Функциональный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G06G7/26 

1

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования и в электроизмерительных приборах для функционального преобразования в цифровой код амплитудных, постоянных или мгновенных значений тока.

Известны функциональные преобразователи электрического тока для получения линейных, квадратичных или иных характеристик преобразования, выполненные в виде четырехполюсников на дискретных нелинейных элементах 1.

Однако существующие преобразователи ввиду трудности синхронизации выходного кода с началом цикла измерения имеют сложную конструкцию.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь 2, который содержит общее основание, управляющий электрод и несколько выходных электродов. Падение постоянного преобразуемого входного напряжения на управляющем электроде имеет линейный характер, а величина приложенного к нему входного аналогового напряжения регулирует количество выходных электродов, связанных с общим входом посредством

инверсного слоя и определяющих собою выходную цифровую величин}.

Однако этот преобразователь не обеспечивает гальванической развязки входных и

выходных цепей, имеет узкий динамический диапазон преобразования, низкую чувствительность и узкий класс воспроизводимых функций.

Целью изобретения является расширение класса воспроизводимых функций, повыщение точности за счет гальванической развязки входных и выходных цепей и расширение динамического диапазона преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий прямоугольное изоляционное основание, на одной из поверхностей которого расположен управляющий электрод, и выходные электроды, содержит генератор стробирующих импульсов тока, который подключен к управляющему электроду, и магнитную пленку с прямоугольной петлей гистерезиса, которая нанесена на свободную поверхность прямоугольного изоляционного основания. Выходные электроды нанесены попарно вдоль противоположных краев магнитной пленки и расположены вдоль направления тока через управляющий электрод в соответствии с воспроизвоДИМОЙ функциональной зависимостью. Управляющий электрод выполнен в виде трапецеидальной шины, площадь которой соответствует диапазону.. На фиг. 1 изображен общий вид преобразователя; па фиг. 2 - общий вид и с.хема подключения преобразователя к генератору стробирующих импульсов тока; на фиг. 3 - зависимость изменепия (движения) зопы перемагничивания от величины входного тока; на фиг. 4 - функциональная зависимость количества выходных импульсов от амплитуды входного тока; на фиг. 5 - эпюры тока и напряжения в различных точках схемы.

Функциональный преобразователь содержит прямоугольное изоляционное основание 1, управляющий трапецеидальный электрод 2, магнитную пленку 3 из материала с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), выходные электроды 4, нанесенные па пленку 3. В преобразователе постоянных или мгновепкых входных величин (см. фиг. 2) к управляющему электроду 2 подключен генератор сгробируюпшх импульсов тока 5.

Переменный ток / „,( при протекании но электроду 2 создает магнитное поле, направленное нерпендикуляряо к нанравленню протекания преобразуемого тока по электроду 2 н перпендикхлярно к нленке 3. Плотность тока на электроде 2 и соответетвенно величина магнитной индукции вдоль него неравномерны (больще у узкого конца электрода 2 и меньше у широкого) при любых значениях преобразуемых величин. При величине входного тока /вх h (см. фиг. 3) у узкого конца электрода 2 создается магнитное поле с напряженностью , где Яс -напряженность магнитного поля способпая вызвать неремагничивание пленки 3. Перемагничивание части нленки 3 у узкого конца электрода 2 приводит к образованию зон с противоположной намагниченностью. При этом предполагается, что пленка 3 была предварительно намагничена до нротпвоноложного магнитного состояния по отнощению к магнитному состоянию, создаваемому протекающим входным преобразуемым током. При увеличении входного преобразуемого тока поверхностная плотность тока на электроде 2, а следовательно, и напряженность магнитного поля вдоль электрода 2 будет увеличиваться от узкого конца электрода 2 к широкому. Это приведет к движению границы зон с противоположной намагниченностью (см. фиг. 3), что в свою очередь, вызовет скачкообразное изменение магнитной индукции в пленке 3. В результате скачкообразного изменения магнитной индукции на подвижной границе зон с нротивоположной намагниченностью в пленке 3 индуцируется локальный импульс электрического поля, направленный перпендикулярно вектору магнитного ноля н вемтору скорости подвижной ;границы зон с противоположной намагниченностью. Наведенный в пленке 3 имиульс электрического напряжения в плоскости магнитной пленки н в нанравленин, перпендикулярномп|).отекающему входному току (как следствие эффекта Баркгаузена для доменных стенок Блоха), по мере движения границы зон с 10 противоположной намагниченностью прикладывается к выходным электродам 4, расположенным на нленке 3 попарно папротив друг друга. Таким- образом, на противоположпых электродах 4 наводится J5 импульс электрического напряжения. Количество импульсов нанрял ения па электродах 4 пропорционально величине перемагниченной пленки 3, а следовательно и величине входного тока (см. фиг. 3), про2Q текающего через электрод 2, т. е. максимальной амплитуде тока- за данный цикл преобразованияВ зависимости от требуемых максимальных и минимальных значений преоб5 разуемого сигнала электрод-2-при неизменной высоте трапеции может иметь различную площадь поверхности, а следовательно, н различную плотность преобразуемого тока на поверхности электрода. Это позволяет в определённых пределах варьировать величиной динамического диапазона преобразования входной величииы как следствие изменения величины площади трапеции. Величина напряженности магнитного

5 поля вокруг электрода 2 прямо пропорциональна величине протекаюихего входного тока, поэтому, если электродь 4 расположены попарно через равные промежутки, преобразовапие носит линейный характер.

0 С целью расширения класса воспроизводимых функций преобразования электроды 4 располагаются на пленке 3 по определенному закону. Следовательно, осуществляя кусочно-постоянную аппроксимацию нелис нейной функции y F(x) с заменой в интервале постоянным значением Фу (л-у) const с ошибкой аппроксимации у F(x) -Ф J (Xj) можно С определенной погрешностью производить функциональное преобразование. Так как прн определенных значеннях входного тока /„ происходит неремагиичивание пленки 3 на определенно.м расстоянии Xj (см. фиг. 3 п 4) и на электродах 4 наводятся импульсы электрического наиряжения, количество которых (Л у) соответствует зависимости у F(x), то варьируя в зависимости от требуемого функционального преобразования расположением электродов 4, можно

o производпть преобразование входного тока по квадратичному, логарифмическому или иному закону. Например (см. фиг. 4) для реализации функции преобразования N Р(Г ) пара электродов 4 располагаются на пленке 3 на расстояпип от нулевой пары выходных электродов, расположенной с краю нленкн 3 у узкого конца электрода 2. При преобразовании постоянного или мгновенного значения входной величины через электрод 2 протекает преобразуемая величина (см. фиг- 2), а нараллельно к электроду 2 дополнительно подключается генератор стробирующих импульсов тока. Амплитуда стробирующих импулЕ сов тока достаточна для перемагничивания всей пленки 3, а полярность противоположна полярности преобразуемой входной величи1ГЫ, иоэтому в результате взаимодействия магнитных полей, создаваемых входным преобразуемым током и стробирующими импульсами тока, пленка 3 перемагкитится только на величину прямо пропорциональную постоянному пли мгновенному значению входной величины (см. фиг. 5). Так как локальиый пмпульс напряжения наводится у попарно расноложеиных электродов 4, то осуществляя параллельное или последовательное их соединенне, получить параллельный или последовательный число-импульсный код. Фор м у л а изобретен и я 1. Функциональный преобразователь, содержащий прямоугольное изоляциоиное основание, на одной из поверхиостей которого расположен плоский управляющий электрод, и выходные электроды, отличающийся тем, что, с целью расширения класса воспроизводимых функций и повышения точности работы за счет гальванической развязки входных и выходных цепей, он содержит генератор стробируюшп-х импульсов тока, который подключен к управляющему электроду, и магнитную пленку с прямоугольной петлс гистерезиса, которая наиесена на свободную поверхность прямоугольного изоляционного основания, выходные электроды нанесены понарно вдоль гфотивополол ных краев магнитной иленки и расположены вдоль направления тока через управляющий электрод в соответствии с восироизводимой функциональной зависимостью. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения дииамичсского диапазоиа преобразования, в нем управляющий электрод выполнен в виде трапецеидальной токоведущей шпны, илощадь которой соответствует заданному диапазопу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 485467, кл. G 06 G 7/26, 1975. 2.«Microelectronics and Reliability, Л 16, 1977, с. 181 - 182 (прототип).

.5

/

ПГи UU Ш|1

-0

пллплп