Автоматический цифровой измеритель сопротивления Советский патент 1991 года по МПК G01R27/00 

Код мантиссы

элемент ИЛИ-НЕ 11, минимальный авгомаг 12, блок 13 измерения диапазона, 6not записи 16, состоящий из усилителя 17 и разделитепьного трансформатора 18, изме ряемый и эталонный резисторы 19,1 и 19.2, управляемый резистор 20, управляемый усилитель 21, блок сравнения 22, цифпоанзлог ЕЫЙ преобразователь 23 избира- ги чный гили гель 24, Лазочувстемтельный зыпр 1митс/1ь 25. Минимальный авюмат 12 предназначен для ограничения снизу кода N i MJHIMCCH при j - 0 и чрезмерном уменьшении значения кодируемого сопротивления Rx. 1 ил

Изобретение относите ; к цифровой контрольно-измерительной технике диапазонов инфранизких л звуковых частот и предназначен j для измерения активного сопротивления р:зисторов и стивны датчиков Це/н изобретения - повышение быстродействия и расширение динамического диапазона Устройство содержит блок 1 предустаноьки, реверсивный счетчик 2 цмпульсов (,, составленный гз РСИ 3 4. 5 1 и 52 элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6, максиматьн-лй автомат 7, эле мент И 8, т риггер Э, сЬпзмы i манипулчтоо 10,

Изобретение относится к области цифровой контрольно-измерительной техники диапазонов инфранизких и звуковых гот и предназначено для измерения величины активною сопротивления резисторов и рези стивных датчиков.

Цель изобретения - повышение быстро действия и увеличение динамического диапазона.

На чертеже изображена структ/рная схема измерителя.

Устройство содержит блок 1 предустановки, реверсивный счетчик 2 импульсоь (РСИ), составленный из PC И 3-5 (5 1 и 5 2), элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6, максимальный автомат 7 (МАА), элемент И 8 триггер 9, фазный манипулятор (ФМ) 10, элемент ИЛИ-НЕ 11, минимальный автомат (МИА) 12, блок измерения диапазона (БУР) 13. Ьлок записи (БЗ) 4, синхронизатор (С) 15, регулируемый усилитель (РУ) 16, состоя- дий из усилителя 17 и разделительного зчсформаторе 18. измеряемый и эталон ный резисторы 19 1 (Rx) и 19.2 (Р0),упизоля емый резистор (УР) 20. управтяемый усилитель (УУ) 21,блок сравнения (БС) 22, цифроанагоювый преобразователь (ЦАП) 23 избирательный усилитель 24, фазочув ствительный выпрямитель (ФЧВ) 25 аналого-цифровой преобразователь 26 образуют блоки 1-4,5.1, 6, 9, 10, 11, 13-15,22-25.

Устройство работает следующим образом.

При работе измерителя автогенератор синхронизатора 15 формирует меандр с частотой «)0 , на его первом и втором выходах появляются противофазные последовательности импульсов с частотой оы2, на третьем выходе с частотой /4, на четвертом и пятом выходах получаем импульсные последовательности с соответственно рабочей о С00 2т и тактовой «Ал uVr 2-n частотами.

На потенциальных выводах измеряемого R и эталонного R0 резисторов 19.1, 192 выделяются переменные напряжения соответственно Ux ERy /(Ro + Rx) и Uo ER0/(Po+ + Rx), где E - выходное напряжение PV 16 В

ус i лновимиемся режиме входные токи U,,R,n U0MiKj/N0R УС 17 р-твны Здесь Rj- сопротивление УР 20, Kj - коэффициент пе- р / ачи /У 21. NI и М0 - соответственно код

мангисои и полная емкость РСИ 3 и R - зхоцное сопротивление УС по входу, связанному .-; ЦАП 23. После выкладок получаем Rx (Яэ/Р.М0) KjRjNi. Таким образом, .чод NI мантиссы при известных значениях пара 1e7poo RJ, Kj и фиксированном отношении . определяет величину R сопротив- ения изгчерйемого резистора.

Питание измерительной цепи из рези- 1лоров 19 производится от РУ 16, возбуждаемою меандром рабочей частоты Усилитель содержит цепь стабилизации амплитуды с 1гнчла на аналоговом входе ЦАП /ч ч,з заданном фиксированном уровне, не зависящем от величины Rx В противном

случае .ии Нх ведут к перегрузке ЦАП или к увеличению погрешности измерений при значительном уменьшении напряже- нил, масштабируемого ЦАП.

liyrrbRx (Po/RNo) KjRjNi В этом случас рззностныи сигнал на выходе БС22 совпадает по фйзе с выходным меандром, поступающим ня управляющий вход ФЧВ Ь. F соответствии с этим напряжение вы- ода ФЧВ принимает уровень 1 и PCV, 3

г (антиссы переводится п режим суммирования. Код J1 растет по каждому тактовому импульсу, приходящему на вход РСИ 3 с выхода С 15 При Rx ( R0/RN0)-KjRjNi фаза разностного сигнала измеряется на угол я,

выходное напряжение ФЧВ обращается в нуль, РСИ 3 переводится в режим вычитания, код IMi уменьшается до достижения состояния равновесия, в котором величина NI флюктуирует на единицу младшего разряда.

Частотно-избирательный усилитель 24

служит A.V увеличения защищенности из- мер /-еля тт помех (мешающих постоянных и переменных напряжений, присутствующих нз выводах резистора Rx), в частности

при определении сопротивления горных пород з полевых условиях). С этой же целью в качестве фазового различителя использо- нлн линейный ФЧВ 25, а не более простое

логическое устройство, построенное, например, на цифровых вентилях.

Остальная часть устройства решает следующие задачи:автоматическое увеличение номера диапазона с соответствующим переключением номинада RJ УР 20 и коэффициента передачи К)УУ 21 в зависимости от величины Rx 0 номер диапазона, совпадающий с кодом Na порядка); автоматическое уменьшение номера диапазона с выполнением операций, перечисленных в предыдущем пункте; запись в РСИ мантиссы кодов Мо и Мо предустановки после каждого изменения номера диапазона; ограничение снизу кода NI мантиссы при работе измерителя в наиболее чувствительном (младшем) диапазоне и чрезмерном уменьшении сопротивления Rx; ограничение сверху кода NI мантиссы при работе устройства в наименее чувствительном (старшем) диапазоне и чрезмерном увеличении сопротивления Rx,

Данное устройство имеет несколько измерительных диапазонов. Пусть Rxmax и Rxmin - соответственно максимальное и минимальное значения сопротивления Rx, которые могут быть преобразованы в код при работе системы в -м диапазоне. Тогда

Рх ) q Rxma (0) И Rx mm 0)/R, max Ш

1/q, гдеq 1 - конструктивная постояв пая ы j 0. 1. .2, ... Независимо от номера диапазона величинам Rxma и Rxmin отвечают коды мантиссы соответственно No -i и Nimfn. Измерения выполняются с относительной погрешностью дискретности, не превышающей д . В этом случае минимальный код Nimin мантиссы определяется из неравенства 1/d(N0-1) Nimin/(N0 -1) 1/q.

В предлагаемом устройстве N0 2 °,

6 1/64, q 10, Nlrr,n 64, R xmax(o) ЮОМ

и 0, 1,2,3.

Рассмотрим процесс увеличения номера диапазона при j 0, 1, 2. В этом случае РСИ 3 и РСИ Ь.2 работают в режиме суммирования и код NI растет. На управляющих входах обоих РСИ поддерживается потенция 1, который транслируясь на второй выход МИА 12 через элемент ИЛИ - НЕ 11, поступает на вход 53 14. При переполнении РСИ 3 возникает импульс переноса, который через внутренние связи микросхемы 5.1 - 5.2 увеличивает код N2 порядка на единицу. Производится переключение номинала RJ УР 20 и коэффициента передачи К j УУ 21 в соответствии с новым значением кода N2. Одновременно на выходе элемента ИЛИ-НЕ 11 формируется положительный перепад напряжения, который вызываетопрокидывание триггера БЗ 14. Возвращение этого триггера в исходное состояние осуществляется сигналом с выхода С15. Полученный импульс с выхода БЗ поступает на 5 объединенные входы записи РСИ мантиссы и порядка. В РСИ 3 записывается код М0 - (N0-l)/q Ю2 Содержимое N2 РСИ 5.2 порядка в рассматриваемом случае не изменяется, так как к входам предустановки эго0 го РСИ подводится код N2.

Предустановка РСИ мантиссы позволяет устранить временный срыв слежения за величиной RX при переключении диапазона. Легко зидеть, что при исключении подо5 бной операции указанный режим восстановился бы лишь через 102 периода тактовой частоты вследст пие очищения РСИ 3 при его переполнении.

Рассмотрим далее процедуру уменьше0 ния номера диапазона при j 1. 2, 3. В этом случае РСИ 3 и РСИ 5 2 работают в режиме вычитания, на их управляющих входах поддерживается потенциал О и код NI уменьшается. Содержимое N2 РСИ порядка

5 отлично от нуля, поэтому высокий уровень транслируется на выход МИА 12 и разрешает срабатывание D-триггера в БЗ 14. На входы ЬУН 13 поступают напряжения нулевого и высокого уровней (соответственно с

0 выходов ФЧВ 25 и МИЛ 12), поэтому указанный вентиль формирует потенциал 1.

При уменьшении кода NI до значения Nimin - 1 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 11 возникает положительный перепад напря5 жения, опрокидывающий триггер в БУН 13 и триггер в БЗ 14. Возвращение указанных триггеров в исходное состояние производится сигналами соответствующих выходов С 15. В итоге блок БУН формирует одиноч0 ный положительный импульс с длительностью Л/WQ, задержанный относительно момента срабатывания элемента ИЛИ-НЕ 11 и предшествующий выходному импульсу БЗ 14. Первый из этих импульсов через эле5 мент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ б проходит к счетчику, составленному из РСИ 5.1 и 5.2, и уменьшает его суммарное содержимое на единицу. До этого акта в РСИ 5.1 и РСИ 5.2 были зафиксированы коды нуля и N2,после

0 вычитания в РСИ 5.2 появляется код N2-1, в соответствии с которым осуществляется переключение номинала RJ УР 20 и коэффициента передачи Kj УУ 21.

Далее производится предустановка

5 РСИ мантиссы выходным импульсом БЗ 14. Элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ в дайной ситуации выполняют функции повторителей, поэтому в РСИ 3 записывается код Мо q(Nimin - 1) 630. Содержимое N2 - 1

РСИ 5.2 при выполнении этой операции ке изменяется.

Максимальный автомат 12 предназначен для ограничения сверху кода NI мэнтис- сы при j 3 и чрезмерном увеличении значения кодируемого сопротивления Rx. В данном случае РСИ 3 работает в режиме суммирования, на его управляющем входе потенциал высокого уровня. При заполнении счетчиков 5.1 и 5.2 на выходе МАА 7 формируется одиночный положительный импульс с длительностью 2 я/&;0 , который, через элемент И 8 опрокидывает RS-триггер 9. который ранее был установлен в нуль последовательностью импульсов тактовой чл- стоты с выхода С 15. К выходу ФМ 10 10 от RS-триггера 9 подводится высокий потенци ал, поэтому ФМ 10 начинает инвертировать импульсную последовательность рабочей частоты, поступающую от С 15 через ФМ 1D к управляющему входу ФЧВ 25, Выходной сигнал ФЧВ обращается в нуль. РСИ переводятся в режим вычитания, поэтому следующий импульс тактовой частоты уменьшает содержимое РСИ мантиссы на единицу, одновременно устанавливая RS-триггер в исходное состояние. Вследствие этого ФМ 10 перестает инвертировать управляющий сигнал ФЧВ 25, на выходе последнего появляется высокий потенциал, РСИ снова переводятся в режим суммирования и т.д. Б описании ситуации код NI маьтиссы флюктуирует в пределах единицы млгдш го (: зряда до тех пор, пока значение RX про- гюсходит верхний предел измерений. При соответствующем уменьшении сопротивления RX слежение за преобразуемой, величиной восстанавливается автоматически,

Минимальный автомат 12 пре/ нална- чен для ограничения снизу кода NI мантиссы при j - 10 и чрезмерном уменьшении значения кодируемого сопротивления Rx Реверсивный счетчик 3 работает в режиме вычитания, на его управляющем входе и входе МИА 12 присутствует нулевой потенциал, В данном случае код N2 0. При уменьшении кода NI до значения Nimin - 1 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 11 появляется положительный перепад, опрокидывающий триггер МИА 12, Возвращение триггера в исходное состояние осуществляется импульсной последовательностью с выхода С 15. В ViTore автомат формирует одиночный положительный импульс с длительность 2 л/(а. Этот импульс через элемент И 8 переводит RS-триггер 9 в единичное состояние, вследствие чего ФМ 10 начинает инвертироватьупраляющий сигнал ФЧВ 25. Выходной сигнал последнего принимает

уровень 1, РСИ 3 переключается в режим суммирования С приходом очередного тактового импульса код мантиссы увеличивается до значения Nimin, RS-триггер

устзнавтиеается в нуль, ФМ 10 перестает инвертировать управляющий сигнал ФЧВ 25, РСИ 3 переводится в режим вычитания и т.д.

В данной ситуации код NI мантиссы

0 флюктуирует е пределах единицы младшего разряда до тех пор, пока значение Rx не превзойдет нижний предел измерений. При соответствующем увеличении сопротивления Rx слежение за кодируемой величиной

5 восстанавливается автоматически.

Формула изобретения

напряжения, к первому выходу которого подключен первый нывод эталонного резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, второй выход источника на5 пряжения соединен с клеммой для подключения измеряемого резистора и входом управляемого делителя напряжения, аналого-цифровой преобразователь, выход г.оторогс соединен с первыми входами ми0 нимчл -.ного и максимального автоматов, вы- ходь1 которых соединены с соответствующими входами элемента И, с- етчик поддиапазонов, выходы которого соединены с управляющими входами управю ляемсго делителя напряжения и вторыми входами минимального и максимального автоматов, отличающийся тем, что, с ,епьч повышения быстродействия и увели- iSHWi динамического диапазона, в него

0 заеден управляемый усилитель, вход кото- рогс соединен с первым выводом эталонного резистора, а выход соединен с эталонным входом аналого-цифрового преобразователя и управляющим входом источника напря5 жения, при этом выход управляемого делителя напряжения соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого соединены с выходными шинами устрой0 ствз, пыход элемента И соединен с управляющим входом- аналого-цифрового преобразователя, второй выход которого гоединен со счетным входом счетчика под- иапззоноь, управляющие входы которого

5 соединены с соответствующими выходами минимального и максимального автоматов.

соединенные цифроаналоговый преобразователь, блок сравнения, избирательный усилитель и фазочувствительный выпрямитель, второй вход которого соединен с выходом фазово-о манипулятора, первый вход которого соединен с прямым выходом триггера, а второй вход соединен с первым выходом синхронизатора, второй, выход которого соединен с обнуляющим входом триггера и счетным входом первого счетчика мантиссы, третий выход синхронизатора соединен с первым входом блока записи и блока изменения диапазона, четвертый и пятый выходы синхронизатора соединены соответственно с вторым и третьим входами блока записи, выход которого соединен с установочным входом первого и второго счетчиков мантиссы, выходы которых соединены с соответствующими входами цифроа- налогового преобразователя и элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с четвертым входом блока записи и первым выходом аналого-цифрового преобразователя пятый вход блока записи соединен г ВТОРЫМ входом блока изменения диапазонов гыход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй вход

которого соединен с выходом переноса первого счетчика мантиссы а выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен со счетным входом второго счетчика мантиссы. выход фазочувствительного выпрямителя

соединен с третьим оходом бчокэ изменения диапазонов, улравг яющими входами первого и второг счетчиков мантиссы и входом блока предустановки, вьиоды которого соединены с соответствующими U-входэми

счетчиков мантиссы, установочный вход триггер соединен с упоаляющим входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход блока сравнения соединен с аналоговым входом зналого-щ фоового

преобразователя а этрлонный вход цифро- аналогового преобразователя соединен с эталонным входом ачалого-ци ророго преобразователя