Преобразователь сигнала в его среднее значение Советский патент 1980 года по МПК G01D1/08 G01D5/244 

Изобретение относится к автомати ке и измерительной технике и может быть использовано, например, в адап тивных системах управления для преобразования напряжения в его средне значение на фиксированном временном интервале или в интеграторах с изменяющимися в широком диапазоне постоянными интегрирования. известны преобразователи сигнала в его среднее значение 1 , содержа щие интегрирующие цепочки, выходы которых подключены к суммирукяцему магнитному усилителю. Преобразовате работает в качестве датчика напряже ния фиксированной частоты и непригоден для преобразования сигналов плавно изменяющегося уровня с переменным временем интегрирования. Выходной сигнал интегратора може быть записан в виде: i , U у Х.ср, гдеТГаКС - постоянная интегрировани - временной интервал интегрирования, Uj( - среднее значение преобразуемого напряжения в интервале Т. Из формулы (1) видно, что только при const преобразуемое напряжение равно UXCP Известны преобразователи 2 с переменной постоянной времени интегрирования, которые содержат интегратор с изменяемой внeшни ш устройствами величиной обратной связи, определяющей постоянную интегрирования. Преобразователь позволяет непрерывно интегрировать входную величину в пределах больших.постоянных времени интегрирования . К недостаткам преобразователя относятся необходимость применения внешних устройств для изменения величины обратной связи, а также неширокий диапазон его работы, обусловленный применением интегратора с большой постоянной интегрирования, а следовательно, инерционностью. Прототипом изобретения является преобразователь 3 , содержащий формирователь коммутирукяцих импульсов, формирователь запаздывающих импульов, соединенный с управляющим входом ереключателя, выход которого соедиен со входом интегратора, датчик икла, соединенный с ключом на входе реобразователя и блоком записи и ранения информации. Преобразователь существляет поочередное интегрироваие сигнального и опорного напряжеий и преобразование временных интералов, определяемых моментами равентва нулю напряжений интегратора, в числовой эквивалент среднего значения напряжения в пределах цикла преобразования, задаваемого периодом коммутирующего напряжения.

Недостатком преобразователя являетСя неширокий диапазон его работы, обусловленный стабильностью интервала преобразования и дискретностью преобразования.

Цель изобретения - расширение диапазона работы преобразователя.

Эта цель достигается тем, что в преобразователь введены сумматор, элементы И,дополнительный интегратор и ключи, причем вход дополнительного интегратора соединен с инверсным выходом переключателя, выходы интеграторов через сумматор подключены к информационному входу блока записи и хранения информации. Выходы формирователя коммутирующих импульсов соединены со входами формирователя запаздывающих импульсов и одними входами элементов И, к другим входам которых подключены соответствующие выходы формирователя запаздывающих импульсов. Выходы элементов И соединены с управляющими входами ключей, включенных в разрядные цепи соответствующих интеграторов и соединенных с управляющими входами блока записи и хранения информации.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя.

.-Преобразователь содержит формирователь 1 ком1-1утирующих импульсов, подключенный через формирователь 2 запаздывающих импульсов к управляющему входу переключателя 3, прямой и инверсный выходы которого соответственно соединены через интеграторы 4 и 5,,основной и дополнительный, с входом сумглатора 6, соединенного с входом блока1 7 записи и хранения информации . Прямой выход формирователя 1 колрутирукнцих импульсов и инверсный выход формирователя 2 запаздывающих импульсов подключены ко входам элемента И 8, а инверсный выход формирователя 1 и прямой выход формирователя 2 - ко входам элемента И 5. Выходы элементов И 8 и 9 подключены к управляющим входам ключей 10 и 11, включенных в разрядные цепи интеграторов 4,5.

Выход датчика 12 цикла преобразования соединен со входом выдачи информации блока 7 записи и хранения информации.

Блок записи и хранения информации может быть выполнен в виде аналогоцифрового блока (см. прототип) или, например, в виде блока аналоговой памяти (см. чертеж), включающего ключи записи 13 и выдачи 14 информации, буферные усилители 15 и 16, конденсатор 17 и логический элемент ИЛИ-НЕ 13. Выходы датчика 12 информации 7 и входом устройства - ключом 19, подключающим источник преобразуемого сигнала к преобразователю (не показан).

Преобразователь работает следующим обоазом. . .

Из напряжения опорной частоты fo (например, напряжения промышленной сети, так как особых требований к стабильности частоты не предъявляется) формирователь 1 коммутирующих импульсов вырабатывает импульсы со скважностью Q-2, которые задерживают в формирователе 2 на время тг, равное времени разряда интегратора. Наиболее просто формирование задержанных импульсов можно осуществить из того же напряжения опорной частоты fQ, но на другом, чем в формирователе 1, уровне, если опорное напряжение U является,например, синусоидальным.

Датчик 12 цикла преобразования через ключ 19 подключает источник преобразуемого сигнала ко входу переключателя 3, и сигнал и поступает на вход интегратора 4 или 5 в зависимости от наличия или отсутствия управляющего импульса на выходе формирователя 2 запаздывающих импульсов. Перед началом интегрирования каждый из интеграторов разряжается через соответствующий ключ 10 или 11, который управляется логическими элементами И 8 (или 9). Элемент И 8 управляет интегратором 5 в моменты его разрядки, соответствующие наличию ког.-мутирующего импульса -на выходе формирователя 1 и отсутствию запаздывающего импульса на выходе формирователя 2, производящего подключение данного интегратора, а элемент И 9 - по той же цепи интегратором 4 в моменты отсутствия коммутирующего импульса и наличия запаздывгиощего импульса на обоих его входах, т.е. в момент, предшествующий включению интегратора 4. Интеграторы 4 и 5 поочередно подключаются для интегрирования входного сигнала U через переключатель 3 и производят интегрирование входного сигнала в соответствии с выражением (1) в пределах длительности импульса и паузы Т ц формирователя 2 запаздывающих импульICOB, т.е. непрерывно. Полный цикл интегрирования, задаваемый сигналом 5 датчика 12, разбивается таким образом

на конечную сумму дискретных значений длительностей импульсов и пауз коммутирующего напряжения, в пределах которых производится непрерывное интегрирование входного сигнала U, пол,ный интеграл которого в интервгше времени Тц, задаваемом датчиком 12 цикла, определяется выражением: Т„ щ. + . . .+U. :)с,. , V После окончания цикла интегрирования соответствующий интегратор переводит ся в режим Пс1мяти уровня интегрированного напряжения, соответствующего моменту размыкания подвижного контак та переключателя. Интегрирование тем временем происходит в другом интеграторе, а значение интегрированного напряжения предыдущего цикла суммируется в сумматоре б с текущим значением интегрированного напряжения. Запись интегрированного сигнала в блок 7 записи и хранения информации происходит непрерывно или периодичес ки, например, с помощью элемента ИЛИ-НЕ 18, управляющего ключом 13 за писи, который подключает вход буферного усилителя 15, имеющего низкое входное сопротивление, к сум атору 6 и заряжает конденсатор 17 в короткое время,который при наличии высокого выходного сопротивления усилителя 15 может длительное время сохранять сво заряд. При новом заряде конденсатора происходит сугФ ирование данного значения напряжения со значением предыдущего цикла записи, т.е. реализуется выражение 2. После окончания цикла преобразования датчик 12 выдае сигнал, по которому включается ключ 14, и записанное и сохраненное значение и Ср. через буферный усилитель 16 выдается внешним потребителям. Датчик цикла тем же сигналом производит отключение ключа 19, заканчивая тем самым процесс интегрирования Уход постоянных времени интегрирования -г, , и Cj, . за время Т ц мал, а поскольку каждый раз

происходит разряд интегратора, ошибка не накапливается. Преобразователь применим в широком диапазоне временных интервалов усреднения Тц (0,1500с:) и его погрешность (не более 2% UCP) от времени усреднения не зависит , Фор1.1ула изобретения Преобразователь сигнала в его среднее значение, содержащий формирователь коммутирующих импульсов, формирователь запаздывающих импульсов, соединенный с управляющим входом переключателя, выход которого соединен со входом интегратора, датчик цикла, , соединенный с ключом на входе преобразователя и блоком записи и хранения информации, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона работы преобразователя, в него введены сумматор,элементы И, дополнительный интегратор и ключи, причем вход дополнительного интегратора соединен с инверснь1м выходом переключателя, ВЕЛСОДЫ интеграторов через сумматор подключены к информационному входу блока записи и хранения информации, выходы формирователя коммутирунедих импульсо)з соединены со входами формирователя запаздывающих импульсов и одними входами элементов И, к другим входам которых подключены соответствующие выходы формирователя запаздывающих импульсов, выходы элементов И соединены с управляющими входами ключей, подключенных в разрядные цепи соответствующих интеграторов, и с управляющими входами блока записи и хранения информации . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шапило В.П. Автоматизированный вентильный электропривод. М., Энергия, 1969, с. 189-197. 2.Аналоговые запоминающие адаптивные элементы. Под. ред. Б.С.Сотскова, 1973, с. 142-144. 3.Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразовательные приборы, 1973, с. 185-186 (прототип).