Способ преобразования напряжения в код и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления.

Известен частотно-импульсный способ преобразования, заключающийся в преобразовании напряжения в частоту, формировании опорного временного интервала, равного времени преобразования, и формировании кода в течение сформированного временного интервала Г1J.

Недостатком известных способа и устройства для его осуществления является трудность синхронизации времени преобразования с периодом помехи при условии сохранения постоянства показаний отсчета, так как одновременно с интервалом интегрирования необходимо изменять крутизну преобразования напряжения в частоту, при этом предел коэффициента подавления сетевых помех равен 30-40 дБ при колебании частоты сети 50+1 Гц.

Известен также частотно-импульсный способ преобразования с измерением остаточного заряда интегратора, по которому на первом этапе входной сигнал преобразуют в частоту следования импульсов, формируют временной

интервал, равный времени преобразова ния, и формируют код в старших разрядах счетчика в течение сформированного временного интервала, после чего на втором этапе измеряют остаточный заряд интегратора и формируют дополнительный код в младших разрядах счетчика.

Устройство, реализующее известный

10 способ, содержит входное устройство, источник опорного напряжения, преобразователь напряжения в частоту, детектор нулеврго уровня, схему управления, генератор счетных импуль15сов, ключи, счетчик, дешифратор и индикаторное устройство 2.

Основным недостатком известных способа и устройства для его осуществления является трудность синхро20низации времени преобразования с периодом помехи, в результате чего коэффициент подавления сетевых помех при длительности преобразования, равной 1 с ,нахо хится на уровне 50 дБ.

25

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и сокращение времени преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразования

30 напряжения в код, основанному на промежуточном, преобразовании напряжения в частоту с последующим преобразованием частоты в код с помор ью эталонной частоты, одновременно с преобразованием напряжения в частоту осуществляют умножение эталонной частоты на код, пропорциональный входному сигналу г и сравнивают полученные частоты, в течение времени, равного или кратного периоду помехи, причем при неравенстве частот код, пропорционал ный входному сигналу, изменяют до момента выполнения равенства частот и при переходе сигнала помехи через О фиксируют значение кода, пропорционального входному сигналу, а в устройство для реализации этого способа содержащее преобразователь напряже1 ия в частоту, первый вход которого соединен с входной шиной устройства.

блок управления и генератор счетных.

импульсов, введены реверсивный счетчикл генератор управляемой частоты и компаратор .частоты, при этом выходы разрядов реверсивного счетчика . соединены с соответствующими входами установки генератора управляемой частоты и с выходной шиной устройства,, а входы сложения и вычитания реверсивного счетчика подключены к соответствующим выходам компаратора частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора управляемой частоты, а первый вход - с выходом преобразователя напряжения в частоту, второй вход которого соединен с входами разрешени.я счета реверсивного счетчика и первым входом блqкa управления, второй вход которого подключен к входу установки О реверсивного счетчика, причем выход генератора счетных импульсор соединен с информационным входом генератора управляемой час.тоты, счетным входом реверсив.ного счетчика и первым входом блока управления, второй вход которого подк;лючен к сетевой шине.

На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит преобразователь 1 напряжения в частоте, компаратор 2 частоты, реверсивный счетчик 3, генератор 4 управляемой частоты, блок 5 управления и генератор б счетных импульсов.

Способ осуществляется следующим образом.

Входной сигнал УС поступает на вход .преобразователя 1 напряжения в частоту, на выходе которого формируется последовательность импульсов, следующих с частотой , пропорциональной входному сигналу v г а на выходе всего устройства формируется код Г4 , также пропорциональный входному сигналу V .

Таким образом, получаем

-пр- NC

в силу постоянства частоты

. этл..(г;

тогда можно записать

(

с

откуда

. ()

Запишем выражение 4 в виде

частота преобразования, определяемая кодом входного сигнала NC,

КПР - коэффициент преобразования частоты.

Таким обрааом, для реализации способа необходимо сформировать частоту посредством умножения эталонной чатотыГд на коэффициент преобразования частоты КПР Nj и сравнить полученную частоту с частотой, пропорциональной входному сигналу f .

Из выражения 3 следует, что результат преобразования напряжения в код не зависит от времени преобразования (длительности преобразования) так как N ;г , и следовательно,

зтл

интервал текущего значения времени мокно записать в широких пределах, что дает возможность легко осуществить синхронизацию времени преобразования с периодом помехи в устройствах для осуществления способа и значительно увеличить величину коэффициента подавления сетевых помех.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

При включении устройства в момент перехода напряжения сети через О на первом выходе блока 5 управления формируется импульс установки реверсивного счетчика 3 и одновременно сигнал Пуск, деблокирующий счетный вход реверсивного счетчика ,3. С этого момента с входа преобразователя 1 напряжения в частоту на первый вход компаратора 2 частоты начинают поступать импульсы, следующие с частотой f . Импульсы эталонной частоты f., поступающие с выхода генератора G счетных импульсов на информационный вход генератора 4 управляемой частоты, преобразуются в последнем в соответствии с выражением г Р этом коэффициент преобразования частоты k pформируется кодом реверсивного счетчика 3, разрядная сетка которого .заполняется импульсами эталонной частоты, поступающими с выхода генератора 6 счетных импульсов с приходом сигнала Пуск. С выхода генератора 4 управляемо частоты импульсы, следующие с частотой f поступают на второй вход компаратора 2 частоты,в которомсрав ниваются входные частоты в ссответствии с выражением причем на выходе компаратора 2 частоты формируется сигнал управления реверсом реверсивного счетчика 3 в соответствии с условием: при обратный счет, при с этл с прямой счет. ПроцесЬ преобразования продолжается в течение времени, равного или кратного периоду помехи в зависимости от задания длительности преобразования. По окончании преобразования в момент перехода сигнала помехи через О на втором выходе схемы 5 управления формируется сигнал Останов , пр этом на выходе разрядов счетчика 3 формируется код м . этл Новый цикл преобразования начинается с приходом сигнала Пуск. Погрешность работы устройства определяется погрешностью преобразователя 1 напряжения в частоту, ко торая может быть порядка 0,01%.и ниже, разрядной сеткой генератора 4 управляемой часто.ты, а также стабильностью частоты следования импуль сов эталонной частоты генератора б счетных импульсов, которая в кварцевом генераторе легко может быть обеспечена не ниже 10. Необходимое чцсло разрядов генератора 4 управляемой частоты опреде ляется из условия максимального коэф фициента преобразования эталонной частоты, обеспечивающего нужную точ ность преобразования. . К - м ПР. max с mdx Диапазон преобразования устройст ва определяется максимальной девиаци ей частоты преобразователя 1 напряжения в частоту и разрядной сеткой генератора 4 управляемой частоты. Так, при входном сигналеVcmiп минимальная частота преобразования ст-}п этл и коэффициент преобразования частоты Kf,p генератора 4 управляемой частоты равен 1, что в способе прямого преобразования соответствует частоте этл В предлагаемом изобретении исключается необходимость смещения частот преобразователя напряжения в частоту 1 относительно истинного или условного нуля, так как это выполняется автоматически Условием Гд. Благодаря независимости кода преобразования от длительности преобразования (времени преобразования), что вытекает из условия N. F i в устройстве для осуществления способа легко выполняется синхронизация начала и конца такта преобразования с периодом сети (помехи). Таким образом, по коэффициенту подавления сетевых помех предлагаемое устройство приближается к уровню 70-80 дБ и выше при времени преобразования, равном или кратном периоду помехи. Форггула изобретения 1.Способ преобразования напряжения в код, основанный на промежуточном преобразовании напряжения в частоту, с последующим преобразованием частоты в код с помощью эталонной частоты, отличающийся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивости и сокращения времени преобразования, одновременно с преобразованием напряжения в частоту осуществляют умножение эталонной частоты на код, пропорциональный входному сигналу, и сравнивают полученные частоты, в течение времени равного или кратного периоду помехи, причем при неравенстве частот код, пропорциональный входному сигналу, изменяют до, момента равенства частот и при переходе сигнала помехи через О фиксируют значение кода, пропорционального входному сигналу. 2.Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее преобразователь напряжений в частоту, первый вход которого соединен с входной шиной устройства, блок управления и генератор счетных импульсовj отличающееся тем, что в него введены реверсивный счетчик, генератор управляемой частоты и компаратор частоты, при этом выходы разрядов реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами установки генератора управляемой частоты и с выходной шиной устройства, а входы сложения и вычитания реверсивного счетчика подключены к соответствующим выходам компаратора:, частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора управляемой частоты, а первый вход - с выходом преобразователя напряжения в частоту, второй вход которого соединен с входом разрешения счета реверсивного счетчика и первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к входу установки О, peBepckBHoro счетчика, при,чем выход генератора счетных импульсов соединен с информационным входом генератора управляемой частоты, счетным входом реверсивного счетчика и первым входом блока управления.

второй вхрд которого подключен к сетевой шине.

Исхочники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Вахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Мколин В.П. Аналогово-цифровые преобразователи, М., 1980, с,170-171, рис.7,7а.

2. Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л., 1976, с.23-25, рис.1-3 Лпрототип).

Uft/HCt

CemeSc

U/CfHCf