Адаптивный измерительный преобразователь Советский патент 1977 года по МПК G01D5/14 

1

Адаптивный измерительный преобразователь относится к вычислительной технике и предназначен для использоваьшя в канале информационно-измерительной системы в качестве измерительного преобразователя с автоматическим переключением уровней компенсации входного сигнала и автоматической установкой коэффициента усиления для преобразования входного сигнала в унифицированный сигнал напряжения.

Известен преобразователь, в котором с целью автоматического определения и стабилизации диапазона амплитуд стационарны сигналов, осуществляется автоматическое переключение коэффициента усиления усилителя постоянного тока.

Такой преобразователь содержит усилитель постоянного тока, цифровое управляемое сопротивление, включенное в цепь отрицательной обратной связи усилителя, реверсивный счетчик, выходами подключенный к управляющим входам цифрового управляемого сопротивления, и управляемый генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к счетному входу реверсивного

счетчика. Недостатком такого преобразователя является низкая точность преобразования сигналов.

Известен адаптивный измерительный преобразователь, содержащий реверсивные счетчики, вход первого из которых соединен с первым выходом управляемого генератора тактовых импульсов, а его выход является первым выходом преобразователя и через

цифро - аналоговый преобразователь соединен с первым входом операционного усилителя с цифровым управляемым сопротивлением в цепи обратной связи, управляющий вход которого подключен к выходу второго

реверсивного счетчика и второму выходу преобразователя, выход операционного усилителя является третьим выходом преобразователя, а его второй вход - входом преобразователя. Недостатком такого преобразователя является снижение точности при повышении скорости изменения измеряемого сигнала.

Предлагаемый адаптивный измерительный преобразователь отличается тем, что,

с целью повышения точности, он содержит дешифратор, частотные компараторы, блок сравнения и блок управления, выход которого соединен со входом второго реверсивного счетчика, а входы подключены соответ ственно к вь ходам первого и второго частотных компараторов и выходу второго реверсивного счётчика, вход блока сравнения подключен к выходу операционного усилителя, а eFo выход соединен со входами первого реверсивного счетчика а упра аляемого генератора тактовых импульсов, второй выход которого через nepei частотный компаратор соединен со входом второго частотного компаратора, вход деши атора подклю чен к выходу второго реверсивного счетчнка. а его выход соединен со входом первого реверсивного счетчика. На чертеже предстаблена блок-схема адаптйвиого измерительного преобразователя. Адзптивиьп измерительный преобразователь содержит операдионный усилитель (ОУ) 1, цифровое управляемое сопротивление 2, являющееся сопротивлением обратной связн усилителя 1 и прэдставлякмдее собой безнн няонный или слабоииерийонный управляемый двухполюсник, акт{св{юе сопротнвлвнве которсмго меняется даскрэтйо в зависимостн от иоаоеой комбинации, поданной на его управляющие входы, первый реверсквный счетчнЕ 3, - аналоговые преобразователь (ЦАП) 4, управляемый генератс тактовш импуиьсоз (ГТИ) 5,второй реверсивный счетчик 6, блок сравне1Гна 7, первый частотный компаратор 8« блок упраэления 9, BTopi чагтот{{ый компаратор Ю, деш 1фратор 11. Выход первого рев рсивиого счвтчвЕа о&означек 12, въкод второго реверсвввшо счетчика - 13, связанные с внешним вычислитвльиым устройством, два вхо да 14 усилителя 1, на которые подается v вхоанс измеряемый: сигнал, н выход 15 усшшташз 1, связанный с внешним измерительным устройством; Преобразователь работает . образом. Операционный усилитель 1 преоб{ азует напряжение входного с(гнала в унифицированный сигнал напряжения; с постоянным динамическим диапазоном, ограниченным за даннымипределами. С выхода ОУ 1 сигнал поступает на блок сравнения 7, который aa пускает управляемый ГТИ 5, есла сигнал вышел за (Пределы динамического диапазона ОУ. Импульсы управляемого ГТИ 5 поступайуг на счетный вход второго реверсивного счетчика 6, который работает либо в режиме Сложения, либо в режиме вычитания , соответственно, сигнал перешел верхНИИ или нижний предел динамического диапазона ОУ 1. Режимом работы второго реверсивного счетчика.6 управляет блок сравнения 7. Двоичный код, записанный во втором реверсивном счетчике 6, управляет ключами ци(} ро-ан)алогового преобразователя 4, на выходе которого образуется ступенчатое компенсирующее напряжение,: зависи1С1оё сут поступающего на его управляющие входы кода. На входе ОУ .1 происходит сложение напряжения входного сигнала с напряжением отриа1з№едьнрй о атной Ьвязи напрАженнем нЪмпенсации f U ). Импульсы управляемого генератора тактовых импульсов 5 ::ос тупают;на второй реверсивный счетчик 6 до тех пор, пока сигнал на выходе ОУ 1 не окажется в заданном динамическом диапазоне изменения, при этом блок сравнения 7 .останавливает управляемый ГТИ 5. Информация: об установленном уровне компенсируюшего напряжения в цифровом виде вьшодится с выхода 13 второго реверсивного счетчика 6 на внешнее вычислительное устройство. Последовательность импульсов со второго выхода управляемого ГТИ 5, где каждый нмпульс соответствует либо подключенному, либо отключенному уровню напряжения компенсации, поступает на вход первого частотного компаратора 8, который следит за периодом следовання этих импульсов. В частотном компараторе 8 с помощью ждущих мультивибраторов задаются време шле интервалы Т и Т. , причем X При поступлении импульсов на вход частотного Компаратора 8 с периодом следования Т-гТ или Т Tj , где Т и Тд -временные интервалы, равные предельным эвачениям допустимого диапазона нзменення периодов (частот) последовательности поступающих нкшупьсов, на его выходе появится нмпульс, поступакщшй через блок управления 9 на шину сложения (Тх Т) нли на шину вычитания (Т Т) первого реверсовного счетчика 3. Между первым реверсивным счетчиком 3 и блоком управления 9 существует обратная связь. Есля в реверсивном счетчике 3 на всех выходных шинах (ПОЯВЯТСЯединицы, блок упрешления 9 запрещает подачу импульсов с первого частотного компаратора 8 на шину оюжения первого реверсивного счетчика 3. Пра появлении на выходах реверсивного счетчика 3 нулей блок управления 9 подает запрет на вычитающий вход первого реверсивного счетчика 3. Двоичный код первого реверсивного счетчика 3 управляет ключами цифрового упрааляемого сопротивления. -2, изменяя его активное сопротивление в зависимости от зна чения поступающего кода,т.е. осуществляется автоматическое переключение коэффициента .усиления ОУ 1. Если скорость нарастания входного сигнала такая, что частота переключения ступенек компенсируюшего напряжения возрастает до значения, при котором первый частотный компаратор всрабатыйает (ТХ Т), то в первый ревер сивный счетчик 3 добавляется единица и ко эффициент усиления ОУ 1 уменьшается. Сле довательно, входной диапазон ОУ 1, равный отношению его выходного диапазона к коэф фициенту усиления, расширяется, частота переключения уровнейкомпенсирующего нап ряжения уменьшается, а точность преобразования увеличивается, так как сокращается частота появления интервалов времени, на которых измеряемый сигнал искажается изза возйикаюшего переходного процесса в ОУ 1 при подключении или отключении ступеньки компенсирующего напряжения. При изменении коэффициента усиления ОУ 1, то ,есть при изменении его входного диапазоал, требуется изменить.величину единичной ;ступеньки компенсирующего напряжения цифро-аналогового преобразователя 4 для того чтобы степень компенсации при |подаче единичной ступеньки компенсирующего наираже ния на .вход-ОУ 1 для всех его входных диапазоне была одинаковая. Это осузпествляется путем изменения разрядности второго реверсивного счетчика 6. Сигнальа управления на изменение разрядности второго реверсивного счетчика 6 поступают из дешифратора 11, кот.орый связан с выходами реверсивного счетчика. Вывод информадив об установленвом коэф шдиенте усиления осуществляется с выхода 12 яервого реверсивного счетчика 3, связанного с .внешним вычислительным устройством. Второй частотный компаратор Ю трабует-ся для Tjoroi чтобы зафиксировать и устранить возвратные переключения коэффициента усиления ОУ 1.. Вход частотного компаратора 10 соединен с одним из выходов частотного компаратора 8, с тем.выходом, импульсы с которого через блок управления 9 подаются на шину сложения первого реверсивного счетчика 3. Частотный компаратор 1О следит за тем, |Чтобы величина периода . пеступаю.щих на его вход импульсов была больше некотороjro заданного,значенияTj. При Т Т j частотный компаратор 1О вырабатывает Сигнал, который подается на блок управления 9, запрещающий подачу импульсов с первого-частотного компаратора 8 через блок управления 9 на вычитающую шину первого реверсивного счетчика 3. В течение времени действия этого сигнала Т4 Коэффициент усиления ОУ 1 может измениться только в сторону уменьшения. По истечениивремени действия запрещающего сигнала блок управления 9 продолжает работать в прежнем режиме. Таким образом/предлагаемый адаптивный измерительньй преобразователь автоматически перестраивается (адаптируется) в .зависимости от величины и {скорости нарастания входного сигнала, |автоматически выбирая в переключая уровни компенсируюшего напряжения и коэффициента усиления ОУ 1 и, тем самым, повышает точность преобразования в канале информационно-измерительной снстемы. Формула изобретения Адаптивный измерительный преобразователь, содержащий реверсивные счетчики, вход первого из которых соединен с первым выходом управляемого генератора тактовых импульсов, а эго выход является первым выходом преобразователя и через цифро-аналоговый преобразователь соединен с первым входом операционного усилителя с цифровым управляемым сстротшзлением в цепи обратной связи, управляющий вход которого подключен к выходу второго реверсиБРюго счетчгка к второму выходу преобразователя, выход опвраннонного усилителя является третьим выходом преобразсжателя, а его i второй вход - входом преобразователя, о т- личаюшийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит дешифратор, частотные компараторы, блок сравнения к блок управления, выход которого соединен со входом второго реверсивного счетчика, а входы подключены соответственно к выходам первого и второго частотных компараторов и выходу второго реверюивного счетчи- ка, вход блока сравнения подключен к выходу операционного усилителя, а его выход соединен со входами первого реверсивного счетчика и управляемого генератора тактовых импульсов, В1Орой выход которого через первый частотный компаратор соединен со входом второго частотного компаратора, вход дешифратора подключен к выходу второго реверсивного счетчика, а его выход сое.цинен со- входам первого реверсивного счетчика.