Система сбора и регистрации измерительной информации Советский патент 1988 года по МПК H03M1/06 

0

сзо

i Изобретение относится к злектро- измерр-ниям и может быть использовано для регистрации физических величин с преобразованием их в электрический сигнал.

Целью изобретения является повышение быстродействия системы за счет увеличения частоты преобразования сигнала и за счгет того, что запись информации производится параллельно ;процессу измерения,

I На фиго представлена структурная схема системы сбора и регистрации из мерительной информации; на фиг,2 - функциональная схема усилителя-пре- 1 образователя; на фиг.З - структурная Iсхема блока управления; на фиг,4 - Iвременная диаграмма, поясняющая рабо- : ту блока управления о

Система содержит датчики l.l-KN, усилители-нреобразователи 2.1-2.N, усилители 3i,l-3,N,, аналоговый комму- ;татор 4, аналогово-цифровой преобра- :зователь (АЦП) 5, блок 6 цифровой обработки , блок 7 управления, усилитель 8 мощности, питающие и сигналь- ные трансформаторы 9,I-9.N и 10.1- 10.N, прич€;м датчики I,1-1.N через лкнии связи соединены с сигнальными входами усилителей-преобразователей 2.,,N соответственно., два входа пн которых подключены параллельно втори : ;чым обмоткам трансформаторов t:ooTBeTCTsei-iHO, первич.ные обмотки ко горьЕК подключены параллельно двум вьпсодам усилителя 8 мощности вход которого соединен с первым выходом блсрса 7 управления,, два сиг- калылк вькода ус5-шителей-преобразо вателей 2, i-2,N подключены параллельно первичным обмоткам трансформаторов 10. -10 с Н соответственно вторич1-5ые обметки которых подклточекы параллельно дв ум входам усилителей 3,.N со- от.с етственно ,выходы которых соединены с соотзетствуз-эщими входами аналогового ком «утатора 4, выход которого соединен с аналоговыг входом .., цифровой выход которого соединен с икформационньЕ 1 входом блока 6- цифровой обработки„первый и второй входы управления которого соединены со-- ответстве1-1но с вторым и пятым выходами бло::2 управления, третий и четвертый ВЫ5ЮДЫ которого соединены соответственно с. управляюшими входами /ШП 5 и йнэлогового комментатора 4, управляющие, выходы АЦП 5 и блока 6

цифровой обработки соединены соответственно с первым и вторым входами блока 7 управления, средние точки

. первичных обмоток трансформаторов 0,,N соединены с общей шиной.

Усилитель-преобразователь 2 (фиг,2) содержит операционные усилители (ОУ) 11 и 12, импульсные диоды

Q 13 - 16, резисторы 17 и 8, аналоговые ключи 19 и 20, диодньй мост 21, резисто ры 22 - 26, стабилитроны 27 и 28, конденсаторы 29 - 31, причем неинвертируняцие входы ОУ П и 12 сое5 динены с сигнальным входом усилителя- преобразователя 2, сигнальные выходы которого соединены соответственно через аналоговые ключи 19 и 20 с выхо дамр ОУ , 12 и через резисторы 17,

0 18 С-. инвертируюгдими входами ОУ 11 и 12, которые через соединенные встречно-параллельно диоды 13, 15 и 14, 16 соответственно соединены с вьр ходами ОУ 1 и 125 входы питания уси5 лителя-преобразователй 2 соединены соответственно с первым и вторым входами диодного моста 21 и через рв зисторы 25, 22 - с з правляющими входами аналоговых ключей 19 и 20, паfj раштельно которым подключены последовательно соединенные резисторы 23 и 24, общие выводы которых соединены с общей шиной 3 гикусовая шина питания ОУ II и 12 непосредственно, а плюсовая через резнстор 26 соединена с соответствующими выходами диодного моста 21, которые заш штированы конденсатором 31 , т-шпусовая вина питания ОУ 11 и 12 через последовательно соединенные стабилизаторы 27 и 28, зашунтированные конд.енсаторами 29 и 30 соответственно, соединена с плюсовой пп-шой питания, объединенные выводы стабилитронов 27 и 28 .соединены с общей шиной.

Блок 7 управления (фиГсЗ) содержит задающей генератор 32, ватель 33j триггер 34, счетчик 35 номера канала, элемент И 36, одновибратор 37 триггер 38.готовности

О триггер 39 состояния, элемент И 40, одноВибратор 415 причем выход задающего генератора 32 через формирователь 33 соед1-гаен с входом триггера 34 и первым входом элемента; И 40, вы5 ;;;од которого чврвз одновибратор 41 соадинен с. третьим выходом блока 7 управления г первьй которого соединен с инвертиругощим выходом

.5

5

триггера 34 и с В входом триггера 38 готовности, счетньй вход которого через однови фатор 37 соединен с первыми входами элемента И 36 и блока 7 управления, второй вход которого соединен., с R-входом триггера 38 готовности, прямой выход которого соединен с R-входом триггера 39 состояния и вторым выходом блока 7 управления,а ин вертирз кядий выход - с D-входом триггера 39 состояния, счетньй вход которого соединен с прямым выходом триггера 34, вторым входом элемента И 36 и первым входом счетчика 35 номера канала, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 39 состояния и вторым входом элемента И 40, выходы элемента И 36 и счетчика 35 номера канала соединены соответственно с пятым и четвертым выходами блока 7 управления.

Система работает следующим образом.

Сигналы в виде постоянного напряжения от датчиков 1.1-1.N (фиг.1) подаются на входы соответствующих усилителей-преобразователей 2.1-2,N5 которые состоят из двух ОУ 11, 12, выходы которых аналоговыми ключами 19 и 20 последовательно подключаются к первичной обмотке трансформаторов 10,,N. Напряжение на их вторичных обмотках принимает вид последовательности биполярных импульсовS ам-, апитуда которых определяется входным напряжением, действующим в данный момент времени. Глубокая отрицательная обратная связь, действующая в момент формирования импульса, обеспечивает высокую точность соответствия амплитуды выходного импульса входному напряжению. Полученные последовательности импульсов усиливаются усилителями ЗЛ-З.И, Коммутатор 4 аналоговых сигналов последовательно подключает ко входу АЦП 5 выходы усилителей 3.1- 3.N на время, необходимое, для преобразования в цифровые коды амплитуды пары импульсов обоих полярностей которые в.дальнейшем поступают в блок 6 цифровой обработки. В результате цифровой обработки получается усредненное значение сигнала, в котором отсутствуют составляющие погрешности, вносимые аналоговым комментатором 4. Блоком 7 управления обеспечивается синхронизация работы аналогового комму та то с. . , АЦП 5, усилителей-преоб

0

разователей 2,1-2,N и блока б цифровой обработки. Работа усилителей-преобразователей 2.2.N (фиг.2) основана на последовательной коммутации вы-- ходов ОУ 11 к 12 к первичной обмотке трансформаторов 10.1-10.N соответственно к началу и концу обмотки аналоговыми ютючами 19 и 20. Этим обеспе-г. чивается получение на вторичной обмотке трансформаторов 10.1-10.N им пз льсов разной полярности. На выходе ОУ il и 12 при разомкнутых аналоговых ключах 19 и 20 напряжение всегда

5 больше, чем напряжение на входе, на величину, разную падению напряжения на импульсных диодах 13, 15 или 14, 16, чем обеспечивается быстрое нарастание напряжения на выходах усилителей-преобразователей 2.1-2.N при включении аналоговых ключей 19 или 20. ОУ 11 и 12 применены для yr-ieHb- шения длительности переходных процессов, подавления помех, вызванных

5 сигналами управления аналоговыми клю- чам 19 и 20, а также для компенсации разброса параметров аналоговых ключей 19 и 20. Коэффициент передачи усили- . телей-преобразователей 2.1-2.N практически равен коэффициенту трансформации трансформаторов 10.1-10.N (К 1). Для обеспечения необходимой чувствительности и частоты измерения приманены усилители 3.1-3.N, к выходам которых через аналоговый ком-гу- татор 4 подключается АЦП 5.

Питание усилителей-преобразователей 2. 1-2.И и блока управлеш-ш ключа- ми 19, 20 ос1 тдествляется усилителем 8 мощности, к выходу которого подключены трансформаторы 9Л-9.Н. Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформаторов 9..N выпрямляется диодным мостом 21 и после фнльтрацкги подается на соответствующие выводы ОУ 11 и 12. Сигналы управления аналого выми ключами 19 и 20 снимаются с вы ходов а и б делителей напряжения на резисторах 25, 24 и 22, 23 и подают - ся на соответствующие входы ттравле- ния аналоговых ключей 19 и 20.

Синхронизация работы отдельных., элементов систе гы обеспечивается следующим образом.

Задающий генератор 32 генерирует сигнал определенной частоты, из которого формирователем 33 и триггером 34 формируются сннхро:1 шульсы а н б

0

5

0

5

0

(фиг,А), При поступлении из блока 6 цифровой обработки и регистрации сигнала в о готовности принят информацию триггер 38 готовности цереходит в нулевое состояние н при появлении сигнала б переводит триггер 39 состояния в состояние к, разрешающее начало процесса измерения. Появление сигнала к на входе счетчика 35 номера канала разрешает переключение канала аналогового коммутатора .4, а на выходе логического элемента И 40 формируется импульс д, задним фронтом которого запускается одновибра- тор 41, формирующий сигнал е для запуска АЦП 5, который преобразовывает неинвертированный входной сигнал в цифровой код. Конец преобразования определяется переводом сигнала ж АЦП 5 из високого в низкий уровень, а на выходе логического элемента И 36 формируется импульс з, задним фронтом которого записывается информация в буферный: регистр 42 (фиг.З). При последующем изменении уровня сигнала б через аналоговый коммутатор 4 на вход АЦП 5 поступает инвертированньм входной сигнал. Задним фронтом второго импульса д логического элемента И 40 формируется второй импульс е запуска АЦП 5 и происходит преобразование инвертированного входного сигнала в цифровой код. Сигнал ж конца преобразования в этот раз не может изменить состояние логического элемента И 36, так как он блокирован низким уровнем сигнала б, и запись информации в буферньш регистр блока 6 не происходит. Содерясание буферного регистра блока б, соответствующее значению неинвертированного входного сигнала, и содержание выходного ре- rficTpa АЦП 5, соответствующее значению инвертированного входного сигнала,, суммируется в сумматоре 43 блоха 6 и передается на вход интерфейса 44 блока 6о Знак определяется полярностью неинвертированного сигнала и фиксируется при первом измерении в буферном регистре блока б„

Задним фронтом второго импульса м одновибратора 37 триггер 38 состояния переводится в начальное единичное состояние и блокирует прохождение тактовых импульсов до прихода очередного сигнала ij из интерфейса блока 6 о готовности принять информагдию. импульс б при положи

. -

6

г

10

15

20

25

30

35

40

45

50

тельном сигнале к переводит счетчик 35 номера канала в новое состояние л, чем обеспечивается автоматическое изменение канала после завершения измерения неинвертированного и инвертированного входного сигнала.

Увеличивание частоты преобразования сигнала позволяет увеличить частоту измерений или число исследуемых сигналов, что в свою очередь позволяет сократить время проведения зкспери- мента или уменьшить число оборудования, используемого для автоматизации проведения эксперимента. Увеличение частоты преобразования позволяет уменьшить габариты и прободную емкость трансформаторов, что позволяет значительно уменьшить влияние сии- . фазной помехи и внешних магнитных полей на точность измерения.

Формула изобретения

1 Система сбора и регистрации измерительной информации, содержащая датчики, усилители-преобразователи, питающие и сигнальные трансформаторы, аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок цифровой обработки, усилитель мощности и блок управления,, причем выходы датчиков соединены с сигнальными входами усилителей-преобразователей, входы пита ния которых через соответствующие питающие трансформаторы соединены с выходами усилителя мощности, вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым управляющим входом блока цифровой обработки, первичные обмотки соответствующих сигнальных трансформаторов подключены параллельно сигнальным выходам усилителей-преобразователей, выход аналогового коммутатора через-аналого-цифровой преобразователь соединен с информационным входом блока цифровой обработки, управляю;дие выходы последнего и аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с первым и входами блока управления, третий вы-; ход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, от-личающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия, в нее введены усилители, входы которых подключены параллельно вторичным обмоткам соответствующих

7

сит нальных трансформаторов, а ныходы к соотв етствующши пходам аналогового коммутатора, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом б.тто- ка управления, пятьй выход которого соединен с вторым управляющим входом блока цифровой обработки, средние точки первичных обмоток сигнальных трансформаторов соединены с общей ши- НИИ, а усилители-преобразователи содержат два операционных усилителя, четыре диода, два аналоговых ключа, семь резисторов, диодный мост, два стабилитрона и три конденсатора,причем неинвертирующие входы операцирн- ньрс усилителей соединены с сигнальным входом усилителя-преобразователя сигнальные выходы которого соединены соответственно через первый, второй аналоговые ключи с выходами первого, второго операционных усилителей и через первый, второй резисторы - с инвертирующими входами операционных усилителей, которые через соединенные встречно -параллельно первый, второй, третий, четвертьй диоды соответственно соединены с выходами собственных операционных усилителей, входы питания усилителя-преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами диодного моста м через третий и четвертый резисторы - с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей, параллельно которым подключены последовательно соединенные пятый и шестой резисторы объединенные выводы которых соединены с общей шиной, минусовая шина пи тания операционных усилителей непосредственно, а плюсовая - черег седь мой резистор соединены с соответствующими выходами диодного моста, которые зашунтированы первым конденсаo;vi68

тором, минусовая тина питания операционных ус ин телей через последовательно соединенные стабт-шитроны,за- шунтированные вторым и третьим конденсаторами соответственно, соединена с плюсовой шиной питания, а объе- дииент-.1е выводы стабилитронов - с общей 1ПИНОЙ.

10

2. Система поп.1, отличающаяся тем, что блок управления содержит задающий генератор, формирователь, три триггера, два элемента И,

15 два одновибратора и счетчик номера канала, причем выход задающего генератора через формирователь соединен с входом первого триггера и первым входом первого элемента И, выход ко2Q торого через первый одновибратор соединен с третьим выходом блока управления, первый выход которого соединек с инвертирующим выходом первого триггера и с D-ВХОДОМ- второго триггера,

25 счетньш вход которого через второй одновибратор соединен с первыми ..входами второго элемента И и блока равления, второй вход которого соединен с R-входом второго триггера, пря2Q мой выход которого соединен с R-входом третьего триггера и вторым выходом блока управления, а инвертирую- щнй выход - с D-входом третьего триггера, счетньш вход которого соединен с прямым выходом первого триггера, вторым входом второго элемента- И и первым входом счетчика номера канала, второй вход которого соединен с пря- MfJM выходом третьего триггера, и вторым входом первого элемента И, выходы счетчика номера канала и второго элеме та И соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блока управления.

35

40

Изобретение относится к области электроизмерений и позволяет повысить быстродействие устройства. Система сбора и регистрации информации содержит датчики 1.1...1.N, усилители-преобразователи 2.1...2.N, аналоговый коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 цифровой обработки, блок 7 управления, усилитель 8 мощности, питающие и сигнальные трансформаторы 9.1...9.N и 10.1... ...10.N. Введение усилителей ... . . . 3.N и образование новых функциональных связей увеличивает частоту преобразования сигнала. При этом запись информации производится параллельно процессу измерения. В описании приведен пример реализации блока 7 управления, 1 з.п. ф-лы, 4 шт. (О

фиг.

фае.5

а

1

H 1

фие.

rLJ