УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ Советский патент 1972 года по МПК G05B1/01 

Изобретение относится к устройствам сравнения электрических сигналов и может быть применено в вычислительной и измерительной технике, а также автоматике (в самонастраивающихся и оптимальных системах).

Известны устройства сравнения, содержащие усилитель-ограничитель и элемент, входы которого подключены к источникам сравниваемых сигналов, а выход соединен со входом усилителя-ограничителя.

Недостатком таких устройств является сравнительная сложность, которая приводит к большим аппаратурным затратам, и жесткие требования к подбору элементов.

Кроме того, эти устройства не универсальны- одни из них сравнивают только разнополярные сигналы, а другие - сигналы только одного знака, т. е. эти устройства могут одновременно выполнять сравнение однополярных положительных и однополярных отрицательных сигналов.

Целью изобретения являются: расширение функциональных возможностей, т. е. реализация трех признаков сравнения и сравнение как однополярных так и разнонолярных сигналов; новыщение точности; исключение механической и внедрение электрической настройки устройства без вмешательства в принципиальную электрическую схему, а только путем подачи определенных настроечных

электрических сигналов; сравнение производных во времени сигналов, т. е. сравнение как синхронных так и асинхронных сигналов.

Эта цель достигается тем, что элемент сравнения состоит из двух пьезотрансформаторов, входы которых соединены с источниками сравниваемых сигналов, а выходы объединены и подключены на вход усилителя-ограничителя. Генераторные секции пьезотрансформаторов поляризованы в противоположных направлениях. Кроме того, входы пьезотрансформаторов через элементы развязки соединены с генератором возбуждения -

восстановления.

На фиг. 1 изображена схема устройства применительно к сравнению импульсных напряжений; на фиг. 2 - схема устройства применительно к сравнению синусоидальных и

и.мпульсных напряжений; на фиг. 3 - схема устройства применительно к сравнению произвольных во времени сигналов.

Устройство сравнения состоит из усилителя-ограничителя /, выходом которого является клемма 2. Вход усилителя-ограничителя / соединен с выходными электродами 3 пьезотрансформаторов 4 и 5. Пьезокерамические генераторные секции 6 пьезотрансформаторов и.меют противоположные направле3пирующим электродом, он соединен с клеммой 8 через общую точку устройства. Пьезокерамические секции 9 являются секциями возбуждения. Для сравнения однополярных напряжений они имеют одинаковые направления пОошризации, а для сравнения разноиолярных напряжений - противоположные направления поляризаций. Входные электроды 10 пьезотрансформаторов соединены с источниками сравниваемых, сигналов 11 и 12.Ю Кроме того, для сравнения произвольных во времени сигналов в устройстве (фиг. 3) электроды возбуждения 10 через элементы развязки 13 (диоды) и ограничивающий резистор 14 соединены с генератором возбуж-15 дения - восстановления. Генератор быть выполнен на транзисторе 15, коллектор которого через резистор 16 соединен с источником нанряжения + , а база - с ценочкой смещения, состоя-20 щей из резисторов 17, 18, источника смещения и диодов 19. Цепочка смещения одновременно является логической схемой «ИЛИ с логическими входами 20, 21, на которые ноступают сигналы управления. Парал-25 лельно выходу генератора, его транзистору 15, включен интегрирующий конденсатор 22. Для устранения акустической связи между пьезотрансформаторами 4 и 5, которая существует в монолитной конструкции нри резо-30 нансном режиме возбуждения, пьезотрансформаторы (фиг. 2) разделены. Идентичные пьезотрансформаторы 4 и 5 при одинаковых уровнях поляризаций соответствующих секций имеют одинаковые коэф-35 фициенты передачи. Фаза выходного сигнала пьезотрансформатора определяется соотнощением направлений поляризации секций. Для ньезотрансформаторов и 5 фаза между выходными сигналами отличается на 180° 0 от фазы между входными сигналами. В импульснохм режиме пьезотрансформатор 4 инвертирует входиой сигнал, а ньезотрансформатор 5 не инвертирует. В резонансном режиме фазы выходных сигналов имеют соответст-45 венно значения +90° и -90° по отношению к сигналу возбуждения. Величина коэффициента передачи пьезотрансформатора однозначно связана с величинами ноляризаций его секций, благодаря чему возможно направ-50 ленное изменение величины коэффициента передачи электрическим путем, что обусловливает возможность получения идентичных пьезотрансформаторов и простую настройку устройства.55 Сравниваемые сигналы источников 11 и 12 подаются на входы ньезотрансформаторов 4 и 5. Выходной сигнал усилителя-ограничителя определяется суммарным действием сигналов с выходов ньезотрансформаторов. Сиг-60 налы с выходов пьезотрансформаторов нро4выходного сигнала устройства равняется нулю. При поступлении положительных имиульсов на входы пьезотрансформаторов, когда амплитуда сигнала источника 11 меньше амплитуды сигнала источника 12, результирующий сигнал на выходе усилителя ограничителя будет положительным. Если амплитуда сигнала источника 11 больше чем амплитуда сигнала источника 12, то сигнал на входе усилителя-ограничителя будет отрицательным. Устройство работает аналогично и при поступлепии отрицательных имнульсов напряжения, но при этом на входе усилителяограничителя изменяется фаза результирующего сигнала, характеризующего отнощение амплитуд сравниваемых сигналов. Таким образом, устройство производит алгебраическое сравнение сигналов. Посредством уснлителяограничителя выходные сигналы устройства преобразуются в стандартные импульсы. Настройкой порога чувствительности усилителяограничителя обеспечено сравнение величин по трем призиакам: «меньше, «равно, н «больше. Если устройство сравнения нредназначено для работы, как в импульсном так и резонансном режимах, то оно состоит из акустически несвязанных широкополосных пьезотрансформаторов (фиг. 2). Выходной сигнал при работе устройства сравнения в резонансном режиме онределяется, как н при импульсном режиме, суммарным действием выходных сигналов пьезотрансформаторов 4 и 5. Если сравниваемые сигналы синфазны, то выходной сигнал устройства может характернзоваться наличием разнополярных импульсов одной фазы, разнополярных имнульсов нротивоноложной фазы или отсутствием и.мпульсов. Если сравниваемые синусоидальные напряжения имеют нроизвольные фазы, то выходной сигнал устройства может характеризоваться наличием разнополярных импульсов нроизвольной фазы и отсутствием импульсов ири равенстве фаз и амнлитуд сравниваемых напряжений, т. е. такое устройство может быть использовано для сравнения ко.мплексных величнн. Работа устройства в резонансном режиме имеет свои недостатки и преимущества по сравнению с работой устройства в импульсном режиме. Необходимым условием правильного функционирования устройства является равенство частот источников срав«иваемых сигналов 11 н 12. Кроме того, для резонансного режима требуется изготовление двух идентичных ньезотрансформаторов с одинаковыми резонансными свойствами, и согласование частоты сигналов возбуждения с резонансной частотой пьезотрансформаторов. Однако при этом в резонансных пьезотрансформаторах коэффициент передачи по

Устройство сравнения применительно к сравнению производных во времени сигналов (фиг. 3) не имеет ограничений времени поступления сравниваемых сигналов, они могут поступать синхронно и асинхронно. Сравнение синхронных сигналов на устройстве может происходить двояким образом. Во-первых, сравнение сигналов может осуществляться по результирующему выходному сигналу во время действия сравниваемых- сигналов. Во-вторых, сравнение синхронных сигналов может происходить так же, как и сравнение асинхронных сигналов. А сравнение асинхронных сигналов основано на изменении поляризации секций возбуждения пьезотрансформаторов 4 и 5 при поступлении сравниваемых сигналов.

Сравнение асинхронных сигналов осуществляется в два такта. В первом такте сравниваемые сигналы источников 1} и 12 поступают на входные электроды 10 пьезотрансформаторов. При этом под их действием происходят изменения значений поляризации секций возбуждения, однозначно связанных сравниваемыми сигналами, т. е. сравниваемые сигналы запоминаются. С другой стороны изменение значения поляризаций секции возбуждения пропорционально изменению коэффициента передачи пьезотрансформатора.

Во втором такте на логический вход 20 поступает отрицательный управляющий импульс. Во время действия управляющего импульса заряжается конденсатор 22. Изменение напряжения па копденсаторе 22 прикладывается к возбуждающим секциям пьезотрансформаторов. На в.ход усилителя-ограничителя поступает сигнал, который определяется суммарным действием сигналов с выходов пьезотрансформаторов, которые, в свою очередь, определяются сравниваемыми сигналами источников 11 и 12. На выходе устройства сравнения появляется сигнал, показывающий соотношение сравниваемых сигналов.

Величина емкости конденсатора 22 и длительность импульса, поступающего на логический вход 20, выбираются из того условия, что напряжение, до которого заряжается конденсатор во время действия импульса, не вызывает изменения поляризации секции возбуждения. Резистор 14 ограничивает токи диодов 13 и транзистора 15 при поступлении сравниваемых напряжений.

После окончания процесса сравнения на логический вход 21 поступает отрицательный импульс напряжения, который закрывает транзистор 15. Конденсатор 22 заряжается до

напряжения -гЕк, которое прикладывается к секциям возбул дения и обеспечивает поляризацию их до прежних значений. Длительность этого импульса много больще длительности импульса, поступающего на вход 20, и определяется временем переполяризации секций.

Если в устройстве (фиг. 3) монолитную конструкцию пьезотрансформаторов заменить

отдельными пьезотрансформаторами (фиг. 2), то устройство может работать и в резонансном режиме. В таком режиме управляющие импульсы поступают на вход 20 с частотой, равной резонансной частоте пьезотрансформаторов.

В устройстве сравнения (фиг. 3) асинхронные сигналы представлены отрицательными импульсными напряжениями. Если секции возбуждения пьезотрансформаторов имеют переменную толщину, то устройство может быть использовано как для сравнения амплитуд импульсов напряжения постоянной длительности, так и для сравнения длительности импульсов напряжения постоянной амплитуды.

Устройство с пластинчатыми секциями возбуждения постоянной толщины может сравнивать только длительности импульсов напряжения постоянной амплитуды. Для сравнения амплитуды ас1П1хроиных импульсов напряжения постоянной длительности устройство с секциями постоянной толщины плохо пригодно из-за палпчия гистерезисной зависимости между поляризацией и напряженностью

электрического поля.

Предмет изобретения

1.Устройство сравнения, содержащее элемент сравнения и усилитель-ограничитель, огличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей, повышения точности, исключения механической настройки, элемент сравнения выполнен из двух

пьезотрансформаторов, генераторные секции которых поляризованы в противоположных направлениях, причем входы пьезотрапсформаторов соединены с источниками сравниваемых сигналов, а выходы объединены и подключены на вход усилителя ограничителя.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью сравнения произвольных во времени сигналов, входы пьезотрансформаторов через диоды соединены с генератором возбуждения - восстановления.

°8