Преобразователь амплитуда-код нестационарных механических колебаний Советский патент 1989 года по МПК H03M1/60 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано цри обработке сигналов датчиков.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

На чертеже изображена структурная схема преобразователя амплитуда - код нестационарных механических колебаний.

i

Преобразователь содержит блок 1

логических элементов, выполненный на четырнадцати элементах И 2-15, одиннадцати элементах ИЛИ 16-26, пяти триггерах 27-31, четырех счетчиках 32-35 импульсов, блоке 36 сравнения и генераторе 37 импульсов, а также датчик 38, усилитель 39, детектор 40Л нуль-орган 41, преобразователи

частота - код 42 и напряжение - частота 43 „

Преобразователь амплитуда - код нестационарных механических колебаний работает следующим образом.

В качестве датчика 38 можно использовать, например, магнит и катушку. Катушку крепят на неподвижном основании, а магнит - на объекте, который совершает колебания. При пересечении магнитной системой катушки в ней наводится переменная по знаку и величине ЭДС (В) -максимальное значение которой

Я

00

00

00 00

-

k f . А,

где k - коэффициент, зависящий от

параметров магнитной системы

ВС

. и катушки г;- ;

f - частота колебаний с 1;

А - амплитуда - М. Для того, чтобы найти амплитуду А механических колебаний, нужно знать величину максимальной ЭДС и частоту колебаний, а затем найти и отношение. Этот принцип и заложен в предлагаемом

1481888 4

элементы схемы находятся в следующем состоянии. На входах элементов 2-5, 7-14, 16-22, 24 - логические О, а на выходах элементов 6, 15, 23, 25 и 26 - логические 1. На прямых выходах триггеров 27, 28, 31 логические О, на прямом выходе триггера 29 - 1 , а на прямом выходе триггера 30

устройстве.

С целью получения сигнала с датчи-10 может бы ть 1 или О. Это не влия- ка 38 одного знака, после усилителяет на состояние системы, так как на

39 установлен детектор 40, где сигнал входы элементов 25 и 26 с выхода детектируется и поступает на входытриггера 29 поступает 1. Счетчики

преобразователя 43 и нуль-органа 41.32-35 обнулены. На выходе А Б О

Преобразователь 43 может быть выпол- 15 блока 36 сравнения имеется 1, а на нен по схеме, где выходная частотаостальных его выходах 0 .

следования импульсов преобразователяПри поступлении сигнала на

зависит от напряжения на входе, такпервый вход блока 1 триггер 31 пер(екак максимальному входному напряжению ходит в единичное состояние, при этом (ЭДС) соответствует наибольшая часто-20 на выходе элемента 24 появляется 1 та (наименьший период) следования выходных импульсов, то для нахождения максимального значения ЭДС достаточно найти наименьший период следования импульсов с преобразователя 43. Эта задача решается блоком 1 логических элементов путем поиска наименьшей величины числа импульсов генератора

которая, поступая на входы элементов 13 и 14, разрешает прохождение импульсов на вход счетчика 34 и на счетньй вход триггера 28. При посту- 25 плении 1 на вход триггера 28 он переходит в единичное состояние, при этом на выходе элемента 6 появляется О

, который, поступая на входы синхронизации триггеров 29 и 30, запре- 30 щает их переключение. Одновременно на выходах элементов 11 и 12 появляются 1 (так как на другие их входы

37, укладывающихся в период следования импульсов с третьего входа блока 1.

Нуль-торган 41 формирует в моменты времени, когда ЭДС сигнала датчика 38 равна нулю, единичные импульсы, кото, который, поступая на входы синхронизации триггеров 29 и 30, запре- 30 щает их переключение. Одновременно на выходах элементов 11 и 12 появляются 1 (так как на другие их входы

с выходов элементов 25 и 26 поступает 1), которые, поступая через элерые поступают на первый вход блока 1 35 менты 21 и 22 на входы сброса счетчи- логических элементов и на вход преоб- к°в 32 и 35, подтверждают их нулевое разователя частота - код 42, с выхода которого обратно пропорциональный код частоты поступает в счетчик 34,

состояние. Далее наличие на двух входах элементов 2 и 3 1 (с выходов элементов 25 и 26 и выхода триггера

где потом осуществляется деление ве- 40 8) способствует прохождению импуль- личины максимальной ЭДС на код часто- сов генератора 37 соответственно четы, после чего частное от деленияРез элементы 2, 16 и 3, 17 на сумми- (обратно пропорциональный код ампли-рующие входы счетчиков 32 и 35. Это туды механических колебаний) поступает прохождение прекращается, когда оче- в последовательном коде на выход уст-45 РОД110 импульс на входе триггера 28 ройства. Таким образом, за первую по- переводит его в нулевое состояние, ловину периода сигнала датчика 38 блок 1 логических элементов формирует код максимального значения ЭДС, а затем проводит деление этого кода на JQ код частоты и выдает результат деле- . ния в виде кода амплитуды на выходную шину„

при этом на выходах элементов 2, 3, 11 и 12 появляется О, а на выходе

элемента 6 появляется I, которая поступает на входы синхронизации триг геров 29 и 30, разрешая их переключение.

В результате того, что запись импульсов в счетчики 32 и 35 проводят одновременно, то в них записывается одинаковое количество импульсов. Это приводит к появлению на выходе А в Б Ј 0 блока 36 сравнения 1, которая поступает на вход установки О

Блок 1 логических элементов работает следующим образом.«

Предположим, что очередной сигнал на первом входе должен перевести t триггер 31 в единичное состояние. Перед моментом прихода этого сигнала

ходит в единичное состояние, при этом на выходе элемента 24 появляется 1

которая, поступая на входы элементов 13 и 14, разрешает прохождение импульсов на вход счетчика 34 и на счетньй вход триггера 28. При посту- плении 1 на вход триггера 28 он переходит в единичное состояние, при этом на выходе элемента 6 появляется О

, который, поступая на входы синхронизации триггеров 29 и 30, запре- щает их переключение. Одновременно на выходах элементов 11 и 12 появляются 1 (так как на другие их входы

8) способствует прохождению импуль- сов генератора 37 соответственно чеРез элементы 2, 16 и 3, 17 на сумми- рующие входы счетчиков 32 и 35. Это прохождение прекращается, когда оче- РОД110 импульс на входе триггера 28 переводит его в нулевое состояние,

при этом на выходах элементов 2, 3, 11 и 12 появляется О, а на выходе

элемента 6 появляется I, которая поступает на входы синхронизации три геров 29 и 30, разрешая их переключение.

В результате того, что запись импульсов в счетчики 32 и 35 проводят одновременно, то в них записывается одинаковое количество импульсов. Это приводит к появлению на выходе А в Б Ј 0 блока 36 сравнения 1, которая поступает на вход установки О

триггера 29 и состояние. На 30 может быть

10

15

20

25

переводит его в нулевое прямом выходе триггера I или О. Для определенности полагают, что на выходе имеется I. Тогда на выходе элемента 25 остается 1, а на выходе элемента 26 появляется О. При поступлении очередного импульса на вход триггера 28 (переводящего его в единичное состояние) на выходе элемента

6снова появляется сигнал, запрещающий переключение триггеров 29 и 30, а на выходе элемента 11 появляется ,1, которая через элемент 21 обнуляет счетчик 32. Так как в этом случае наличие 1 на двух входах имеется только у элемента 2, то информация с генератора 37 записывается только в счетчик 32.

После переключения триггера 28 в нулевое состояние на выходе элемента |6 появляется сигнал, разрешающий переключение триггеров 29 и 30. Состояние триггера 30 зависит от величины чисел в счетчиках 32 и 35. Предполо- рким, что в счетчик 32 записалось меньшее число, чем в ачетчик 35, тогда на выходе А Б блока 36 сравнения появляется 1, которая переводит триггер 30 в нулевое состояние, при этом на выходе элемента 26 имеется, , а на выходе элемента 25 имеется О. При очередном переключении триггера 28 большее число, находящееся в счетчике 35, стерто, а в этот счетчик записана очередная информация. Таким образом, большее из двух чисел, находящихся в счетчиках 32 и 35, стирается, а меньшее остается, т.е. происхо- 40 дит поиск наименьшего числа. Это происходит до тех пор, пока на вход триггера 31 не поступает очередной сигнал, переводящий его в нулевое состояние. Триггер 27 переходит в единичное состояние, при этом, если триггер 28 находится в единичном состоянии, то состояние системы не изменяется, так как на входы элементов

7и 24 с выходов триггера 28 соответственно поступают О и 1.

После того, как очередной импульс с третьего входа блока 1 переключает триггер 28 в нулевое состояние, на

го входов блока I через элементы 14 и 13. На выходе элемента 7 появляется 1, которая поступает на входы элементов 4, 5, 8, 9 и 10. Ввиду того, что на выходе элемента 6 логический О, то триггеры 29 и 30 не могут переключаться, триггер 30 находится в таком состоянии, в котором он был после последнего переключения. Если в счетчике 32 число больше, чем в счетчике 35, то на прямом выходе триггера 30 сигнал I, если меньше, то О.

Предположим, что в счетчике 32 число меньше, чем в счетчике 35, тогда на выходе элемента 26 имеется которая присутствует также на входах элементов 5, 3, 9, 12, 15 и 23. Состояние элементов 3 и 12 не изменяется, так как на другие их входы с выхода триггера 28 поступает О. На выходах элементов 23 и 10 и на выходе устройства формируется 1, которая поступает на входы элементов 8 и 9. Так как на двух других входах элемента 9 (с выходов элементов 6 и 26) присутствует 1, то на выходе элемента 9 формируется высокий потенциал, ко.торыи поступает на вход разрешения записи счетчика 35, при этом содержимое счетчика 34 (делителя) переписывается в счетчик 35. Наличие на двух входах элемента 5 (с выходов элементов 7 и 26) высокого потенциала разрешает прохождение через элемент 5 импульсов с генератора 37. При этом с выхода элемента 5 импульсы поступают через элемент 20 на вход счетчика 33 и на вход элемента 19. С выхода счетчика 33 импульсы поступают на вход элемента 18.

Таким образом, на выходе элемента 18 формируется импульсов меньше, чем

45 на выходе элемента 19 в количество раз, равное коэффициенту деления счетчика 33. В результате того, что с выхода счетчика 33 импульс поступает одновременно на элементы 19 и

UQ 18, длительность импульса на выходе элемента 5 должна быть больше времени задержки срабатывания элемента 20 и счетчика 33, тогда наличие импульсов на обоих входах элемента 19 счи30

35

входах элемента 24 (с выходов тригге- gg тается на его выходе за один импульс, ров 31 и 28) имеются О, что выэыва- Таким образом,на вычитающий вход ет появление на его выходе низкогосчетчика 32 (делимого) поступает имуровня напряжения, запрещающего про-пульсов меньше, чем на вычитающий

хождение сигналов с второго и третье- вход счетчика 35( делителя), в коли0

5

0

5

0

го входов блока I через элементы 14 и 13. На выходе элемента 7 появляется 1, которая поступает на входы элементов 4, 5, 8, 9 и 10. Ввиду того, что на выходе элемента 6 логический О, то триггеры 29 и 30 не могут переключаться, триггер 30 находится в таком состоянии, в котором он был после последнего переключения. Если в счетчике 32 число больше, чем в счетчике 35, то на прямом выходе триггера 30 сигнал I, если меньше, то О.

Предположим, что в счетчике 32 число меньше, чем в счетчике 35, тогда на выходе элемента 26 имеется которая присутствует также на входах элементов 5, 3, 9, 12, 15 и 23. Состояние элементов 3 и 12 не изменяется, так как на другие их входы с выхода триггера 28 поступает О. На выходах элементов 23 и 10 и на выходе устройства формируется 1, которая поступает на входы элементов 8 и 9. Так как на двух других входах элемента 9 (с выходов элементов 6 и 26) присутствует 1, то на выходе элемента 9 формируется высокий потенциал, ко.торыи поступает на вход разрешения записи счетчика 35, при этом содержимое счетчика 34 (делителя) переписывается в счетчик 35. Наличие на двух входах элемента 5 (с выходов элементов 7 и 26) высокого потенциала разрешает прохождение через элемент 5 импульсов с генератора 37. При этом с выхода элемента 5 импульсы поступают через элемент 20 на вход счетчика 33 и на вход элемента 19. С выхода счетчика 33 импульсы поступают на вход элемента 18.

Таким образом, на выходе элемента 18 формируется импульсов меньше, чем

5 на выходе элемента 19 в количество раз, равное коэффициенту деления счетчика 33. В результате того, что с выхода счетчика 33 импульс поступает одновременно на элементы 19 и

Q 18, длительность импульса на выходе элемента 5 должна быть больше времени задержки срабатывания элемента 20 и счетчика 33, тогда наличие импульсов на обоих входах элемента 19 счи0

5

714

чество раз, равное коэффициенту деления счетчика 33. Это необходимо для того, чтобы осуществлять деление с заданной точностью. Например, нужно разделить пять на семь. Если коэффициент деления счетчика 33 равен 100, то фактически произведено деление 50 на 7, после чего уменьшают частное в 100 раз. Так как коэффициент счетч ж 33 желательно брать кратным 10, то в качестве его выхода можно использовать сигнал переноса.

Импульсы с выходов элементов 19 и 18, поступая на вычитающие входы счетчиков 32 и 35, списывают их содержимое. Как только счетчик 35 пе- реходит в нулевое состояние, на его выходе Р 0 формируется сигнал, ко- торый поступает на входы элементов 16 и 17. Ка выходах последних появляются 1, которые, поступив на суммирующие входы счетчиков 32 и 35, . увеличивают их состояние на 1 (дошлют единицу). При этом на выходе Р 9 счетчика 35 появляется сигнал

И 1 II

, который поступает на вход элемента 23. Такое схемотехническое решение позволяет отказаться от громоздких дешифраторов нуля счетчиков. С выхода элемента 23 через элемент 10 импульс поступает на выход устройства и на входы элементов 8 и 9. На выходе элемента 9 появляется 1, которая поступает на вход разрешения записи счетчика 35, при этом содер- . жимое счетчика 34 вновь переписывается в счетчик 35.

Досылка 1 в счетчики 32 и 35 и перезапись содержимого счетчика 34 в счетчик 35 должны проводиться за время меньшее периода следования импульсов4 генератора 37. После того, как происходит перезапись в счетчик 35, на его выходе 9 имеется низкий потенциал. Импульсы, поступающие на вычитающие входы счетчиков 32 и 35 (снова списывают их содержимое. Цикл счета повторяется. Это продолжается до тех пор, пока счетчик 32 не переходит в нулевое состояние. При этом на его выходе Р 0 появляется 1, которая поступает через элемент 24 на вход элемента 15, на второй вход

8

Q

5 0 5

0

5

0

5

0

следнии переходит в нулевое состояние, при этом на его динамическом инверсном выходе формируется сигнал 1, который обнуляет счетчики 32 - 35. На выходе элемента 7 появляется О, а на выходе элемента 6 - 1, которая поступает на вход синхронизации триггеров 29 и 30.

Если счетчики 32 и 35 находятся в нулевом состоянии, то на выходе А Б 0 блока 36 сравнения формируется , которая переводит триггер 29 в единичное состояние. Таким образом, устройство приходит в исходное состояние. За время работы счетчиков 32 и 35 на выход устройства поступает количество импульсов, соответствующее коду амплитуды. Синхронизацию съема импульсов можно осуществлять сигналами с выхода триггера 27. Описанная работа устройства в режиме деления должна заканчиваться за время меньшее, чем период следования импульсов на первом входе блока 1. При очередном переключении триггера 31 в единичное состояние процесс повторяется.

Предлагаемый преобразователь позволяет при небольших аппаратурных затратах повысить точность измерения и расширить диапазон измеряемых амплитуд. Кроме того, если второй вход блока 1 логических элементов подавать с преобразователя 42 код периода следования импульсов с датчика 38, то преобразователь амплитуда - код нестационарных механических колебаний можно использовать в качестве регулятора энергии привода автоколебательной системы для стабилизации амплитуды автоколебаний.

Формула изобретения

Преобразователь амплитуда - код нестационарных механических колебаний, содержащий датчик, выход которого соединен с входом усилителя, детектор, нуль-орган, выход которого соединен с первым входом блока логических элементов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в него введены

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при обработке сигналов датчиков. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей. Преобразователь содержит блок логических элементов, ваыполненный на элементах И, элементах ИЛИ, триггерах, счетчиках импульсов, блоке сравнения и генераторе импульсов, а также датчик, усилитель, детектор, нуль-орган, преобразователь частота-код и преобразователь напряжение-частота. Устройство позволяет при небольших аппаратурных затратах повысить точность измерения и расширить диапазон измеряемых амплитуд. 1 ил.

которого поступает 1й с выхода триг- . преобразователь частота - код и прегера 30 через элемент 26. На выходе элемента 15 формируется сигнал 1, который поступает на вход установки в нулевое состояние триггера 27, Пообразователь напряжение - частота, а блок логических элементов выполнен на четырнадцати элементах И, одиннадцати элементах ИЛИ9 пяти триггерах,

образователь напряжение - частота, а блок логических элементов выполнен на четырнадцати элементах И, одиннадцати элементах ИЛИ9 пяти триггерах,

четырех счетчиках импульсов, блоке сравнения и генераторе импульсов,/ выход которого соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов И, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих первого ,) второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с суммирующим входом первого счетчика импульсов, вычитающий вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого объединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ и соединен с выходом переноса второго счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента ИЛИ, первьй и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, входы установки нуля второго и третьего счетчиков импульсов объединены с первыми входами шестого и седьмого элементов ИЛИ и подключены к ин- версному динамическому выходу первого триггера, инверсный статический выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, второй вход которого объединен с первым входом шестого элемента И и подключен к инверсному выходу второго триггера, первые входы седьмого, восьмого, девятого элементов И, восьмого элемента ИЛИ объединены с вторыми входами третьего и четвертого элементов И и подключены к выходу шестого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, первые входы десятого и одиннадцатого элементов И объединены с вторыми входами первого и второго элементов И, с первым входом девятого элемента ИЛИ и подключены к прямому выходу второго триггера, первые входы двенадцато- го и тринадцатого элементов И объединены и подключены к выходу девятого элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с суммирующим входом четвертого счетчика импульсов, вычи тающий вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, соответствующие информационные входы первого и четвертого счетчиков импульсов объединены и подключены к соответствую

щим выходам третьего счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом тринадцатого элемента И, второй вход которого подключен к

10

15

2025дс

81888Ю

выходу преобразователя частота - код, вход которого соединен с выходом нуль-органа, вход которого объединен с входом преобразователя напряжение - частота и подключен к выходу детектора, вход которого соединен с выходом усилителя, выход преобразователя напряжение - частота соединен с вторым входом двенадцатого элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, выходы переноса больше девяти первого и четвертого счетчиков импульсов соответст- i венно соединены с вторым и третьим входами восьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом девятого элемента И, вторые входы седьмого и восьмого элементов И объединены, подключены к выходу девятого элемента И и являются выходной шиной, выходы седьмого и восьмого элементов И соединены с входами синхронизации соответственно первого и четвертого счетчиков импульсов, информационные выходы которых соединены соответственно с соответствующими первыми и вторыми входами блока сравнения, выход равенства нулю которого соединен с входом установки в 1

30

05

третьего триггера, вход установки в О которого соединен с выходом равенства блока сравнения, выход Первое число больше второго которого соединен с вхюдом установки в 1 четвертого триггера, вход установки в О которого соединен с выходом Первое число меньше второго блока сравнения, входы синхронизации третьего и четвертого триггеров объединены и подключены к выходу пятого элемента И, первьй вход десятого элемента ИЛИ объединен с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ и подключен к выходу Меньше нуля первого счетчика импульсов, первьй вход одиннадцатого элемента ИЛИ объединен с третьими входами первого и второго элементов ИЛИ и подключен к выходу Меньше нуля четвертого очет- ка импульсов, вторые входы десятого и одиннадцатого элементов ИЛИ объединены и подключены к прямому выходу третьего триггера, прямой и инверсный выходы четвертого триггера соединены с третьими входами соответст-« венно десятого и одиннадцатого элементов ИЛИ, третьи входы первого, третьего и седьмого элементов И объединены с вторым входом десятого элемента И, с первым входом четырнадцатого элемента И и подключены к выходу десятого элемента ИЛИ, третьи входы второго, четвертого и восьмого элементов И объединены с вторыми входами одиннадцатого и четырнадцатого элементов И и подключены к выходу

одиннадцатого элемента ИЛИ, выход че- ,Q мого элементов ИЛИ, выходы которых

тырнадцатого элемента И соединен входом установки в О первого триггера, вход установки в 1 которого

соединены с входами установки в О соответственно первого и четвертого счетчиков импульсов.

соединен с инверсным выходом пятого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом девятого элемента ИЛИ, а счетный вход является первым входом блока логических элементов , выходы десятого и одиннадцач- того элементов И соединены с вторыми входами соответственно шестого и седьмого элементов ИЛИ, выходы которых

соединены с входами установки в О соответственно первого и четвертого счетчиков импульсов.

1