Устройство для кодирования сигналов частотных датчиков Советский патент 1990 года по МПК H03M1/60 

1

(21)чЗОбОб1/2 +-2 4

(22)1М9.87

() 15.05.90. Бюл. № 18 (72) А.И. Журавлев, С.И. Траур, В.А. Зотов, И.В. Корольков и В,В. Никитин

(53)681.325(088.8)

(56) Цифровые электроизмерительные приборы./Под ред. В.М. Шляндина, М.: Энергия, 1972, с. 111, Р. 3-Н.

Авторское свидетельство СССР № Шб2ч6, кл. Н 03 М 1/60, 1985.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ

(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для получения цифрового кода, пропорционального измеряемой частотным датчиком величине, с промежуточным преобразованием в частоту. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается за счет того,что в устройство, содержащее частотный датчик 1, датчик 2 возмущающего воздействия, формирователь 3 интервала измерения, реверсивный Счетчик 6, выходной регистр 11, блок 13 памяти, аналого-цифровой преобразователь k, введены счетчик Ц, делитель 5 частоты, регистры , элемент 12 задержки. Введение указанных блоков позволяет корректировать код, формируемый реверсивным счетчиком 6, при помощи табличных значенийs записанных в блоке 13 памяти, и лиа- неризировать характеристику преобразования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

i

(Л

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для получения цифрового кода, пропорционального измеряемой частотным датчиком величине, с промежуточным преобразованием в частоту. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство, содержащее частотный датчик 1, датчик 2 возмущающего воздействия, формирователь 3 интервала измерения, реверсивный счетчик 6, выходной регистр 11, блок 13 памяти, аналого-цифровой преобразователь 14, введены счетчик 4, делитель 5 частоты, регистры 7 - 10, элемент 12 задержки. Введение указанных блоков позволяет корректировать код, формируемый реверсивным счетчиком 6, при помощи табличных значений, записанных в блоке 13 памяти, и лианеризировать характеристику преобразования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

г-ц

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для получения ци фрового кода, пропорционального измеряемой частотным датчиком величине с промежуточным преобразованием в частоту.

Цель изобретения - повышение точ- ности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг, 2- временные диаграммы; на фиг. 3 функции преобразования.

Устройство (фиг. 1) содержит частотный датчик 1, датчик 2 возмущающего воздействия, формирователь 3 интервала измерения, счетчик 4, делитель 5 частоты, реверсивный счетчик 6, регистры 7, 8, 9, Ю, выходной регистр 11, элемент 12 задержки, блок 13 памяти, аналого-цифровой преобразователь 14. Формирователь 3 интервала измерения (фиг. 1) содержит элемент И ,.элемент ИЛИ Э, генератор 20 опорной частоты (ГОЧ), формирователь 21 измеряемого интервала .

Устройство работает следующим образом.

На частотный датчик 1 действуют измеряемая величина Р и возмущающее воздействие F. В результате период Т частотного сигнала на выходе частотного датчика зависит как от значения измеряемой величины, так и от значения возмущающего воздействия

Т T(P,F).

Возмущающее воздействие действует также на датчик возмущающего воздействия 2, изменяя величину аналогового сигнала на его выходе, и, соответственно, на входе АЦП 14.

Частотный электрический сигнал с выхода датчика 1 подается на формирователь 21 измеряемого интервала ФИИ (фиг: 2,6), ФИИ вырабатывает синал в виде последовательности измеремых интервалов единичной амплитуды имеющих длительность, равную длительности заданного количества п периодов частоты датчика, разделенных сигналом нулевой амплитуды длительностью em периодов этой частоты (фиг. 2в).

Во время измеряемого интервала в устройстве определяется предвари

5

0

5

0

5

0

45

50

55

тельный код измеряемой величины, вычисляемый по одной иб семейства гра- дуировочных характеристик (фиг.За), снятых при нескольких разных значениях возмущающего воздействия. В промежутках между измеряемыми интервалами осуществляется коррекция предварительного кода с использованием более подробной информации о возмущающем воздействии.

Рассмотрим работу устройства во время измеряемого интервала, по переднему фронту которого обнуляется делитель 5, а в реверсивный счетчи6заносится код предварительной установки.

Единичный сигнал с ФИИ 21 поступает на старший адресный вход блока 13, представляющего собой ПЗУ, а также на управляющие входы регистра 7 и реги- строе 8, 9, переводя два последних в третье (отключенное от адресной шины) состояние, а регистр 7 в активное состояние. В результате на старшем адресном входе регистра 10 присутствует единица, на младшие адресные входы блока 13, через регистр

7поступает код со старших разрядов реверсивного счетчика 6, а на остальных адресных входах блока 13 устанавливается код старших разрядов АЦП 14, выставляемый регистром 10. Под действием единичного сигнала с ФИИ 21 запускается АЦП 14, а импульсы с ГОЧ 20 проходят через элемент И 17 на тактовый вход делителя 5 (фиг. 2г), выполненного на накапливающем сумматоре.

По переднему фронту каждого тактового импульса накапливающий сумматор прибавляет к своему содержимому число, выставляемое, на его информационных входах блока 13. При переполнении накапливающего сумматора на выходе переноса появляется импульс, который поступает, на счетный вход счетчика 6 и уменьшает (увеличивает) его содержимое на единицу.

Содержимое счетчика представляет собой старшие разряды кода измеряемой величины, младшие разряды которого составляет содержимое накапливающего сумматора. Этот код изменяется в зависимости от числа Ы импульсов опорной частоты, поступивших за измеряемый интервал времени, в соответствии с одной из градуировочных характеристик, представленных на фиг. За и полученных для разных значений возмущающего воздействия. Нужное изменение кода измеряемой величины Р от числа N импульсов опорной частоты обеспечивается тем, что число, прибавляемое накапливающим сумматором к своему содержимому на каждом такте, представляет собой вес одного импульса опорной частоты в единицах измеряемой величины, определяемой по известной зависимости Р от N (фиг. За). Вес импульса опорной частоты выставляется на входные шины делителя 5 блоком 13 памяти (ПЗУ), где этот вес записывается заранее. В ПЗУ записаны веса импульсов для нескольких зависимостей (фиг. За). Выбор нужной из них и переход с одной на другую осуществляется автоматически под действием vTapiiwx разрядов кода возмущающего воздействия, поступающих с АЦП 14 на адресные входы ПЗУ через регистр 10.

Поскольку зависимость измеряемой величины от числа N импульсов нелинейна (фиг. За), вес одного импульса должен изменяться. В устройстве это изменение обеспечивается тем, что адрес выбираемой ячейки ПЗУ задается старшими разрядами реверсивного счетчика 6, т.е. старшими разрядами кода измеряемой величины. При этом всякое изменение содержимого этих разрядов приводит к изменению адресуемой ячейки ПЗУ, и, соответственно, к замене на входе делителя 5 прежнего веса импульса, записанного в ячейке, адресуемой ранее, на новый, записанный в ячейке, адресуемой теперь.

При таком способе адресации ПЗУ используется кусочно-линейная аппроксимация зависимости Р от N (фиг. 36). В пределах одного интервала линеари10

15

35

40

заданному фронту сигнала с ФИИ 21 суммирование прекращается (фиг. 2д) и в реверсивном счетчике 6 остается предварительный код измеряемой величины.

Как следует из зависимостей, представленных на фиг. 3, диапазон, в котором может лежать количество N опорных импульсов, пришедших за измеряемый интервал времени при изменении

N

Р от

-N,

до Р

лли и

20

составляет

мн макс, причем NMMH 0. Поэтому содержимое реверсивного счетчика 6 и делителя 5 при изменении N от 0 до не имеет принципиального значения. В устройстве код измеряемой величины на данном интервале может несколько раз пробежать весь диапазон от до Рмин , как показано пунктирной линией на фиг. 2д. Число предварительной установки реверсивного счетчика 6 (Рпр) выбирается из условия, что код измеряемой величины

25 должен иметь значение Р„

пои N

N

мин

После окончания измеряемого интервала производится коррекция полученного кода измеряемой величины с ис- 30 пользованием более подробной информации о значении возмущающего воздействия,, Коррекция осуществляется за счет добавления или вычитания поправго воздействия, выдаваемому АЦП k, и полученному на первом этапе предварительному коду. Прибавки заранее , определяются по двумерным градуировоч ным характеристикам частотного датчика и заносятся в ПЗУ в виде таблицы.

Процесс температурной коррекции происходит следующим образом. Нулевым сигналом с ФИИ регистр 7 переводится в третье состояние, а регистр 8 и резации вес импульса постоянен. Переход 45 гистр 3-е активное состояние. Однос одного интервала линеаризации на другой происходит при изменении адресуемой ячейки. Следует отметить, что интервалы линеаризации в данном случае имеют одинаковые проекции на ось Р.

Таким образом, при изменении числа импульсов опорной частоты N от ММин до Мд, код измеряемой величины,

временно, по заднему фронту сигнала с ФИИ, в регистр 8 заносятся старшие разряды предварительного кода измеряемой величины с выходов реверсивного 50 счетчика 6. В результате на старшем адресном входе ПЗУ устанавливается О с выхода ФИИ 21, на последующие разряды входа поступает код АЦП с выходов регистров 10 и 9, а на оставшихобразующейся в реверсивном счетчике 6 55 ся младших адресных входах устанавли- и делителя 5 изменяется (фиг. 2д) ваются старшие разряды предварительного кода измеряемой величины, поступающие с регистра 8. Адресованной

в соответствии с одной из зависимостей, представленных на фиг. 36. По

заданному фронту сигнала с ФИИ 21 суммирование прекращается (фиг. 2д) и в реверсивном счетчике 6 остается предварительный код измеряемой величины.

Как следует из зависимостей, представленных на фиг. 3, диапазон, в котором может лежать количество N опорных импульсов, пришедших за измеряемый интервал времени при измене5

нии

N

Р от

-N,

до Р

лли и

0

составляет

мн макс, причем NMMH 0. Поэтому содержимое реверсивного счетчика 6 и делителя 5 при изменении N от 0 до не имеет принципиального значения. В устройстве код измеряемой величины на данном интервале может несколько раз пробежать весь диапазон от до Рмин , как показано пунктирной линией на фиг. 2д. Число предварительной установки реверсивного счетчика 6 (Рпр) выбирается из условия, что код измеряемой величины

25 должен иметь значение Р„

пои N

N

мин

После окончания измеряемого интервала производится коррекция полученного кода измеряемой величины с ис- пользованием более подробной информации о значении возмущающего воздействия,, Коррекция осуществляется за счет добавления или вычитания поправ

го воздействия, выдаваемому АЦП k, и полученному на первом этапе предварительному коду. Прибавки заранее , определяются по двумерным градуировоч- ным характеристикам частотного датчика и заносятся в ПЗУ в виде таблицы.

Процесс температурной коррекции происходит следующим образом. Нулевым сигналом с ФИИ регистр 7 переводится в третье состояние, а регистр 8 и ревременно, по заднему фронту сигнала с ФИИ, в регистр 8 заносятся старшие разряды предварительного кода измеряемой величины с выходов реверсивного счетчика 6. В результате на старшем адресном входе ПЗУ устанавливается О с выхода ФИИ 21, на последующие разряды входа поступает код АЦП с выоказывается та ячейка ПЗУ, из половины ПЗУ отведенной пол таблицу поправок, которая соответствует вычисленному на первом этапе (нескорректированному) коду измеряемой величины и всем разрядам кода возмущающего воздействия, Таким образом, на выходе ПЗУ выставляется код температурной поправки. Старший разряд кода поправки является знаковым.

Код температурной поправки (без знакового разряда) записывается в счетчик k под действием заднего фронта сигнала ФИИ, проходящего через элемент 12 задержки (фиг. 2е). По окончании записи на выходе счетчика появляется единичный потенциал, под действием которого импульсы опорной частоты проходят через элемент И 18 на вычитающий тактовый вход счетчика ч и на один из тактовых ВХОДОЕ (вычитающий или суммирующий) реверсивного счетчика 6, в зависимости or того, какой из элементов 15 или 16 открыт под действием старшего разряда ПЗУ. Импульсы будут идти через элемент И 18 до тех пор, пока не об- нулится счетчик k и не исчезнет единичный сигнал на его выходе. На этом этап температурной коррекции заканчивается. По заданному Фронту сигнала с счетчика kскорректированное значение кода измеряемой величины запишется в выходной регистр 11, а код АЦП 14 в регистры 9 и 10. Затем начинается следующий цикл измерения. Диаграмма работы АЦП 14 показана на фиг. 2и, Он начинает преобразование по переднему фронту измеряемого интервала и должен закончить преобразование к моменту прихода заднего фронта сигнала с выхода счетчика 4 (фиг. 2и).

При подготовке устройства к работе 45 держки, счетчик и первый, второй,

с конкретным частотным датчиком выполняются следующие операции.

По специальной программе, исходными данными для которой являются двумерная градуировочная характеристика частотного датчика и требуемая точ- ность на ЭВМ вычиспяется: число предварительной установкиj веса импульсов опорной частоты для нескольких градуировочных характеристик, снятых при разных температурах; таблица температурных поправок. Составляется карта ирошивок ПЗУ, одну половину которого занимает таблица температурных поправок а другую - веса импульсов опорной частоты. Программируется и вставляется в устройство ПЗУ, а также коммутацией входов реверсивного счетчика 6 устанавливается число предварительной установки.

Следует отметить, что число оредварительной установки в данном устройстве одно для всех разнотемпера- турных градуировочных характеристик. Это свойство обеспечивается тем, что диапазон изменения кода счетчика 6

выбирается несколько большим, чем диапазон изменения кода измеряемой величины и на появляющихся за счет этого лишних интервалах линеаризации веса импульсов выбираются таким об0 разом, чтобы обеспечивалось равенство чисел предварительной установки всех разнотемпературных градуировочных характеристик (фиг. 36).

5 Формула изобретения

5

0

0

5

третий и четвертый регистры, выходы которых подключены к соответствующим входам, кроме старшего, блока памяти, старший вход которого объединен с входом элемента задержки, входами разрешения первого и второго регистров, вхэдами занесения второго и третьего регистров, тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, входом занесения реверсивного счетчика, входом установки в С делителя частоты и подключен к третьему выходу формирователя интервала измерения,

четвертый и пятый выходы которого подключены к тактовым входам делител частоты и счетчика соответственно, второй и третий входы подключены к выходу делителя частоты и старшему выходу блока памяти, соответстенно, а четвертый вход объединен с входами занесения третьего, четвёртого и выходного регистров и подключен к выходу заема счетчика, вход занесения которого подключен к выходу элемента задержки, информационные входы объединены с соответствующими информационными входами делителя частоты и подключены к соответствующим вы- ходам блока памяти, информационные входы второго регистра объединены с соответствующими старшими информациоными входами первого регистра, ин- формационные входы которого объединены с соответствующими старшими информационными входами выходного регистра, информационные входы которог объединены с соответствующими информационными входами первого регистра и подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, информационные входы которого являются шино

дом блока, а второй вход подключен к выходу первого элемента И, перЁый и второй входы которого объединены с первым и вторым входами второго элемента И, выход которого является первым выходом блока, а первый вход является третьим входом блока, выход третьего элемента И подключен к второму входу второго элемента И и является пятым выходом блока, первый вход третьего элемента И является четвертым входом блока, а второй вход объединен с первым входом четвертого элемента И и подключен к выходу генератора опорной частоты, вход формирователя измеряемого интервала является первым входом блока, а выход подключен к второму входу

задания начального кода, информацион- 30 четвертого элемента И и является треные входы третьего и четвертого регистров подключены к соответствующим старшим и младшим выходам аналоготьим выходом блока, выход четвертого элемента И является четвертым вь-хо- дом блока.

10

20

728Ю

цифрового преобразователя соответственно.

дом блока, а второй вход подключен к выходу первого элемента И, перЁый и второй входы которого объединены с первым и вторым входами второго элемента И, выход которого является первым выходом блока, а первый вход является третьим входом блока, выход третьего элемента И подключен к второму входу второго элемента И и является пятым выходом блока, первый вход третьего элемента И является четвертым входом блока, а второй вход объединен с первым входом четвертого элемента И и подключен к выходу генератора опорной частоты, вход формирователя измеряемого интервала является первым входом блока, а выход подключен к второму входу

четвертого элемента И и является тречетвертого элемента И и является третьим выходом блока, выход четвертого элемента И является четвертым вь-хо- дом блока.

пппппппппппппп

AMI

и

)С1Г.. Аи ip °fy03fffa#Je

фие. 2

a

Pmin

/W/7

N

Фие.Э