Многоканальное измерительное устройство Советский патент 1992 года по МПК G06F3/05 

тельной установки, формирователь 11 опорных напряжений, генератор 12 импульсов, делитель 13 частоты. Новым в устройство является введение регистра 14 данных, цифроаналогового преобразователя 15, демультиплексора 16, мультиплексора 17 опорного напряжения, а в блок 9 управления введен узел 18 синхронизации демультиплексора 16 и мультиплексора 17.

Устройство позволяет осуществить контроль работоспособности и повысить точность измерения. Повышение точности измерения связано с возможностью проведения коррекции измеренных значений, необходимость которой обусловлена низкой температурной и временной стабильностью параметров перемножителей и интеграторов. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в инфор- мационно-измерительных системах, системах автоматического управления для измерения амплитудного значения и фазового сдвига периодических сигналов. Целью изобретения является повышение надежности и повышение точности измерения. Многоканальное измерительное устройство ввода содержит несколько аналоговых коммутаторов 1, каждый из которых содержит по два р-входовых мультиплексора 2, аналоговый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, буферный регистр 5, преобразователь 6 напряжений, который содержит два аналоговых перемножителя 7, два интегратора 8, блок 9 управления, несколько счетчиков 10 с входами предвари(Л С

Изобретение относится к измерительной технике, может применяться в информационно-измерительных системах, системах автоматического управления для измерения амплитудного значения и фазового сдвига периодических сигналов, и является усовершенствованием известного устройства по основному авт, св. № 1617430.

Известное многоканальное измерительное устройство содержит аналоговый коммутатор, к выходу которого подключен АЦП, блок управления, выходы которого соединены с входами управления аналогового коммутатора, блок формирования, входы которого являются входами трехфазных напряжений, генератор импульсов, к выходу которого подключен делитель частоты, М аналоговых коммутаторов входных сигналов, каждый из которых содержит два р-вхо- довых мультиплексора, (р-1) входов первого и р-входов второго мультиплексоров являются входами измеряемых сигналов, а р- вход первого мультиплексора соединен с выходом второго, выход первого мультиплексора является выходом аналогового коммутатора входных сигналов, М преобразователей, каждый из которых содержит два аналоговых перемножителя, первые входы которых соединены друг с другом и выходом соответствующего аналогового коммутатора входных сигналов, а выходы перемножителей соединены соответственно с входами двух интеграторов, выходы которых являют- ся выходами преобразователя и соединены с соответствующими входами аналогового коммутатора, регистр данных, информационные входы которого соединены с выходами АЦП, а выходы и вход управления регистра данных являются выходами данных и входом управления устройства соответственно, выходы блока управления соединены с входами обнуления интеграторов, входом запуска АЦП, входами разрешения аналоговых коммутаторов входных сигналов соответственно, М счетчиков, входы синхронизации которых соединены с вый

ходами блока управления, соединенными с входами разрешения аналоговых коммутаторов входных сигналов, входы предварительной установки и вход разрешения установки счетчиков являются входами выбора входного сигнала устройства, а выходы счетчиков соединены с входами управления соответствующих аналоговых коммутаторов входных сигналов, выходы блока формиро- 10 ванИя соединены с шестью входами блока управления, а также с вторыми входами перемножителей, первый выход делителя частоты соединен с входом синхронизации АЦП, а второй выход соединен с седьмым

15 входом блока управления, восьмой вход которого соединен с выходом АЦП, который является выходом устройства требования прерывания.

Недостатками данного устройства яв20 ляются ограниченная надежность функционирования, которая связана с отсутствием возможности проведения контроля работоспособности устройства; ограниченная точность измерения, обусловленная применением пере25 множителей и интеграторов,.параметры которых изменяются с течением времени и изменением температуры.

Цель изобретения - повышение надежности функционирования за счет осуществ30 ления контроля работоспособности, а также повышение точности измерения за счет осуществления коррекции измеренных значений.

Указанная цель достигается тем, что в

35 устройство, содержащее аналоговый коммутатор, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок управления, выходы которого соединены с входами управления аналогового коммута40 тора, блок формирования, входы которого являются входами трехфазных напряжений, генератор импульсов, к выходу которого подключен делитель частоты, М аналоговых коммутаторов входных сигналов, каждый из

45 которых содержит два р-входовых мультиплексора, (р-1) входов первого и (р-1) входов второго мультиплексоров являются входами измеряемых сигналов, а р-вход первого мультиплексора соединен с выходом второго, выход первого мультиплексора является выходом аналогового коммутатора входных сигналов, М преобразователей, каждый из которых содержит два аналоговых перемножителя, первые входы которых соединены друг с другом и выходом соответствующего аналогового коммутатора входных сигналов, а выходы перемножителей соединены соответственно с входами двух интеграторов, выходы которых являются выходами преобразователя и соединены с соответствующими входами аналогового коммутатора, первый регистр данных, информационные входы которого соединены с выходами АЦП, а выходы и вход управления первого регистра данных являются выходами данных и первым входом управления устройства соответственно, выходы блока управления соединены с входами обнуления интеграторов, входом запуска АЦП, входами разрешения аналоговых коммутаторов входных сигналов соответственно, М счетчиков, входы синхронизации которых соединены с выходами блока управления, соединенными с входами разрешения аналоговых коммутаторов входных сигналов, входы предварительной установки и вход разрешения установки счетчиков являются входами выбора входного сигнала устройства, а выходы счетчиков соединены с входами управления соответствующих аналоговых коммутаторов входных сигналов, выходы блока формирования соединены с шестью входами блока управления, а также с вторыми входами перемножителей, первый выход делителя частоты соединен с входом синхронизации АЦП, а второй выход соединен с седьмым входом блока управления, восьмой вход которого соединен с выходом АЦП, который является выходом устройства требования прерывания, введены второй регистр данных, информационные входы и вход управления которого являются соответственно входами данных и вторым входом управления устройства, цифроаналоговой преобразователь (ЦАП), входы которого соединены с выходами.второго регистра данных, демультиплексор, вход которого соединен с выходом ЦАП, а выходы демультиплексора соединены с р- входами вторых мультиплексоров соответствующих аналоговых коммутаторов входных сигналов, мультиплексор опорного напряжения, выход которого соединен с соответствующим входом ЦАП, информационные входы соединены соответственно с каждым вторым выходом блока формирования, узел управления демультиплексором и мультиплексором опорного напряжения, входы которого соединены с соответствующими выходами М счетчиков, а выходы - с

управляющими входами демультиплексора и мультиплексора опорного напряжения.

Использование регистра данных, ЦАП, демультиплексора и мультиплексора опорного напряжения позволяет повысить на0 дежность функционирования устройства и точность измерения. Это обусловлено тем, что обратная связь позволяет осуществлять контроль работоспособности устройства и проводить по результатам преобразования

5 опорных напряжений коррекцию измеренных значений.

На фиг.1 дана структурная схема многоканального измерительного устройства; на фиг.2 - структурная схема узла синхрониза0 ции; на фиг.З - временные диаграммы..

Многоканальное измерительное устройство ввода (фиг.1) с остоит из нескольких аналоговых коммутаторов 1 входных сигналов, каждый из которых содержит два р-вхо5 довых мультиплексора 2, ,(р-1) входов первого и (р-1) входов второго мультиплексоров являются входами устройства, р-вход первого мультиплексора соединен с выходом второго, выход первого мультиплексора

0 является выходом аналогового коммутатора. входных сигналов, аналогового коммутатора 3, к выходу которого подключен аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 4, выходы которого соединены с входами буферного

5 регистра 5, выходы и вход управления которого являются выходами данных и первым входом управления устройства соответственно. Между выходом каждого аналогового коммутатора 1 и соответствующей парой

0 входов аналогового коммутатора 3 включен преобразователь 6 напряжений, который содержит два аналоговых перемножителя 7, первые входы которых объединены и являются входом преобразователя, а выходы пе5 ремножителей соединены с входами двух интеграторов 8 соответственно, выходы которого являются выходами преобразователя. Выходы блока 9 управления соединены с входами обнуления интеграторов 8, входа0 ми управления аналогового коммутатора 3, входом запуска АЦП 4, входами разрешения аналоговых коммутаторов 1 соответственно. Выходы блока управления, подключенные к входам разрешения аналоговых

5 коммутаторов 1, соединены также с входами синхронизации нескольких счетчиков 10, входы предварительной установки и вход разрешения установки которых являются входами выбора входного сигнала устройства, а выходы счетчиков соединены с входами управления аналоговых коммутаторов 1 соответственно. Входы формирователя 11 опорных напряжений являются входами трехфазных напряжений, а выходы соединены с шестью входами блока 9 управления, а также с вторыми входами перемножителей 7. К выходу генератора 12 импульсов подключен делитель 13 частоты, первый выход которого соединен с входом синхронизации АЦП 4, а второй выход соединен с седьмым входом блока 9 управления, восьмой вход которого соединен с выходом АЦП 4, который является выходом устройства требования прерывания. Остальные входы блока 9 управления соединены с соответствующими выходами нескольких счетчиков 10.

Информационные входы и вход управления регистра 14 данных являются соответственно входами данных и вторым входом управления устройства, а выходы соединены с входами цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 15, выход которого соединен с входом демультиплексора 16, входы управления которого соединены с соответствующими выходами блока 9 управления, а выходы соединены с р-входами вторых мультиплексоров 2 аналоговых коммутаторов 1 соответственно. Информационные входы мультиплексора 17 опорного напряжения соединены с каждым вторым выходом формирователя 11, выход соединен с соответствующим входом ЦАП 15, а входы управления соединены с соответствующими входами управления демультиплексора 16.

Конкретное выполнение элементов 1-8, 10-13 структурной схемы предлагаемого устройства аналогично описанному в известном. Блок 9 управления выполнен по схеме с включением узла 18 синхронизации (фиг.2). Узел 18 синхронизации строится с использованием известных законов комбинационной логики и содержит элементы И- НЕ 19-22. Входы узла 18 синхронизации соединены с входами блока 9 управления, к которым подключены выходы счетчиков 10, а выходы соединены с выходами блока 9 управления, к которым подключены входы управления демультиплексора 16 и мультиплексора 17.

Рассмотрим формирование управляющих сигналов узлом 18 синхронизации. При использовании в качестве мультиплексора 17 и демультиплексора 16 микросхем типа 590КН6 управляющие сигналы можно представить таким образом:

Разр. Qi1 x Q.21 х ... х Qy1 x СИ2 х Q.22 x ...Qy2xQi3xQ23x... Qy3, где Qi...Qy- выходы счетчика 10;

у - количество выходов счетчика 10, у 2log2p;

р - число входов мультиплексора 2. Сигналы адресных входов:

А1.-.Qif х СЬ х ... х (V:

A2 Qi2xQ zx;..x.Q/L.

A4 Qi1xQ2 x... xQy. При этом косинусное опорное напряжение второй фазы подается на вход D3, третьей

0 фазы - на вход D5, первой фазы - на вход D6 мультиплексора 17, а выходы D3, D5, D6 демультиплексора 16 соединяются соответственно с р-входами вторых мультиплексоров 2 соответствующих аналоговых

5 коммутаторов 1.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемые сигналы Ui ... L)2p-2 , .... UiM... U2p-2M подаются на входы устройства,

0 Работа устройства по обработке сигналов и вводу оцифрованных значений в ЦВМ подробно описана в известном устройстве. Блок 9 управления вырабатывает сигналы обнуления Обн. 1 ... Обн. М , Обн. 1...

5 Обн. M интеграторов 8,, сигналы разрешения Разр. 1.„ Разр. М , сигналы управления Упр. MX аналогового коммутатора 3, сигнал Запуск АЦП 4, а также сигналы управления демультиплексором 16 и муль0 типлексором 17. Формирователь 11 вырабатывает синусные и косинусные сигналы трехфазных напряжений А, В, С. Делитель 13 частоты вырабатывает сигнал синхронизации блока 9 управления и сигнал синхро5 низации СИ АЦП 4.

Рассмотрим работу устройства по повышению надежности функционирования и точности измерения. Цифровой код образцовой амплитуды считывается в регистр 14

0 данных при наличии на втором входе управления устройства сигнала низкого уровня Вывод. Этот код умножается на опорное напряженнее ЦАП 15, и сигнал с его выхода поступает на демультиплексор 16. Мульти5 плексор 17 формирует опорное напряжение ЦАП из косинусных напряжений трех фаз под воздействием сигналов управления, вырабатываемых блоком 9 управления. С выходов демультиплексора 16 косинусные

0 напряжения образцовой амплитуды поступают на р-входы вторых мультиплексоров 2 соответствующих аналоговых коммутаторов 1, преобразуются в преобразователе 6 в два взаимно ортогональных сигнала, которые

5 проходят поочередно через аналоговый коммутатор 3, преобразуются в АЦП 4 в цифровой код и выдаются на выход устройства при наличии на управляющем входе регистра 5 сигнала Ввод низкого уровня. Сигнал конец преобразования (КП) является выходным сигналом устройства требования прерывания Тр. А. По цифровым значениям ортогональных сигналов возможно определение амплитудного значения и фазового сдвига относительно опорного напряжения посредством выполнения в цифровой вычислительной машине операций:

u vuuul р агад-У1

Этот процесс может повторяться несколько раз для определения средних значений ам- плитудного значения и фазового сдвига по известному способу измерения среднего значения периодических сигналов, либо по другим способам. Средние значения амплитуды и фазового сдвига сравниваются с образцовыми значениями По результатам сравнения делается вывод о работоспособности устройства и состоянии р-входов вторых мультиплексоров 2, а также проводится определение корректирующих коэффици- ентов:

к,, - Ucp к - tfkp Ku-rj,

где Ucp, рср - средние значения амплитуды . и фазового сдвига;

Uo, p о - образцовые значения амплитуды и фазового сдвига.- В результате применения корректирующих коэффициентов при измерении параметров входного сигнала повышается точность измерения. Оценка состояния остальных входов устройства может проводиться путем

повторного прохождения входных сигналов посредством обратной связи через р-входы вторых мультиплексоров 2. В итоге сравниваются результаты измерений первого и второго проходов. По результатам сравне- ния возможен вывод о работоспособности каждого входа и устройства в целом.

На фиг.За приведена временная диаграмма сигнала разрешения, а на фиг.3б,в,г- временные диаграммы сигналов, поступаю- щих на адресные входы А1, А2, А4 демультип- лексора 16 и мультиплексора 17. Интервал

0

5

0

0

0

,-

-п

времени, в течение которого подается опорное напряжение на ЦАП, равен периоду Т трехфазной сети.

Применение предлагаемого технического решения позволяет по сравнению с известным повысить надежность функционирования за счет осуществления возможности проведения контроля работоспособности устройства, повысить точность измерения. Повышение точности измерения связано с возможностью проведения коррекций измеренных значений, необходимость проведения которой обусловлена низкой температурной и временной стабильностью параметров перемножителей и интеграторов преобразователя. Так, только погрешность перемножения составляет 1- 5%, а применение корректирующих коэффициентов позволяет снизить погрешность всего преобразователя до погрешности ЦАП, которая составляет 0,1%.

Формула изобретения Многоканальное измерительное устройство по авт. св. № 1617430, от л и ч а ю щее- с я тем, что, с целью повышения надежности и точности измерения устройства, в него введены регистр данных, цифроаналоговый преобразователь, демультиплексор, мультиплексор опорных напряжений, а блок управления дополнительно содержит узел синхронизации, причем, информационные входы и вход управления регистра данных являются соответственно входами данных и вторым управляющим входом устройства, выходы регистра данных соединены с группой входов цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к выходу мультиплексора опорных напряжений, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами формирователя опорных напряжений, выход цифроаналогового преобразователя подключен к информационному входу демультиплексо- ра, адресные входы которого соединены с адресными входами мультиплексора опорных напряжений и подключены к выходам узла синхронизации, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчиков, выходы демультиплексора подключены к соответствующим информационным .входам вторых мультиплексоров.

Фиг. J