Преобразователь сигнала дифференциального частотного датчика в код Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ЧАСТОТНОГО ДАТЧИКА В КОД

1

Изобретение относится к кодированию непрерывных неэлектрических величин и может быть использовано в измерительной технике для создания датчиков различных физичес их величин с кодовым выходом.

Известен преобразователь, содержащий генератор образцовой частоты , счетчики, элементы управления (ключи), элементы совпадения, элементы задержки и выходной регистр 1.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и невысокая точность.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий формирователи, связанные выходами соответственно с первым и вторым счетчиками (по числу генераторов дифференциального частотного датчика), элементы совпадения, первый и второй ключи, элемент ИЛИ, элемент задержки и выходной регистр 2.

Недостатком известного преобразователя является нелинейность и несимметричность амплитудной характеристики, что снижает его точность, а также усложняет эксплуатацию, поскольку затрудняет практическое использование выходных кодов преобразователя, которые, при несимметричной и нелинейной амплитудной характеристике связаны с измеряемым параметром сложной функциональной зависимостью.

Цель изобретения - повышение точности, удобства эксплуатации за счет увеличения линейности и симметричности амплитудной характеристики и расщирение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в

10 преобразователь, содержащий два формирователя, выходы которых подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчикоз, два элемента совпадения, два ключа, элемент ИЛИ, элемент задержки и регистр, введены два шифратора и дешифратор, причем выходы первого и второго счетчиков непосредственно поразрядно соединены с входами соответственно первого и второго элементов совпадения и через первый и второй ключи - с входами информационных разрядов регистра, выходы которого через дешифратор подключены к входам первого и второго щифраторов, выходы которых соединены с входами начальной установки кодов соответственно первого и второго счетчиков, выход первого элемента совпадения соединен с первым входом элемента ИЛИ, входом знакового рлзряда регистра и управляющим входом второго ключа, выход второго элемента совпадения соединен с управляющим входом первого ключа и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого через элемент задержки подключен к синхронизирующим входам первого и второго счетчиков. В предлагаемом преобразователе в каждом цикле преобразования время счета определяется тем из двух счетчиков, который заполняется раньще, а выходной код снимается с другого счетчика, при этом выходному коду присваивается знак, зависящий от того, какой именно из двух счетчиков заполняется. Оба измерительных канала дифференциального частотного датчика, для которого предназначен преобразователь, выполняют идентичными для наилучшей компенсации влияния дестабилизирующих факторов и для улучшения линейности, поэтому симметрия предлагаемого преобразователя при работе с таким датчиком обеспечивает полную симметричность сквозной амплитудной характеристики измеряемый параметр - выходной код. В дифференциальном частотном датчике с идентичными измерительными каналами выходные частоты равны друг другу в середине диапазона изменения измеряемого параметра: в одной половине диапазона большей является выходная частота одного из измерительных каналов датчика, в другой половине диапазона - частота другого измерительного канала. Вследствие этого при переходе от одной половины диапазона к другой счетчик, определявший время счета, становится выходным, и наоборот. Таким образом, в предлагаемом преобразователе диапазон изменения измеряемого параметра делится на две половины, причем внутри каждой из половин преобразователь работает так же, как и известный, но поскольку на каждую из половин приходится вдвое меньшее относительное изменение частот датчика, чем на весь диапазон, предлагаемый преобразователь обеспечивает лучшую линейность амплитудной характеристики, чем известный. Благодаря этому повышается точность преобразования. Во многих случаях применения и такой повышенной точности, и улучшенной линейности может оказаться недостаточно, кроме того, для расширения функциональных возможностей преобразователя полезно иметь возможность варьировать форму амплитудной характеристики. Такая возможность у преобразователя появляется благодаря введению дешифратора и двух шифраторов. На чертеже приведена логическая схема преобразователя. Преобразователь содержит формирователи 1-1 и 1-2, счетчики 2-1 и 2-2; элементы 3-1 и 3-2 совпадения, ключи 4-1 и 4-2, регистр 5, элемент ИЛИ 6, элемент 7 задержки, дешифратор 8, щифраторы 9-1 и 9-2. Преобразователь работает следующим образом. Формирователи 1-1и 1-2 формируют из частотных сигналов измерительных каналов дифференциального частотного датчика последовательности импульсов, которые подаются на счетные входы счетчиков 2-1 и 2-2. В момент заполнения какого-либо из счетчиков, например 2-1, на всех его разрядных выходах появляются логические единицы, что заставляет сработать элемент 3-1 совпадения, который открывает ключ 4-2, так что код, сформировавшийся к этому моменту на разрядных выходах счетчика 2-2, заносится в регистр 5 преобразователя. Поскольку выход элемента 3-1 совпадения связан также и со знаковым разрядом регистра 5, в последнем появляется логическая единица. Сигнал с выхода элемента 3-1 совпадения, пройдя через элемент ИЛИ 6 и элемент 7 задержки, необходимый для того, чтобы процесс переноса кода со счетчика 2-2 в регистр 5 успел закончиться, устанавливает счетчики 2-1 и 2-2 в нуль, после чего цикл преобразования повторяется. Так происходит преобразование сигнала дифференциального частотного датчика в код, если частота следования импульсов на выходе формирователя 1-1 больше, чем на выходе формирователя 1-2, т.е. в одной половине диапазона. В противном случае (в другой половине диапазона) в регистр 5 заносится код с разрядных выходов счетчика 2-1, а в знаковом разряде регистра 5 логическая единица не появляется. Допустим, что . тогда первым заполняется счетчик 2-1, и время счета т W где fi и f2 - частоты следования импульсов невыходе формирователей 1-1 и 1-2; Ыза - числовой объем каждого из счетчиков;Т - время счета. За это время в счетчике 2-2 сосчитываются импульсы , и соответствуюший код с выхода счетчика 2-2 заносится в регистр 5 гдеНвых-выходной код преобразователя. Для практического использования удобнее инверсный код NBbix -(.x)- Njan(l--|)0) Знак «- перед полученными выражениями поставлен потому, что, как было показано выше, при f) 2 знаковый разряд регистра заносится логическая единица, что принято считать признаком отрицательного числа. Если fi f2, то Nsbix 0. а при ()-(2) Выходные частоты измерительных каналов дифференциального частотного датчика можно представить выражениями: fi fo VTTax f2 fo 1 - ах , X - относительное значение измеряемой величины,- аи п- параметры, зависящие от конструкции датчика, а 1, f, - частота следования импульсов на выходе формирователей 1-1 и 1-2 при х 0. Учитывая выражения (1) и (2), получаем / п /1 - а /х/ зап ( -УтТоТЗсГу В предлагаемом преобразователе выходной код определяется отношением меньшей частоты к большей, а в зависимости от того, какая именно из частот f) или 1 - меньшая, результату автоматически присваивается тот или иной знак, поэтому в выражение (3) знакопеременная величина х входит своим абсолютным значением, а знак результата совпадает со знаком х. Наличие дешифратора и шифраторов дает возможность производить начальную установку кодов в счетчиках для воздействия на форму амплитудной характерист ки. В этом случае при f где NHVI и Nn42 - инверсные значения кодов начальной установки счетчиков 2-1 и 2-2, Njan Hvi Ь NBbix-NH., 4) где NHVJH ,- прямые значения кодов начальной установки счетчиков 2-1 к 2-2. вых зап вь1х) -(Njan -N Hiz- N „у,; NBBIX - ( НУ2-- МН.)-(5) р , - -г- N Знак «- перед скобкой в выражении (5) поставлен на том же основании, что и в выражении (1). Выражения (5)и (6) показывают, что. изменяя NH./, и NH42 можно воздействовать как на угол наклона амплитудной характеристики, так и на ее постоянную составляющую, другими словами, поворачивать амплитудную характеристику и смещать ее параллельно самой себе- При этом можно заставить амплитудную характеристику проходить через какие-либо две заранее выбранные точки. Разбив требуемую амплигудную характеристику на достаточное количество участков, можно для участка определить значения NH(I и NhViпри которых амплитудная характеристика преобразователя проходит через две точки, являюшиеся концами этого участка. В результате получают множество пар значений Nnvt и , взаимно-однозначное множеству участков. Выбор участка осуцхествляется дешифратором 8, а значения NHVI и хранятся в памяти шифраторов 9,-1 и 9-2. В процессе работы преобразователя код на выходе регистра 5 при переходе от участка к участку изменяется, в соответствии с этим дешифратор 8 управляет шифраторами 9-1 и 9-2 так, что на каждом участке устанавливается соответствующая этому участку пара значений NnyiH нуг и, таким образом, обеспечивается желаемый вид амплитудной характеристики. Предлагаемый преобразователь обеспечивает при работе с дифференциальным частотным датчиком повышение линейности и симметричности сквозной амплитудной характеристики измеряемая величина-код, что увеличивает точность измерений и упрощает последующую обработку кодов; кроме того, преобразователь позволяет получить заданнук форму амплитудной характеристики, что в частности, обеспечивает дальнейшее снижение погрешности нелинейности, дает возможность реализовать наиболее удобный для эксплуатации масштаб преобразования сигнала датчика в код и исключает какуюлибо последующую обработку кода. Формула изобретения Преобразователь сигнала дифференциального частотного датчика в код, содержащий два формирователя, выходы которых подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков, два элемента совпадения, два ключа, элемент ИЛИ, элемент задержки и регистр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, удобства эксплуатации за счет увеличения линейности и симметричности амплитудной характеристики и расширения функциональных возможностей, в него введены два шифратора и дешифратор, причем выходы первого и второго счетчиков непосредственно поразрядно соединены с входами соответственно первого и второго элементов совпадения и через первый и второй ключи - с входами информационных разрядов регистра, выходы которого через дешифратор подключены к входам первого и второго шифраторов, выходы которых соединены с входами начальной установки кодов соответственно первого и второго счетчиков, выход первого элемента совпадения соединен с первым входом эле.мента ИЛИ, входом знакового разряда регистра и управляющим входом второго ключа, выход второго элемента совпадения соединен с управляющим

входом первого ключа и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого через элемент задержки подключен к синхронизирующим входам первого и второго счетчиков. Источники информации, принятые BO внимание при экспертизе s

2.Gallo М., Winkler I. Mikroprozessoren im Waugenban. - «Feinwerktechnik und Messtechnik, 1978, № 1, s. 30-35.