Частотно-импульсное устройство преобразования сигнала с мостового датчика Советский патент 1988 года по МПК H03K7/06 H03M1/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах контроля и измерения сигналов с тензометрических датчиков, обладающих большими начальными смещениями нуля и работающих в однократном режиме измерения.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия преобразования за счет компенсации напряжения смещения нуля с высокой скоростью и исключения аналоговых элементов из канала сравнения смещения нуля с опорным напряжением.

На фиг. 1 приведена функциональная схема частотно-импульсного устройства преобразования сигнала с мостового датчика; на фиг. 2 - примеры выполнения управляемого генератора импульсов и формирователя импульсов.

Устройство содержит сумматор 1, мостовой датчик 2, усилитель 3 постоянного тока, управляемый генератор 4 импульсов, реверсивный счетчик 5, цифроаналоговый преобразователь 6, задающий генератор 7, формирователь 8 импульсов, блок 9 управления, коммутатор 10 импульсов, счетчик 11 импульсов, дешифратор 12, D-триггер 13, элементы 14 и 15 совпадений, триггер 16, дешифратор 17, D-триггер 18, элементы 19 и 20 совпадений, триггер 21, элемент 22 совпадений, инвертор 23, коммутатор 24 импульсов, при этом выход мостового датчика 2 через сумматор 1 подключен к входу усилителя 3, выход которого через управляемый генератор 4 подключен к первому входу формирователя 8 импульсов, вторые входы управляемого генератора 4 и формирователя 8 импульсов подключены к выходу задающего генератора 7 и к С-входу счетчика 11, выходы которого соединены с входами дешифраторов 12 и 17, выходы которых соединены соответственно с S-входами D-триггеров 13 и 18, D-входы которых соединены с общей шиной, а выходы - соответственно с первыми входами элементов 14, 15, 19 и 20 совпадений, выходы которых соединены соответственно с S- и R-BXO- дами триггеров 16 и 21, выход триггера 16 соединен с входом блока 9 управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 10 и первым входом элемента 22 совпадений, второй вход которого соединен с выходом коммутатора 24, а выход - с С-входом реверсивного счетчика 5, управляющий вход которого соединен с выходом знака управляемого генератора 4, а выходы через цифроаналоговый преобразователь 6 соединены с вторым входом сумматора 1, причем первый выход формирователя 8 соединен с входом коммутатора 10, R-входом счетчика 11, и через инвертор 23 с С-входами D-триггеров 13 и 18, второй выход - с вторыми входами элементов 14. 15,

19 и 20 совпадений, а третий выход - с первым входом коммутатора 24, управляющий вход которого соединен с выходом триггера 21, а второй вход - с первым

выходом коммутатора 10, второй выход которого соединен с выходной шиной.

На фиг. 2 приведены примеры выполнения управляемого генератора 4 импульсов и формирователя 8 импульсов. Управляемый генератор 4 импульсов выполнен по схеме

преобразователя знакопеременного напряжения и содержит суммирующий интегратор 25, два ключа 26 и 27, два компаратора 28 и 29, RS-триггер 30, элемент ИЛИ 31, счетчик 32 импульсов, D-триггер 33 и два элемента 34 и 35 совпадений, при этом к входу интегратора 25 подключены щина входного сигнала и источники разнополярных эталонных напряжений через ключи 26 и 27, управляющие входы которых подключены соответственно к выходам элементов 34 и 35 сов0 падений, первые входы которых соединены с прямыми и инверсными выходами D-триг- гера 33 соответственно, а вторые - с прямыми и инверсными выходами RS-тригге- ра 30, S- и R-входы которого соединены с входами элемента ИЛИ 31 и выхо дами компараторов 29 и 28 соответственно, первые входы которых соединены с выходом интегратора 25, а вторые - с раз- нополярными источниками опорных напряжений, причем выход элемента ИЛИ 31 соеQ динен с D-входом D-триггера 33, С-вход которого подключен к выходу счетчика 32 импульсов, а инверсный выход - к выходной щине управляемого генератора импульсов, вход счетчика 32 подключен к второй входной шине - выходу задающего генерае тора 7, а прямой выход RS-триггера 30 - к выходной шине знака. Формирователь 8 импульсов содержит счетчик 36 импульсов, инвертор 37, элемент 38 совпадений и дешифратор 39, при этом первая входная щина формирователя 8 импульсов подключена к

0 входу инвертора 37, R-входу счетчика 36 и первому входу Элемента 38 совпадений, второй вход которого соединен с С-входом счетчика 36 и второй,входной шиной формирователя - выходом задающего генератора 7, а выход - с третьей выходной шиной формирователя, вторая выходная щина которого соединена с выходом дешифратора 39, входы которого соединены с выходами счетчика 36, а первая выходная шина формирователя соединена с выходом инверQ тора 37.

Блок 9 управления в простейшем случае может быть выполнен в виде RS-триггера, который при включении питания устанавливается в единичное состояние, а сигналом с выхода триггера 16 устанавливается

5 в нулевое состояние.

Частотно-импульсное устройство преобразования сигнала с мостового датчика работает следующим образом.

5

При включении питания блок 9 управления формирует на своем выходе сигнал логической единицы, устанавливая в устройстве режим «Установка нуля, при этом импульсы с первого и третьего выходов формирователя 8 импульсов через коммутаторы 10 и 24 и элемент 22 совпадений поступают на С-вход реверсивного счетчика 5, на выходе которого формируется цифровой сигнал коррекции нуля, который через цифроаналоговый преобразователь б поступает на первый вход сумматора 1, на второй вход которого поступает выходной сигнал смещения нуля мостового датчика 2. С выхода сумматора 1 усиленный усилителем 3 сигнал ошибки поступает на вход управляемого генератора 4, в котором происходит интегрирование аналогового сигнала с уравновешиванием результата интегрирования эталонными импульсами соответствуюшей полярности. Сигнал знака на выходе управляемого генератора 4 формируется в момент достижения напряжения на выходе интегратора 25 одного из опорных напряжений на вторых входах компараторов 28 и 29, т. е. сигнал знака формируется по интегральному значению входного напряжения и поступает на управ- ляюший вход реверсивного счетчика 5, изменяя направление счета. Выходной код счетчика 5 управляет цифроаналоговым преобразователем 6 таким образом, чтобы его выходное напряжение уменьшало частоту следования импульсов управляемого генератора 4 и, следовательно, частоту следования на первом выходе формирователя 8. В установившемся состоянии частота следования этих импульсов близка к нулю и появление каждого импульса на выходе формирователя 8 вызывает изменение знака на выходе управляемого генератора 4 и, следовательно, реверс счетчика 5.

Контроль установки нуля в устройстве осуществлен следуюшим образом. Импульсы с выхода задающего генератора 7 поступают на вход счетчика 11, а на его R-вход подаются выходные импульсы с первого выхода формирователя 8. В течение интервалов времени между импульсами происходит заполнение счетчика и возрастание от нуля числового кода на его выходах.

При некотором значении кода, соответствующем максимально допустимой погрешности установки нуля, срабатывает дешифратор 12, на S-вход D-триггера 13 подается импульс, переводя его в единичное состояние. При этом открывается по первому входу элемент 14 совпадений и импульс с второго выхода формирователя 8 поступает на S-вход триггера 16, переводя его в единичное состояние, которое является признаком того, что нуль установлен с заданной точностью. Далее по заднему фронту импульса с первого выхода формирователя 8,

который инвертируется инвертором 23, D-триггер 13 возвращается в нулевое состояние, поскольку на его D-вход подано напряжение логического нуля. В случае,

если частота настолько велика, что счетчик 11 заполняется до числового кода, мень- щего кода срабатывания дешифратора 12, D-триггер остается в нулевом состоянии. При этом оказывается открытым по первому

Q входу элемент 15 совпадений и импульс с второго выхода формирователя 8 поступает на R-вход триггера 16, после чего триггер 16 оказывается в нулевом состоянии. Состояния «Норма нуля или «Не норма нуля формируются на выходе триггера 16 в тече5 ние каждого периода следования импульсов. При большом начальном уходе нуля время переходного процесса может быть значительным. Для сокращения времени переходного процесса устройство дополнительно содержит дешифратор 17, D-триггер 18,

элементы 19 и 20 совпадений, триггер 21. Работа этих элементов происходит также, как описанная выше, с той лишь разницей, что дешифратор 17 срабатывает при меньшем значении числового кода, чем

5 дешифратор 12. Если уход нуля достаточно большой, то триггер 21 находится в нулевом состоянии. Сигнал с прямого выхода триггера 21 управляет коммутатором 24 таким образом, что на второй вход элемента 22 совпадений подается сигнал с

0 третьего выхода формирователя 8. На этом выходе сигнал сформирован в виде пачек импульсов. Этот сигнал в виде пачек импульсов поступает на вход реверсивного счетчика 5. Каждому импульсу на первом выходе соответствуют К импульсов на третьем

5 выходе формирователя 8. Поэтому на один период работы управляемого генератора 4 на вход счетчика 5 поступают К импульсов, и счетчик заполняется в К раз быстрее, чем в установившемся состоянии. По

Q мере заполнения счетчика сигнал на выходе цифроаналогового преобразователя 6 изменяется таким образом, что частота уменьшается и при некотором ее значении, соответствующем коду, реализованному в дешифраторе 17, триггер 21 переходит в еди5 ничное состояние, в результате чего на вход счетчика 5 будут поступать через коммутаторы 10 и 24 и элемент 22 совпадений уже не пачки импульсов с третьего выхода формирователя 8, а одиночные импульсы с его первого выхода.

0

Когда установка нуля закончена, по сигналу с выхода триггера 16 блок 9 управления формирует на своем выходе сигнал логического нуля, блокирует прохождение импульсов на С-вход реверсивного счетчика 5

и переключает коммутатор 10. При этом устройство переходит в состояние «Измерение. На вход мостового датчика 2 подается измеряемая величина, напряжение с выхода

датчика 2 через сумматор 1 и усилитель 3 поступает на вход управляемого генератора 4. При этом на втором входе сумматора 1 установлено напряжение компенсации нуля, поэтому на выходе управляемого генератора 4 устанавливается импульсный сигнал, частота которого пропорциональна только величине входного сигнала. Импульсы этого сигнала деформируются формирователем 8 и с его первого выхода через коммутатор 10 поступают на выходную шину устройства.

Таким образом, введение новых элементов и связей позволило формировать знак по интегральному значению входного напряжения, а установку нуля производить,по усредненному значению, которые слабо зависят от помех, кроме того, при установке нуля компенсируется не только уход нуля датчика, но и усилителя, сумматора, управляемого генератора, т. е. всех аналоговых элементов тракта преобразования напряжение - частота, что существенно повышает точность работы ус1;ройства. Кроме того, устанавливать ноль можно с наперед заданной точностью благодаря введению дополнительного счетчика и дешифратора, что также повышает точность работы устройства. А выполнение операции «Установка нуля с различными частотами: высокой при большом отклонении и низкой при малом позволяет существенно повысить быстродействие устройства.

Формула изобретения

Частотно-импульсное устройство преобразования сигнала с мостового датчика, содержащее мостовой датчик, выход которого через сумматор подключен к входу усилителя постоянного тока, выход которого соединен с первым входом управляемого генератора импульсов, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, а выход - с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, а первый выход - с входом

первого коммутатора импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, и соединенные последовательно реверсивный счетчик и цифроаналоговый

преобразователь, выход которого соединен с вторым входом сумматора, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности и быстродействия, в него дополнительно введены второй коммутатор импульсов, счетчик импульсов, два дешифратора, два D-триггера, пять элементов совпадений, два триггера и инвертор, при этом выход задающего генератора соединен с С-входом счетчика импульсов, R-вход которого соединен с входом первого коммутатора импульсов и

с через инвертор - с С-входами D-триггеров, D-входы которых соединены с общей шиной, а S-входы - с выходами первого и второго дешифраторов соответственно, входы которых соединены с выходами счетчика импульсов, выходы первого D-триггера

0 соединены с первыми входами первого и второго элементов совпадений, выходы которых соединены соответственно с S- и R-BXO- дами первого триггера, выход которого соединен с входом блока управления, а выходы второго D-триггера соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов совпадений, выходы которых соединены соответственно с S- и R-BXO- дами второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом второго комQ мутатора импульсов, выход которого соединен с первым входом пятого элемента совпадений, второй вход которого соединен с выходо.м блока управления, а выход - с С-входом реверсивного счетчика импульсов, управляющий вход которого соединен с вы ходом знака управляемого генератора импульсов, причем второй выход формирователя импульсов соединен с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов совпадений, а третий выход - с первым входом второго коммутатора

0 импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом первого коммутатора импульсов, второй выход которого соединен с выходной шиной устройства.

5

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах контроля и измерения сигналов с тензометрических датчиков, обладающих большими начальными смещениями нуля и работающих в однократных режимах из27 7 мерения. Цель изобретения - повыщение точности и быстродействия преобразования за счет компенсации напряжения смещения нуля с высокой скоростью и исключения аналоговых элементов из канала сравнения смещения нуля с опорным напряжением. Устройство содержит сумматор 1, мостовой датчик 2, усилитель 3 постоянного тока, управляемый генератор 4 импульсов, реверсивный счетчик 5, цифроаналоговый преобразователь 6, задающий генератор 7, формирователь 8 импульсов, блок 9 управления, коммутатор 10 импульсов, дещифра- торы 12 и 17, D-триггеры 13 и 18; элементы 14, 15, 19, 20 и 22 совпадений, триггеры 16 и 21, инвертор 23 и коммутатор 24 импульсов. Введение новых элементов и связей между ними повышает точность установки нуля и быстродействие этого процесса. 2 ил. i СО 00 со J 21 Фиг.1