Аналого-частотный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к аналогочастотным преобразователям, реализукяцим операцию извлечения квадратного корня из функции аналоговых вход- 5 ных сигналов, и может быть использовано для вычисления текущего значения и цифрового интегрирования массового расхода газа.

Известен преобразователь, реали- Ю зующий операцию извлечения квадратного корня из функции двух аналоговых входных сигналов, содержащий интегратор первого входного сигнала (интегрирующий конденсатор), порого- 15 вое устройство, вход которого соединен с выходом интегратора, амплитудный компаратор, два эталонных конденсатора, первые соединенные выводы которых через резистор подключены к 20 источнику питания и к первому входу компаратора, а вторые выводы через разделительные диоды подключены к интегрирующему конденсатору,фильтр, вход которого через разделительный 25 диод подключен к второму выводу второго эталонного конденсатора, а выход последовательно с источником второго сигнала подключен к второму входу компаратора, триггер, первый вход 30

которого подключен к выходу порогового устройства, а второй вход - к выходу компаратора, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом триггера, а выходные контакты включены между соединенными выводами эталонных конденсаторов и общей шиной 1 .

Этот преобразователь работает по принципу периодического заряда интегрирующего конденсатора входным сигналом и дополнительным количеством электричества, формируемым как произведение емкости первого эталонного конденсатора на напряжение второго входного сигнала, и периодической компенсацией этого заряда количеством электричества, формируемым как произведение емкости второго эталонного конденсатора на сумму напряжений второго входного сигнала и выходного аналогового сигнала, пропорционального выходной частоте преобразователя и напряжению второго входного сигнала.

Преобразователь формирует два выходных сигнала: частотно-импульсный пропорциональный квадратному корню из отношения входных сигналов, и аналоговый, пропорциональный квадратному кй)М(о из произведения входных сигналов.

Раа;1ичный характер функциональной зависимости выходных сигналов от входных ограничивает функциональные возможности преобразователя, так как эти сигналы нельзя одновременно использовать для вычисления текущего значения функции входных сигналов и для цифрового интегрирования этой функции путем прямого подсчета количества выходных импульсов. Поэтому указанный преобразователь не может, в частности, использоваться для одновременного вычисления текущего значения массового расхода газа и для цифрового интегрирования расхода - определения количества газа.

Цель изобретения - расширение функционгшьных возможностей аналогочастотного преобразователя.

Это достигается тем, что в аналого-частотный преобразователь, содержащий интегратор первого входного сигнёша, первый вход которого соединен с первой входной шиной, а выход с входом порогового устройства, вход которого соединен с выходом этого интегра,тора, амплитудный компаратор, триггер, первый вход которого соединен с выходом порогового устройства, а второй вход - с выходом амплитудного компаратора, первый ключ, первый вход которого соединен с первым выходом триггера, и фильтр, введены генератор этгшонного тока, формирователь импульсов постоянной длительности, интегратор второго входного сигнала и второй ключ, причем второй вход первого ключа соединен с выходом генератора эталонного тока, а выход - со вторым входом интегратора первого входного сигнала, второй выход триггера подключен к входу второго ключа, выход формирователя импульсов постоянной длительности соединен со входом 4 ильтра и с первой выходной шиной, выход фильтра подключен к первому входу амплитудного компаратора и ко второй выходной шине, выход интегратора второго входного сигнала соединен с вторым входом амплитудного компаратора, а первый и второй входы - соответственно с второй входной ишной непосредственно и через второй ключ с общей шиной.

В предлагаемом преобразователе компенсация заряда конденсатора интегратора первого входного сигнала производится импульсом тока постоян ной амплитуды и переменной управляемой длительности,прямо пропорциональ ной выходной частоте преобразователя и обратно пропорциональной второму входному сигналу. При этом выходная частота преобразователя и напряжение аналогового выходного сигнала будут

иметь одинаковые функциональные зависикюсти от входных сигналов.

На чертеже представлена функциональная схема аналого-частотного преобразователя.

Преобразователь содержит интегратор 1 nepBOt o входного сигнала, пороговое устройство 2/ вход которого соединен с выходом интегратора 1,амплитудный компаратор 3, триггер 4, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам порогового устройства 2 и амплитудного компаратора 3, первый ключ 5, управлякиций вход которого соединен с первым выходом триггера 4, генератор 6 эталонного тока, формирователь 7 импульсов постоянной длительности, интегратор 8 второго входного сигнала, второй ключ 9 и фильтр 10.

Вход формирователя 7 и управляющий вход ключа 9 соединены с вторым выходом триггера 4, выход формирователя - с входом фильтра 10 и с часTpTHbiM выходом преобразователя, а вь1ход фильтра - с аналоговым выходом преобразователя.

Выходные контакты ключа 5 включены между выходом генератора 6 тока и общей точкой КС-цепи интегратора 1, а выходные контакты ключа 9 между общей точкой RC-цепи интегратора 3 и общей шиной. Первый вход компаратора 3 подключен к выходу фильтра 10, а второй вход - к выходу интегратора 8.

Преобразователь работает следующим образом.

Б исходном состоянии триггер 4 находится в положении, при котором ключ 5 разомкнут, а ключ 9 замкнут. При замыкании ключа 9 устанавливаются нулевые начальные условия в интеграторе 8.

Первый входной сигнал интегрируется интегратором 1. Когда выходной сигнал интегратора достигает напряжения, соответствующего порогу срабатывания устройства 1, последнее срабатывает, переводя триггер 4 в положение, при котором ключ 5 замыкается подключая генератор эталонного тока б к конденсатору интегратора 1, а ключ 9 размыкается, вызывая при наличии второго входного сигнала функционирование интегратора 8. Одновременн в момент переключения триггера срабатывает формирователь 7, в результате чего на вход фильтра 10 и на частотный выход преобразователя поступает нормированный по амплитуде и длительности импульс, а на выходе фильтра появляется напряжение, подаваемое на первый вход компаратора 3 и на ангшоговый выход преобразователя.

Начинается процесс формирования разрядного импульса, вызывающего изменение направления интегрирования; интегратора 1. Амплитуда тока разрядного импульса определяется эталонным током генератора б и выбирается боль шей максимёшьного значения тока заря да конденсатора интегратора 1. Длительность разрядного импульса после окончания переходного процесса в пре образователе определяется временем возрастания выходного сигнала интегратора 8 до напряжения срабатывания компаратора 3, соответствуиадего напряжению на выходе фильтра, согласно выражению o-о вьк iBbi Pi/TgUa.- и ВХ7 где Уд , IQ соответственно гилплитуда и длительность норми рованного импульса формирователя;ьыч. выходная частота преобразователя;Т2 - постоянная времени инте рирования интегратора 8 и - выходной сигнал интегра тора 8. При срабатывании компаратора 3 триггер 4 переключается в исходное состояние, при котором ключ 5 размы кается, отключая от интегратора 1 генератор 6, а ключ 9 Зс1мыкается, у танавливая нулевые начальные услови в интеграторе 8. При наличии сигналов на входах интеграторов 1 и 8 процесс периодически повторяется. Выходная частота преобразователя в установившемся состоянии определя ется выражением ; т / « Jptp - входной сигнал интеграт ра 1, R - сопротивление RC-цепи интегратора 1 р Др - соответственно амплитуда тока и длительность разрядного импульса. С учетом выражения (Г) выходная частота и напряжение выходного аналогового сигнала преобразователя им ет соответственно следующие функцио нальные зависимости: . ,. „ Следовательно, выходная частота напряжение аналогового выходного сигнала преобразователя прямо проп циональны. В качестве первого входного сиг ла преобразователя может использоваться электрический сигнал, пропорциональный перепаду давления газа, в качестве второго сигнгша - электрический сигнал, пропорциональный абсолютному давлению газа, а в качестве сопротивления RC-цепи второго интегратора - последовательно включенные параметрическое сопротивление термометра сопротивления и нормирующее сопротивление, пропорциональные абсолютной температуре газа. Тогда напряжение ангшогового выходного сигнала преобразователя будет соответствовать текущему значению массового расхода газа, а после подсчета количества выходных импульсов частотного сигнала получится интегральное значение расхода - количество газа. Таким образом, при помощи одного преобразователя обеспечивается возможность вычисления сразу двух параметров расхода газа, что расширяет функциональные возможности предлагаемого преобразователя по сравнению с известными устройствами. Формула изобретения Аналого-частотный преобразователь, содержащий интегратор первого входного сигнала, первый вход которого соедивен с первой входной шиной, а выход - с входом порогового устройства, амплитудный компаратор, триггер, первый вход которого соединен с выходом порогового устройства, а второй вход - с выходом амплитудного компаратора, первый ключ, первый вход которого соединен с первым выходом триггера, и фильтр, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены генератор эталонного тока, формирователь импульсов постоянной длительности, интегратор второго входного сигнала и второй ключ, причем второй вход первого ключа соединен с выходом генератора эталонного тока, а выход - со вторым входом интегратора первого входного сигнала, второй выход триггера подключен к входу второго ключа, выход формирователя импульсов постоянной длительности соединен со входом фильтра и спервой выходной шиной, выход фильтра подключен к первому входу амплитудного компаратора и ко второй выходной шине, выход интегратора второго входного сигнала соединен с вторым входом амплитудного компаратора, а первый и второй входы - соответственно с второй входной шиной непосредственно и через второй ключ с общей шиной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Баранов Л.А. и др. Конденсаторные преобразователи в автоматике и системах управления. М., Энергия, 1969, с. 44-45 (прототип).