе схемы 12 в знаковом разряде (старший разряд) счетчика 6 будет 1, схема 12 на седьмом выходе формирует уровень 1 и счетчик 6 в процессе перез апи313

си своего содержимого в счетчик 7 осуществляет на вычитание, а суммирование, так что в любом случае чис- ло выходных импульсов элемента И 14 пропорционально абсолютной величине кода, хранящегося в счетчике 6.

Счетчик 6 осуществляет периодическое вычитание .входных импульсов до нуля, т.е. до момента, когда че- рез элемент 15 задержки производится запись в него выходного кода регистра 8, Чем больше код, хранящийся в регистре 8, тем больше производится вычитание содержимого счетчика 7 и тем реже появляются импульсы на его выходе переполнения.

Таким образом, через элемент 2И-ИЛИ 16 на счетчик 13 поступает

число импульсов, пропорциональное

2k4f , ,/, rt

-.--- J f/fp. По окончании цикла

zk IP

деления заканчивается цикл преобразования, содержимое счетчика 13 перписывается в выходной регистр 9, а счетчик 3 вновь обнуляется (9-й и 10-й выходы схемы 12, фиг. 3 k , л) , Знаковая информация снимается с выхода знакового старшего разряда счетчика 6, Далее цикл преобразова- НИН пов -оряется.

По сравнению с известными решениями в данном случае обеспечиваетс повышение линейности датчика и стабильности его характеристик.

Ф о р.м у л а изобретени

1, Цифровой датчик, содержащий первый генератор импульсов, первый реверсивный счетчик, последовательно соединенные чувствительный элемент, усилитель, мостовой переключатель , дифференциальный усилитель и преобразователь напряжение - час- тота, отличающийся тем, что, с целью повьпиения линейности и стабильности характеристики, в него введены второй генератор импульсов, второй реверсивный счетчик, дв регистра, счетчик импульсов, два элемента 2И-ИЛИ, элемент И, элемент задержки и распределитель импульсов первый вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, первый и второй, третий и четвертый управляющие входы мостового переключателя попарно объединены и подклю- чены соответственно к первому и вто

Q

0

5 п

g

0 5 0 g

1

рому выходам распределителя импульсов, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого элемента 2И-ИЛИ, пятый и шестой выходы соединены соответственно с первыми входами второго элемента 2И-ИЛИ, выход которого подключен к тактовому входу первого реверсивного счетчика, выход переполнения которого соединен с первым входом элемента И, а вход управления режимом счета - с седьмым выходом распределителя импульсов, восьмой и девятый выходы которого подключены к входам разрешения соответственно первого и второго регистров, соответствующие информационные входы которых объединены и подключены к соответствующим выходам счетчика импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом первого элемента 2И-ИЛИ, первый из вторых входов которого объединен с одноименным входом второго элемента 2И-ИЛИ и подключен к выходу преобразователя напряжение - частота, выход второго генератора импульсов подключен к второму входу элемента И, третий вход которого соединен с шестым выходом распределителя импульсов, а выход соединен с вторым ид вторых входов второго элемента 2И-ИЛИ и с тактовым входом второго реверсивного счетчика, вход управления режимом счета и вход разрешения записи которого соединены соответственно с шиной нулевого потенциала и выходом элемента задержки, вход которого объединен с вторым из вторых входов первого элемента 2И-ИЛИ и подсоединен к выходу переполнения второго реверсивного счетчика, информационные входы которого соединены с соот- ветствуюпщми выходами первого регистра, вход обнуления счетчика импульсов подключен к десятому выходу распределителя импульсов, второй вход, которого соединен с выходом старшего разряда первого реверсивного счетчика, ифнормационные выходы которого являются первой выходной шиной, выходы второго регистра являются второй выходной шиной.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а - ю щ и и с я тем, что мостовой переключатель выполнен на четырех ключах, информационные входы первого и второго, третьего и четвертого ключей попарно объединены и являются соответственно первым и вторым информационными входами мостового переключателя, управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого ключей являются соответственно первым, четвертым, третьим и вторым уп1352651

равляющими входами мостового переключателя, выходы первого и третьего, второго и четвертого ключей попарно объединены и являются соответственно вторым и первым выходами мостового переключателя.

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управления в качестве датчиков положения, скорости и т.п. Цель изобретения - повышение линейности и стабильности характеристик. Цифровой датчик содержит чувствительный элемент 1, усилитель 2, мостовой переключатель 3, дифференциальный усилитель 4, преобразователь 5 напряжение-частота, два реверсивных счетчика 6,7, два регистра 8,9, два генератора импульсов 10, II, распре- делитель 12 импульсов, счетчик 13, элемент И 14, элемент 15 задержки и два элемента 2И-ИЛИ 16, 17. За счет введения счетчика 13, регистра 8, второго реверсивного счетчика 7 и второго генератора 1I импульсов исключается нелинейность характеристики преобразования, обусловленная зависимостью коэффициента передачи 1 аналогового тракта устройства от амплитуды выходного сигнала чувствительного элемента 1. 1 з.п. ф-лы. 3 ил. i (Л 00 ел to О5 ел фие.1