Преобразователь RLc-параметров датчиков в код с параллельным усреднением Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при сборе информации сjRLC-датчиков и вводе ее в ЭВМ Известны преобразователи RLC-napa метров пассивных элементов электрических цепей в код, использующие промежуточное время-импульсное представление информации tlj Однако известный преобразователь характеризуется недостаточной точиост-ью преобразования. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является преобразователь RLC-napaметров датчиков в код, содержащий компаратор, первый вход которого под ключен к выходу RC(RL)-цeпи, второй вход - к выходу блока формирования опорных напряжений, генератор тактов, ключ, вход которого соединен с источником постоянного стабильного напряжения, выход которого соединен со входом RC(RL)-цeпи, управляющий вход ключа соединен с выходом генератора тактов и с первым входе пре образователя время-код, второй вход которого соединен с выходом компаратора, вход блока формирования опорных напр11жений соединен со вход источника постоянного стабильного напряжения 2}, Однако данное техническое решение имеет недостаточное быстродействие, которое резко уменьшается с повышением точности. Цель изобретения - повьваение быстродействия преобразователя Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь RLC-параметров датчиков в код с параллельньм ус1 еднением, содержащий компаратор, первый вход которого подключен к выходу ВС(Я1)-цепи, второй вход - к выходу блока формирования опорных .напряжений, генератор тактов, ключ, вход которого соединен с источником постоянного стабильного .напряжения, выхрд которого соединен со входом ЯС(А1)-цепи, управляющий вход ключа соединен с выходом генератора тактов и с первым входом преобразователя время-код, BTOpoft вход которого соединен с выходом компаратора, вход блока формирования напряжений соединен со входом источника постоянного стабильнога напряжения, введены п-1 компараторов, первые входы которых объединены и подключены к выходу RC(RL)-цeпи, вторые входы - к соответствующим выходам блока формирования опорных .напряжений, а выходы к вторым п входам преобразователя время-код.

Преобразователь время-код целесообразно выполнить в виде блока, содержащего счетчик, элемент ИЛИ, п элементов И, генератор импульсов, распределитель, п делителей частоты повторения импульсов, причем выход генератора импульсов соединен со входом распределителя, выходы которого соединены соответственно с вхо дами п делителей частоты повторения импульсов, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов И, вторые входы которых объединены и подключены к первому входу преобразователя время-код, третьи , входы - со вторыми п входами преобразователя время-код, выходы со входами элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу счетчика,

Блок формирования опорных напряжений целесообразно выполнить в виде п делителей напряжения, входы которых объединены и подключены к входу блока формирования опорных напряжений, выход - к соответствующим п выходам блока формирования опорных напряжений ,

Ка фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя на фиг. 2 - временные диаграммы для случая, когда п, Преобразователь содержит генератор 1 тактов, ключ 2, RC-цепь 3, блок 4 формирования опорных напряжений, компараторы 5-8, преобразователь 9 время-код, состоящий из генератора 10 импульсов, распределителя L1, делители 12-15 частоты повторения импульсов, элементы И 16-19, элемент ИЛИ 20, счетчик 21.

Преобразователь работает следующим образом.

В ИСХОДНОМ состоянии низким уровнем сигнала с генератора 1 тактов ключ 2 разомкнут и напряжение Е источника постоянного стабильного напряжения {на схеме не показан) не попадает на вход RC-цепи 3. Этим же сигналом закрыты по второму входу элементы И 16-19, и импульсы не поступают через элемент ИЛИ 20 на счетчик 21. Генератор 10 импульсов, распределитель 11, делители 12-15 работают непрерывно при включенном питании. На выходах компараторов 5-8зысокне уровни напряжений, так как напряжения с выходов блока формирова1ИЯ оЬорных напряжений превосходят напряжение на выходе RC-цепи 3. По сигналу с генератора 1 тактов(переключение на высокий уровень) заьмыкается ключ 2 и напряжение Е попадает на вход RC-цепи 3. На выходе RC-цепи 3 образуется нарастающее экспоненциалькое напряжение (см. Фиг, 2а)

U(t) l - ехр(- 1) (1)

Элементы И 16-19 открываются,и через них поступают импульсы на элемен ИЛИ 20 и счетчик 21. За счет распределителя 11 ни один импульс не совпадает во времени с импульсами в параллельных каналах (см. фиг. 26), и каждый из них подсчитан счетчиком 21 В моменты, когда экспоненциальное напряжение сравнивается с каждым из опорных, срабатывает соответствующий компаратор 5-8, напряжение на его выходе приобретает низкий уровень, запирающий элемент И 16-19 по третьему входу. Поступление импульсов в счетчик 21 по соответствующему каналу прекршцается. Образуется пачка импульсов с числом импульсов в пачке.

H,T,f,.ipj- (2)

1 1

on;

в конце такта в счетчике 21,зафиксировано число импульсов

H,|T,V-RCBf.l, (:ь)

5 где Т - интервал времени между сигналами генератора 1 тактов и компаратора 5-8 (длительность пачки);

i - частота повторения импульсов на выходе делителя 12-15

частоты;

Ч,,,-- соответствующее -тому канаии 1

лу опорное напряжение.

В приводимом варианте исполнения устройства делитель 12 работает

5 в режим V--- Д - ители 13-15 соответственнбв режимах 1:2, 1:4, 1:8. В соответствии с установленными частотами импульсгных последовательностей, эаполнянмцих временные интервалы

0 между сигналом генератора 1 тактов и сигналами с выходов компараторов 5-8, выбираются опорные напряжения с таким расчетом, чтобы выполнялось равенство

--f en-

f.tni Е -V,

Е Ч

on.

on 4

или

}

Е - f,

Е - V,

ОГц

ОП1

(5)

Von; EL - (1 -

Выражение (5) устанавливает связь между опорным напряжением i-того ка-, нала и опорным напряжением первого канала при заданном отношении частот . заполняющих импульсных последовательностей этих каналов.

Теперь число импульсов, посылаемое

0 в счетчик 21 каждым каналом, должно быть одинаковым, если не учитывать погрешностей элементов, в особенности погрешности срабатывания компараторов 5-8. В реальных преобразователях

5 всегда наблюдается дрожение момен,та срабатывания компаратора, обуслов ленное шумами ивнешними дестабилизирующими воздействиями. Поэтому каж дый канал посылает в счетчик 21 неод наковое число импульсов от такта к такту. И это проявляется в постоянно смене значений младших разрядов счет чика 21. Представляя совокупность па чек импульсов на ыходе каяадого кана ла в виде случайного процесса, в котором каждая пачка является его реал зацией, получим число в счетчике 21 как вычисленное среднее значение по ансамблю этого случайного процесса. Если в рассматриваемом варианте исполнения vcтpoйcтвa отбросить два младших разряда счетчика 21 (не проиницировать их), это эквивалентно де лению результата на 4, подраз тлевая под кодом счетчика 21 двоичный код,Таким образом, получаем окончательный результат преобразования в виде: - RC 4 Е T-J/ i Можно упростить схему, соединив выходы распределителя 11 непосредственно с первыми входами соответствую щих эп ментов И 16-19 и подав на вторые входы всех компараторов 5-8 одно общее опорное напряжение. При этом отпадает необходимость в делите лях частоты 12-15 и дополнительных n-t делителях напряжения в блоке 4 формирования опорного напряжения. При этом в счетчике 21 записано числоЕN-4RcFen-- , (7) а проиндицйруется число Время, затра 1енное устройством на получение результата, равно длительности одного такта. Следовательно, получен выигрыш в быстродействии по сравнению с прототипом в п раз (для рассматриваемого случая в 4 раза), а также более высок1я (в fr раз) точность преобразования. При этом средст ва, затраченные на достижение цели, не очень существенны, так как все дополнительно введенные элементы легко реализуются интегральной техно логией в небольшом объеме. Формула изобретения 1. Преобразователь RLC-параметров датчиков в код с пара-ллельным усреднением, содержащий компаратор, первый вход которого подключен к выходу ЛС(К1)-цепи, второй вход - к выходу блока формирования опорных напряжений, генератор тактов, ключ, вход которого соединен с источником постоянного стабильного напряжения, выход которого соединен со входом КС(К1)-цепи, управляющий вход ключа соединен с выходом генератора тактов и с первым входом преобразователя время-код, второй вход которого соединен с выходом компаратора, вход блока формирования опорных напряжений соединен с входом источника постоянного стабильного напряжения, отличаю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены п-1 компараторов, первые входы которых объединены и подключены к выходу RC(RL)цепи, вторые входы - к роответствуюЩ1-1М выходам блока формирования опорных напряжений, а выходы - к вторьм п входам преобразователя время-код, 2. Преобразователь по п.1, о т личающййся тем, что преобразователь время-код содержит счетчик, элемент ИЛИ, п элементов И, генератор импульсов , распредэлитель, п делителей частоты повторения импульсов, причем выход генератора импульсов соединен со входом распределителя, выходы которого соединены соответственно с входги ш п делителей частоты повторения импульсов, выходы которых соединены с первыми входги и соответствующих элементов и, еторае входы которых объединены и подключены к первому входу преобразователя времякод, третьи входы - со вторьаш п ахот дами преобразователя время-код, ВЕКОды - со входами элемента. ИЛИ, выход которого подклочен ко входу счетчика, а блок формирования опорных нгшряжений содержит п делителтей напряжения, входы коториых объединены и подключены к входу блока формирования опорных напряжений, выходы - к соответствующим п выходам блока формирования опорных напряжений. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вдовиченко А. А. Измерительный, универсальна цифровой прибор типа Ф-480. -. Приборы и системы управ.пения, I960, 1. 2.Технический отчет по ОКР Преобразователь. Сборник рефератов НИ®КР. Сер. AT. М., 1976, вып. 4.