Устройство для преобразования сигнала мостового датчика в частоту Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 G01G13/14 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения неэлектрических величин.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, компаратор, ключ, триггер, элемент совпадения, в котором выходной частотный сигнал образуется в результате накопления измеряемого напряжения на интеграторе с помощью опорного напряжения за стабильный интервал времени .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для преобразования электрических сигналов мостовых датчиков в частоту,содержащее мостовой датчик, масштабный усилитель, интегратор,суммирующий усилитель, компаратор, источник питания, источник опорного напряжения, преобразователь код-аналог, делитель частоты, схему совпадения, генератор импул1 сов и счетчик. В этом устройстве преобразователь код-аналог обеспечивает п уровней сравнения на одном из входов суммирующего усилителя, на два других входа которого подаются сигналы с выхода интегратора и с выхода источника

опорного напряжения. В момент равенства указанных сигналов суммирующий усилитель через компаратор и схему совпадения разрешает прохождение импульса с генератора на делитель часторы и счетчик. Делитель частоты переключает источник питания датчика с частотой в п раз меньшей выходной частоты. Таким образом, в известном 10 устройстве датчик питается прямоугольнь1м напряжением, частота которого изменяется{2J.

t

Недостатком известного устройства является изменение в большом диапазоне частоты питания датчика, что увеличивает влияние распределенных паразитных емкостей самого датчика и линии связи между датчиком и преобразователем, которые вызывают переходной процесс напряжения питания. Влияния фронтов питающего напряжения наиболее сильно проявляются при увеличении выходной частоты. 25 Цель изобретения - повышение точности преобразования в широком динамическом диапазоне входных сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в 30 частоту, содержащий мостовую схему.

енератор частоты, выход которого оединен с первым входом элемента овпадения и счетйым входом триггера, ыход которого соединен с вторым вхоом элемента совпадения и управляюим входом ключа, который своим информационным входом соединен через первый резистор с одной из вершин диагонали питания мостовой схемы, а выходом через интегратор соединен со входом основного компаратора, а также усилитель, выход которого соединен через второй резистор со входом интегратора, а входы усилителя соединены с измерительной диагональю схемы, и источник питания, выход которого через переключатель соединен с мостовой схемой, введены (п + 1) формирователей, п компараторов , управляемый делитель частоты и делитель напряжения с п выходами, входы которого соединены с диагонаЛ|.ю питания мостовой схемы, а п выходов соединены с первыми входами . Дополнительных п компараторов, вто;рые входы которых соединены между собой и с выходом усилителя, а выходы п компараторов соединены первыми входами п формирователей, другие входы которых соединены между собой с первым входом (п + 1)-го формироватедя и вершиной диагонали питания мостовой схемы, причем выходы п формирователей соединены с управляющими входами управляемого делителя частоты, счетный вход которого соединен с выходом триггера,.а выход соединен с управляющим входом переключателя, при этом второй вход (п 4- 1)-го формирователя соединен с выходом основного компаратора, а выход с установленным входом триггера.

При этом каждый формирователь образован двумя инверторами и тремя элементами совпадения, первый элемент из которых первым входом через первый инвертор соединен с первым входом формирователя и с первым входом второго элемента совпадения, второй вход которого через второй инвертор соединен со вторым входом формирователя и вторым входом первого элемен.та совпадения, а выходы двух первых элементов совпадения соединены со входами третьего элемента совпадения, выход которого является выходом формирователя.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы изменения напряжения на выходах переключателя (а), усилителя (б), интегратора (в).компаратора (г) и формирователя (д) .

Устройство преобразования сигнала мостового Датчика в частоту содержит источник питания 1 (фиг.1),переключатель 2, мостовую схему 3, усилитель 4, резисторы 5 и б, ключ 7, интегратор 8, основной компаратор 9, триггер 10, генератор 11, элемент 12 совпадения, делитель 13 напряжения с п выходами, п дополнительных компараторов 14.-16, (п + 1) дополнительных формирователей 17-20, правляе мый делитель 21 частоты. -.

Каждый формирователь содержит(на фиг. 1 раскрыт формирователь 17)два инвертора 22 и 24 и три элемента 23, 25 и 26 совпадения.

0 Устройство работает следующим образом.

В течение интервала t положение переключателя 2 таково, что напряжение в точке В относительно точки А положительно (фиг.2а).Напряжение с выхода датчика поступает на вход усилителя 4 и через резистор 5 поступает на вход интегратора 8. При этом в начале интервала t положение триггера 10 таково, что ключ 7 открыт. Так как напряжение в точке Б много больше, чем выходное напряжение усилителя 4, на выходе интегратора 8 накапливается отрицательное напряжение (фиг.2в). Затем по приходе импульса с генератора 11 частоты триггер перебрасывается, ключ 7 отключается, на вход интегратора 8 подается только напряжение с выхода усиQ лителя 4, поэтому накопительный элемент интегратора начинает перезаряжаться, изменяя отрицательное выходное напряжение интегратора в положительную сторону и в определенный

с момент перейдет нулевой уровень, компаратор 9 изменит свое состояние на противоположное (фиг.2г) и через формирователь 17 даст разрешение на вход триггера 10, но сработает триггер от первого, следующего после этого импульса, приходящего на счетный вход триггера с генератора 11. С выхода триггера осуществляется управление временем, в.течение которого на интегратор 8 поступает опорное напряжение. Это управление осуществляется путам подачи импульса управления с триггера 10 на ключ 7. Таким образом, интегратор 8 постоянно уакапливает напряжение с выхода усилителя

g 4, Но при переходе выходного напряжения интегратора через нулевой уровень оно срабатывается опорным напряжением точки Б Зс1 время между двумя импульсами с генератора 11. Если выходной сигнал мостовой схемы 3 увеличивается, то увеличивается и .скорость накопления напряжения интегратором,а значит и частота сброса этого напряжения, то-есть происходит преобразование сигнала мостовой схемы в частоту.

На входы п компараторов 14-16 поступает изменяющийся сигнал с выхода усилителя 4, уровень которого зависит от измеряемого параметра датчика.Этот 65 сигнал сравнивается на входах п компараторов с постоя-нным для кажйого компаратора сигналом, подаваемым йа другие входы компараторов от деЛите )1апряжения, имеющего h вЫходоё, В з висимости от уровня сигнала усйглй ёл 4 срабатывает тот или иной компаратор. Положение п компараторов через п формирователей 18-20 определяет коэффициент .деления управляемого де лителя частоты 21. Как видно из временной диаграммы (фиг.2г), при переходе выходного на пряжения интегратора через нуль при отрицательном входном сигнале на ин тервале t на выходе компаратора фо мируется положительный фронт точки В, а на интервале t переход выходнего напряжения интегратора через нуль при положительном входном сигнале формирует отрицательный фронт точки Г. Поэтому задачей формирователя является формирование одинаково го фронта (например, отрицательного при переходе интегратора через нуль На обоих интервалах t, .2 оди вход формирователя подается сигнал точки Б, а на другой - напряжение с выхода компаратора. На интервале ц сигнал точки Б положительный, а компаратор в момент перехода интегратора через нуль формирует положительный фронт. На интервалах ta компаратор выдает нулевой сигнал, на оба входа элемента 23 совпадения приходят полох ительные сигналы, а на оба входа элемента 25 совпадения нуль,на выходе элемент 26 совпадения положительный сигнал (фиг.2д). 1 . В начале интервалов t на один из входов элемента 23 через инвертор 22 приходит нуль, а на элемент 25 плюс тогда на оба входа элемента 26 поступает плюс и на выходе элемента 26 формируется отрицательный фронт(фиг 2д).На интервале t сигнал точки Б отрицательный, а компаратор в момент перехода интегратора через НуЛ формирует отрицательный фронт. На интервалах t компаратор выдает положительный сигнал, на оба входа эле мента 25 поступает плюс, а на оба входа элемента 23 нуль, на выходе элемента 26 - плюс. В начаЛе интервалов tt, на один из входов элемента 23 приходит плюс через инвертор 22, а на элемент 25 нуль тогда на оба входа элемента 26 поступает плюс и на выходе элемента 26 формируется отрицательный фронт (фиг.2л). Алгоритм работы формирователей заключается в том, что если на входах, например,формирователя 18 сигналы противоположны (нуль и плюс -или плюс и нуль) , на выходе сигнал соответствует плюсу. При одинаковых сигналах (оба плюсы или оба нули) на выходе сигнал будет нуль. Преимущество изобретения по сравнению с изёёстным заключаотЬя в увеличении точности и разрешающей способности за счет увеличения динамического диапазона выходных частот. Формула изобретения 1. Устройстве для преобразования сигнала мостового датчика в частоту, содержащее мостовую схему, генератор частоты, выход которого соединен с первым входом элемента совпадения и счетным входом триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента совпадения и управляющим входом ключа, который своим информационным входом соединен через первый резистор с одной из вершин диагонали питания мостовой схемы, а, выход ключа через интегратор соединен со входом основного компаратора, а также усилитель, выход которого соединен через второй резистор со входом интегратора, а выходы усилителя соединены с измерительной диагональю мостовой схемы и источник питания,выход Которого через переключатель соединен с мостовой схемой,о тличающе е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него дополнительно введены (п +1) формирователей, п компараторов, управляемый делитель частоты и делитель напряжения с р выходами, входы которого соединены с диагональю питания мостовой схемы, а п выходов соединены с первыми входами дополнительных п компараторов , вторые входы которых соединены между собой и с выходом усилителя, а выходы п компараторов соединены с первыми входами п формирователей, другие входы которых соединены между собой с первым входом (п + 1)-го формирователя и вершиной диагонали питания мостовой схемы,причем выходы п формирователей соединены с управляющими Ъходами управляемого делителя частоты, счетный вход которого соединен с выходом триггера, а выход соединен с управляющим входом переключателя, при этом второй вход (п + 1)-го формирователя соединен с выходом основного компаратора, а выход с установленным входом триггера . 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что- каждый формирователь образован двумя инверторами И тремя элементами совпадения, первый элемент из которых первым входом через первый инвертор соединен с первым входом формирователя и первым входом второго элемента совпадения, второй вход которого через второй инвертор соединен со вторым входом формирователя и вторым входом первого элемента совпадения, а выход. двух 7 первыа 1&лементов совпадения соединены со ходами третьего элемента совпадения, выход которого является выходом формирователя; Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 0 1.Экспресс-информация Приборы и элементы автоматики и вычислительной техники. 1974, № 47, с. 5-9. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2597412, кл. Н 03 К 13/20,, 31.08.78.