Преобразователь функционала переменного напряжения в код Советский патент 1980 года по МПК G06F5/00 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, находящим при. менение в устройствах для преобразования переменного напряжения в код, а также в измерителях переменного напряжения. Известно устройство для измерения напряжения переменного тока, содержащее переключатель, линейный преобразоватапь напряжения в последовательность импульсов с двумя выходами, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобра- зоватвль, блок автоматического управления 1. Однако в указанном устройстве отсутствует возможность итеррации. Недостатком таких устройств является также необходимость обеспечения двойной по сравнению с номинальной, чувствитель ности основного канала преобразования Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ преобразования напряжения в цифровой код путем коррекции результата измерения на величину погрешности, полученную в процессе измерения, где производится обратное преобразование кода в напряжение, которое вновь преобразуется в код и сравнивается с преобразованным значением исходного напряжения и на полученную в дискретной форме величину, погрешности корректируется код полученный в результате повторного преобразования исходного напряжения: вновь преобразуют в напряжение и затем производят многократное повторение цикла измерения с коррекцией до получения кодированного значения исходного напряжения с заданной точностью. Устройство по указанному способу содержит последовательно соединенные переключатель, аналого-цифровой преобразователь, сумматор с памятью и элемент И, входная шина аналого-цифрового преобразователя соединена с его выходной шиной через последовательно-соединенные преобразователь функционала переменного напряжения в постоянное. 3 усилитель и преобразователь напряжение код, аход переюпочатвпя соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выходы блока управления соединены с управляющими входами nepejcraoчатапя, усилителя и преобразоватЕмм напряжение-код 2. Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя. Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий последовательно соединенные переключатель, аналогоцифровой преобразователь, сумматор с памятью и элемент И, входная шина аналого-цифрового преобразователя соединена с его выходной шиной через посл довательно соединенные преобразователь функционала переменного напряжения в постоянное, усилитель и преобразователь напряжение-код, ахоД переключателя со динен с выходом дифроаналогового преобразователя, а выходы блока управления соединены с управл5пощими входами переключателя, усилителя и преобразователя напряжение-код, введены два дополнительных сумматора с память дополнительный элемент И, блок памяти кодов номинального значения функционала преобразуемых напряжений, дополнительный цифро-аналоговый преобразова- тель, блок преобразования обратной функ ции причем выход элемента И через пер вый дополнительный сумматор с памятью соединен с аходами блока преобразования обратной функции и дополнительного цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с компенсационным входом преобразователя функционала переменного напряжения в постоянное, аход блока преобразования обратной функции через дополнительный элемент И соединен с выходом сумматора с памятью, а выход соединен со входом второго дополнительного сумматора с памятью, кодовый аход которого соединен с выходом блока памяти кодов номинального значения функционала преобразуемых напряжений, а выход соединен со аходом цифроаналогового преобразователя. Кроме того, в него введен треггий дополнительный суммматор, вход KQI-Oрого соединен с выходом блока преоб разования обратной функции. На чертеже представлена структурная схема преобразователя функционала переменного напряжения в код. 8 Преобразователь содержит переключател.ь 1, подключенный к аходу аналогоцифрового преобразователя 2 (АЦП), причем входная шина АЦП 2 соединена с его выходной шиной через последовательно соединешгыё преобразователь 3 функционала переменного напряжения в постоянное (ПФ), усилитель 4 и преобразователь 5 напряжение-код. Выходная шина АЦП 2 соединена с входом сумматора 6 с памятью, выход которого соединен с элементами И 7 и 8о Выходы блока управления 9 (БУ) соединены с управляюш.ими входами переключателя 1 усилителя 4 преобразователя 5 напряжение-код и другими входами элементов И 7 и 8. Вход переключателя 2 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 10, аход которого соединен с выходом второго дополнительного сумматора 11 с памятью, кодовьй аход которого соединен с выходом блока 12 памяти кодов номинального значения функционала преобразуемых напряжений. Выход дополнительного цифроаналогового преобразова-t теля 13 соединен с компенсационным аходом преобразователя 3 функционала переменного напряжения в постоянное, а аход - с выходом первого дополнительного сумматора 14 с памятью, другой выход которого соединен со аходом блока 15 преобразования обратной функции (БПоФ), а вход - с выходом элемента И 7. Вход блока 15 соединен с выходом элемента И 8, а выход - со аходом второго дополнительного сумматора 11 с памятью и со входом третьего дополнительного сумматора 1 б с памятью. При преобразовании переменных напряжений необходимо учитывать какой функционал, характеризующий преобразуемое переменное напряжение, является существенным при использовании этого напряжения потребителем. Таким образом может, например, представлять интерес определение следующи.х функционалов:U Б Т i И средневыпрямленкого значения UCK/J H среднеквадратичнсго значения ; пикового значеNvmc s Plh Wния мгновенного знасигн-т1чения при $ (дель та-функцин) Ср , среднего зн ч4ния. где Т - период измеряемого напряжения и - амплитуда измеряемого напряжения, i -г время В преобразователях высокочастотных напряжений используются детекторные диоды со строго экспоненциальной вольт амперной характеристикой, в этом случае образуется функционал типа: ч л г ,Д 9ксп- 5 где К - коэффициент пропорциональност от которого расчетным или аппаратурны способом, как правило, необходимо пере ти к функционалу Как известно, преобразователи того или иного вида функционала переменного напряжения в постоянное, как правило, не обладают достаточной стабильностью функции .преобразования, что вызывает необходимость использования замкнуты уровновешивающнх систем преобразования (например, системы с обратной связью) или систем с коррекцией погре нести преобразователя. При этом минимально возможная погрешность On резул тата преобразования складьшается из двух составляющих: и- цкп-ю- н - погрешность выходного Ц(ЧП-1О напряжения прецизионного первого цифроаналого вого преобразователя, управляемого кодом источника постоянного или переменного напряжения б - погрешность, обусловлен ная неодинаковостью воз действия преобразуемог напряженияУ и выходно го напряжения первого цифроаналогового преоб разователя 10 на преобразователь 3 функцио нала переменного напр жения в постоянное. Как правило, снижение ди/xn-io бирается переменным, низкочастотным или постоянным. Погрешность (Уц , зависящая как от параметров выходного напряжения цифроаналогового пр&образователя 1О, так и от принципа действия преобразователя 3 функционала переменного напряжения в постоянное .может быть сведена к минимуму оптимальным выбором вида выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 10, а также предварительной аттестации преобразователя 3 функционала переменного напряжения в постоянное. Устройство работает следующим обраБлок логического управления 9 управляет входным переключателем 1, элементами И 7 и 8, а также блоком памяти кодов 12, аналого-цифровым преобразователем 2, сумматором 6 с памятью, обеспечивая требуемую очередность и длительность тактов преобразования. Напряжение U) поступает через переключатель 1 на преобразователь 3, на выходе которого . образуется постоянное напряжениегде FvU) - действительная функция преобразования преобразователя 3j )- номинальная (расчетная) функция преобразования преобразователя 3; § - мультипликативная и C2 . аддитивная составляющие погрешности преобразователя 3 в окрест- ности преобразуемого напряжения(Jnj , приведенные к выходу преобразователя 3, Напряжение U усиливается в усилителе 4 и преобразуется преобразователем 5 напряжение-код в цифровой код, который записывается через сумматор 6 с памятью и элемент И 7 в первый дополнительный сумматор 14 с памятью. На выходе дополнительного цифроаналогово- го преобразователя 13 образуется напряжение I близкое по значению к (отличие .- ькзвано лишь погрешностями усилителя 4 преобразователя 5 и дополнительного цифроаналогового преобразователя 13). Поскольку основная доля напряжения скомпенсирована напряжением (44 усилитель 4 и преобразователь 5 напряжешо-код в ходе дальнейших тактов преобразования будут поступать малые разностные напряжения, для повышения точности преобразования на последующих тактах увеличивают коэффициент ;усш1енкя усилителя 4 в 1ОО-1ООО раз. Это позволяет на 1-3 порядка увеличить разрешающую способность устройства при небольшой разрешающей способности преобразователя 5. 7 Разностное напряжение U22 . преобразуется в преобразователе 5 в код N.,,,Fo(UOU4- /.2rU42 A 4i где (5 и. &,- мультипликативная и ajW0тивная составляющие погреш ности усилителя 4 и преоб разователя 5 S Код V4 2. поступает на сумматор 6 с памятью При этом разностное напряжен е содержит значительную долю шумов И; помех Для устранения их влияния преобразователь 5 совершает многократ:шые преобразования, результаты которых усре ншотся в сумматоре с памятью 6. Усред ненный код ,N0,2 поступает через элемент И 7 на первый дополнительный сум матор 14 с памятью, корректируя записа ное ранее значение кода. В результаоге этого, напряжение на выходе дополнитвпь ного цифроаналогового преобразоватЕзля 13 . больше приближается к вы ходному напряжению преобразователя 3, Остаточную разность можно аналогичным образом преобразовать и суммировать в сумматорах 6 и 14 до достижения необходимой точности компенсации (окончательную разность U22-U rUl -считаем равной нулю, т.е. U42.r Uo 1 ; Теперь на вход преобразователя 3 че- раз переключатель ахода подается напряжение от цифроаналогового преобразова- теля 10, имеюш.ее значение U опреде- ленное кодом N, ; Код N« представляет номинальное (расчетное) значение функционала переменного напряжения и поступает из блока 12 памяти кода. При этом, на вьи.оде преобразователя 3 образуется напряже- ни:е U.,,--Fo(U,,1(-i+cynte2 -U, которое, пройдя усилитель 4 и преобразо ватели 5, образует код ...,(1.а;,г,, который дли подавления помех может усредняться в сумматоре б. Усредненный код Nlj поступает через дополнитель:ный элемент И 8 на аход блока 15 преобразования обратной функции. Блок 15 преоб разования обратной функции управляется дополнительно кодом, накопленным в сумматоре 14, В блоке 15 представляющем собой преобразователь кода с пшиятью, в рой записана обратная фушсция -4(Ne,1, ее производная 6 и - напряжение на входе преобразователя 3| N - код в сумматоре 14 (вырабатывается поправочный код): .(, (здесь и далее не рассматриваем аддитивную погрешность усилителя 4 и преобразователя 5, так как она может быть определена дополнительным шагом преобразования, а значение погрешности может быть записано либо в сумматор 6, либо в сумматор 14, благодаря чему ее влияние может быть скомпенсировано). Теперь в сумматоре 11 образуется скорректированный код (( На выходе цифроаналоговогО преобразо ателя Ю возникает напряжениеU j - г, которое преобразуется в преобразователе 3, образуется разность с напряжением 1). к преобразуется в код на выходе преобразователя 5 напряжения-код: Sv o N iH -cTp rf VyU HI-cy. .KN.-u) (УдНбр.б;, ) dFo/c3Ui Этот код проходит через блок 15: (1(Гр(УдХ(р-сУд-) Теперь в сумматоре 11 o6pia3yeTC9 новый скорректированный результат преобразования:,Ни,-и Кб г4сУА Продолжая циклы преобразования аналогичным образом, можно показать, что погрешность преобразования (отличие накопленного в сумматоре 11 кода от значения и ) равна -(- Vrf/( где VI - число шагов итеррации. Относительная погрешность этого кода: равна: Сиц-инО((.-) (например, если 0,1 ) а число циклов итеррации равно 4, то реультирующая погрешность будет иметь начение 0,1x0,1 О,ОО1%). Если преобразованию подлежит напряжение с неизменным априори значением ункционала , то на первом-такте преобразования на вход преобразователя ерез переключатель подают напряжение , которое аналогично вышеописанному устанавпива1ет напряжение на выходе дополнительного цифроаналогового преобразователя 13, а по коду на выходе цифроаналоговогч преобразователя 13 на первом также при помопщ блока .15 определяется исходное значение кода ц управле ния цифроаналогового преобразования iO, после чего процесс итеррации происходит аналогичным образом. Введение в устройство новых узлов выгодно отличает предлагаемый преобразователь функционала переменного напряжения в код от известного, так как атим достигается реализация работы преобразователя при существенно нелинейной .передаточной характеристике прямой цепи преобразования. В результате будет повышено быстродействие преобразования переменного напряжения в код, что увеличивает сферу применения преобразователя и позволяет повысить производительность труда. Формула изобретения 1, Преобразователь функционала переменного напряжения в код, содержащий последовательно соединенные переключателЬ| аналого-цифровой преобразователь, сумматор с памятью и элемент И, аход- ная шина аналого-цифрового преобразователя соединена с его выходной шиной через последовательно соединенные преобра зователь функционала переменного напряже ния в постоянное, усилитель и преобразователь напряжение-код, вход переключатеття соединен с выходом цифроаналогового преобразоватепя, а выходы блока уп73s равления соединены с управляющими входами переключателя, усилителя к преобразователя напряжение-код, отличающийся тем, что, с целью повышения б гстродействия введены два дополнительных сумматора с памятью, дополнительньп элемент И, блок памяти кодов номинального значения функционала, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, блок преобразования обрат- ной функции, причем элемента И через первый дополнительный сумматор. с памятью соединен с входами блока преобразования обратной функции и дополнительного цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с компенсационным входом преобразователя функционала пере- Meiraoro напржкения в постоянное, вход бпо ка преобразования обратной функции через дополнительный элемент И соединен с выходом сумматора с памятью, а выход соединен со входом второго дополнительного сумматора с выходом блока памяти кодов номтгального значения футпсционала преобразуемых напряжент а выход соединен со входом цифроанапогового преобразователя. 2. Преобразователь по п. 1, о т л ичающийся тем, что в него введен третий дополнительный сумматор, вход которого соединен с выходом блока преобразования обратной функции. Источ1шки информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР № 209581, кл, GOITI 19/О2, 1966. 2„ Авторское свидетельство СССР .№ 219290, кл, СзОб F 5/ОО, 1967.