Измерительный функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

(54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к ци,фровой измерительной технике, предназначено для применения в линеаризаторах характеристик первичных измерительнЕдх преобразователей с частотным выходом и может быть примене но для линеаризации характеристик пирометрических и других температур ных датчиков, расходомеров, датчико давления и др. Известен цифровой функциональный преобразователь для многоканальных измерительных систем, содержащий первый двоичный счетчик, ключи, схе му свертки, формирователь, второй двоичный счетчик/ первый запоминаю1ДИЙ регистр, постоянное запоминающее устройство, двоично-десятичный счетчик, первые ключи выхода на магистраль, схему сравнения кодов, ло ческий преобразователь, второй запо нающий регистр, вторые ключи выхода на магистраль C1J.. . Недостатками этого устройства яв ляются сложность и ограниченные фун циональные возможности, так как он предназначен для линеаризации только монотонных функций. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является час тотно-импульсный функциональный генератор, содержащий генератор эталонной частоты, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, дешифратор, запоминающий блок, управляемый делитель частоты, элементы И первой и второй группы, сумматор-вычитатель, элемент И 2. Известное устройство воспроизводит только функции вида у ах и не может воспроизводить функции ви.--. , что снижает его функциональные возможности и снижает точность приближения функций. Точность приближения функций снижает также отсутствие канала коррекции погрешности приближения. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения функций и расширения функциональных возможностей преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий счетчик, первая группа выходов которого через дешифратор подключена к входу блока памяти, первый реверсивный счетчик, первый и второй блоки элементов совпадения первый и второй элементы ИЛИ,-первый. управляемый делитель частоты, выход которого соединен с первым входом первого блока сложения-вычитания импульсных последовательностей, выход которого подключен к сигнальному вхрду первого реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с первым выходом блока памяти, первая группа выходов которого соединена с группой входов первого управляемого делителя частоты, к входу которого через первый элемент ИЛИ подключены выхюдьг перво1ГО блока элементов совпадения, первая группа входов которого соединена с выходами разрядов первого реверсивного счетчика и первой группой входов второго блока элементов совпадения, вторая группа входов которого соединена с второй группой входов первого блока элементов совпадения и с второй группой выходов счетчика, выходы второго блока элементов совпадения подключены к входам второго элемента ИЛИ, введены второй и третий реверсивные счетчики, третий и четвертый блоки элемен тов совпадения, третий и четвертый элементы ИЛИ, второй, третий и четвертый управляемый делители частоты второй и третий блоки сложения-вычитания импульсных последовательное тей, причем первый вход второго бло ка сложения- вычитания соединен с вы ходом второго управляемого делителя частоты, второй вход с выходом трет его управляемого делителя частоты, а выход - с сигнальным входом второ го реверсивного счетчика и первым в дом третьего блока сложения-вычитания, второй вход которого соедине с выходом первого блока сложения-вы читания, а выход соединен с сигналь ным входом третьего реверсивного сч чика, установочный вход которого со динен с вторым выходом блока памяти, вторая группа выходов которого соединена с информационными входаьш третьего реверсивного счетчика, тре тья группа выходов блока памяти сое , дииепа с информационными входами первого реверсивного счетчика,, четвертая группа выходов .блока пймяти соединена с информационными входами четвертого управляемого делителя частоты, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а в ход - с вторым входом первого блока сложения-вычитания, пятая группа выходов блока памяти соединена с ин формационными входами второго управляемого делителя частоты, шестая группа выходов подключена к информа ционным входам второго реверсивного счетчика, седьмая группа выходов блока памяти соединена с информационными входами третьего управляeNraro делителя частоты, третий выход блока памяти подключен к установочному входу второго реверсивного счетчика, выходы разрядов которого соединены с первой группой входов третьего блока элементов совпадения, вторая группа входов которого соединена с второй группой выходов счетчика и с первой группой входов четвертого блока элементов совпадения, вторая группа входов которого подключена к выходам разрядов второго реверсивного счетчика, выходы третьего блока элементов совпадения через третий элемент ИЛИ подключены к входу второго управляемого делителя частоты, выходы четвертого блока элементов совпадения соединены через четвертый элемент ИЛИ с входом третьего управляемого делителя частоты. На фиг. 1 представлена структурная схема измерительного функционального преобразователя; на фиг.2 варианты выполнения блока сложениявычитания импульсных последовательностей (а - комбинированный блок сложения-вычитания; 5 - блок сложения; Bj- блок вычитания и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу; г- управляемый блок сложениявычитания ; на фиг. 3 - графики к пояснению принципа работы преобразователя. Преобразователь содержит входную шину 1, реверсивные счетчики 2-4, счетчик 5, блоки 6-9 элементов совпадения, элементы ИЛИ 10-13, управ-ляег/ые делители 13-17. частоты, блоки 18-20 сложения-вычитания импульсных последовательностей, дешифратор 21, блок 22 памяти. Комбинированный блок сложения-вычитания (фиг. 2а) содержит входы 23 и 34, выход 25, элемент 26 вычитания, элемент 27 зощержки, рлемент ИЛИ 28. Блок сложения (фиг. 25) содержит элемент 29 задержки, элемент ИЛИ 30. На фиг. 29 представлен блок вычитания, содержащий D-триггер 31 и элемент ИЛИ 32, где 33 и 34 - сигналы, на С- и D-входах соответственно 0-триггера 31; 35 - сигнал на выходе О-триггера 31; 36 - сигнал на выходе блока вычитания,. Управляемый блок сложения-вычитания 1ФИГ. 2,г) содержит элементы И 37, 38, элемент 39 сложения, элемент 40 вычитания и инвертор 41. Комбинированный блок сложениявычитания (фиг. 2,0; образуется коммутацией входов и выходов блока сложения (.фиг. 2,5) и .блока вычитания (фиг. 2,в) . Счетчики 2 и 5, блоки 6 и 7, элементы 10 и-11, делители 14 и 15 и блок 18 образуют канал аппроксимирующей функции. Счетчики 3 и 5, блоки 8 и 9, элементы 12 и 13, делители 16 и 17 и блоки 19 образуют канал корректи рующей функции (канал коррекции). Результат преобразования фиксирует ся счетчиком 9. Управление блоками преобразователя осуществляется с п мощью дешифратора 21 и блока 22 памяти. Управляемый блок сложения-вычитания (фиг. 2,г) работает следующи образом. Пусть на вход 23 поступае импульсная последовательность, фор мируемая каналом аппроксимирующей функции,-на вход 24 - импульсная последовательность, формируемая ка лом коррекции, т.е. блок выполняет функции блока 20 (фиг. 1). Если из блока памяти на вход элемента И 37 подан разрешающий потенциал, то импульсная последовательность кана ла коррекции, поступая на вход элемента 40, вычитается из импульсной посл овательности, формируемой каналом аппроксимирующей функции, и результат через элемент 39 сложения проходит на выход 25 блока. В это время элемент И 33 закрыт запрещающим потенцисшом с выхода инвертора 41. В том же случае, когда на вход элемента И 38 подан запрещающий потенцисШ из блока 22 памяти, на входе элемента И 38 будет разрешающий потенциал инвертора 41. Тогда импульсная последовательность, формируемая каналом коррекции, не проходит через элемент И 37 и, следовательно, через, элемент 40 вычитания, а проходит через элемент И на вход элемгнта 39 сложения, на второй вход которого поступает им-пульсная последовательность, формир емая каналом аппроксимирукяцей функции, беспрепятственно прошедшая через элемент 40 вычитания. .На выходе элемента 39 сложения в этом ;йлучае имеем суммарную импульсную последовательность канала аппрюкси мирую цей функции и канала коррекции Рассмотрим работу преобразовател Вначале все блоки преобразователя устанавливаются в исходное состояни В счетчиках 2-4 устанавливаются начальные числа, значения которых содержатся в блоке 22 памяти. С помощью блока 22 памяти устанавливаются также режимы работы счетчиков 2, 3 и 4, а также, в случае необходимости, режиглл работы блоков 18, 19 и 20 сложения-вйчитания (в том случае, если эти блоки выполнены управляемыми - на фиг. 2 -ь) и устанавливаются начальные значения коэффициентов деления упр.авляемых делителей 14-17 частоты. Дешифратор 21 в процессе работы определяет начало каждого участка аппроксимации и выдает сигналы блоку 22 памяти для установки новых значений коэффициентов деления.управляемых делителей частоты и изменения« в случае необходимости, режимэв работы блоков преобразователя. График, иллюстрирующий процесс приближения заданной функции функцией, формируемой каналом аппроксимации на одном из участков приближения, показан на фиг. 3,с(. Аппроксимирующая функция явля- ; . ется степенной функцией вида Характер функции и значение показателя степени (задаваемое управляемыми делителями .14 и 15 частоты однозначно определяется выбранными углами аппроксимации А и В (фиг. 3). в результате возникает погрешность приближения 4у, которую в известном устройстве С2, воспроизводящего функцию вида у ах, устранить не-. возможно .Для устранения этой погрешности в преобразователь введен канал коррекции, который (воспроизводит степен/ m ные функции вида . Разность между заданной функцией и аппроксимирующей назовем функцием коррек- . ции в отличие от корректирующей функции, воспроизводимой блоком коррекции , Корректирующей функцией приближается функция коррекции. Результат приближения складывается с аппроксимирующей функцией или вычитается из нее. ,В результате значительно уменьшается погрешность приближения. Графики, иллюстрирующие процесс приближения заданной функцией с введением коррекции, показаны на фиг. 3,5,в,г. Штриховой линией показана аппроксимирующая функция и функция коррекции, сплошной (тонкой ) - заданная функция, сплошной (толстой ) - корректирующая функция и результат приближения. Как видно из фиг. 3,6,в,г, приближение можно осуществлять различными способами: аппроксимирующая функция пересекает згщанную в конце и начале каждого участка аппроксимации (фиг. 3,5); аппроксимирующая функция пересекается с заданной только в начале, а далее функции расходятся; аппроксимирующая функция пересекается с заданной только в начале каждого участка аппроксимации, далее на каждом участке аппроксимации заданная и аппроксимирующая функции расходятся. Способ приближения выбирается в зависимости от вида заданной функции, требуемой точности приближения и требуемых аппаратурных затрат. Режимы работы преобразователя, а следовательно, и вид воспроизводимых функций определяются характеррм блоков 18, 19, 20 сложения-вычитания (фиг. 2,а,5,в,1 и режимами работы счетчиков 2, 3, 4. Так как все комбинации рассматривать нецелесообразно и трудно из-за их большого количества, а вывод формул для каждого режима аналогичен, рассмотрим один из возможных режимов работы канала формирования аппроксимирующей функции (работа канала коррекции аналогична). Пусть для определенности блок 18 выполнен по схеме комбинированного блока сложения-вычитания (фиг.2,c( I На вход счетчика 5 поступает вход ная импульсная последовательность х. Эта импульсная последовательность вы зывает появление на выходе элемента 10 сборки импульсной Лоследовательнос-/ ти; описываемой уравнением где dy - приращение импульсной после довательности . dx - приращения импульсной после довательности X; Z - текущее значение числа в счетчике 2; m - коэффициент пересчета счетчиков 2 и 5. Импульсная последовательность с выхода элемента 10 делится управляемым делителем 14 частоты.

(2)

где приращения импульсной последовательности у на выходе управляемого делителя 14 частоты;

коэффициент деления делителя 14.

Импульсная последовательность с выхода делителя 14 поступает на вход блока 18 сложения-вычитания и далее на вход счетчика 2, вызывая появление импульсной последовательности у на выходе элемента ИЛИ 11, которая описывается уравнением

xdZ

(3 )

У1 ir

dy. - приращения импульсной последовательностиX - текущее значение числа в

счетчике 5;

dZ - приращение импульсной последовательности Z на выходе блока 18 сложения-вычитания.

Число в счетчике 2 будет изменяться от величины Эд в соответствии с режимом работы счетчика 2.

При работе счетчика 2 в режиме сложения

Z

л . 1 - (2 Z d X/ « л

45 Z а„ + 1 (10)

Продифференцировав уравнение (10 ) и разделив переменные, получим

Z

(11)

Проинтегрировав (11 ) и , подставив пределы изменения переменных, полуSS чим

|Х

, (П)

еп2 do /о ,

откуда

Z о

(13 )

При работе счетчика 2 в режиме вычитания, проделав аналогичные преобразования, получим мпульсная последовательность dy тся управляемым делителем 15 оты dy - приращения импульсной последовательности у на выходе делителя 15; 2 коэффициент деления делителя 15 . абота элемента (фиг. 2,а; ывается уравнением dZ dy..+ dy dy g--приращения импульсной последовательности у2ь ходе элемента 26 вычитания. абота элемента 26 вычитания описыся уравнением У2 dZ - dy з уравнений (5) и (6) ) читывая (1),(2), (3) и (4) Z.djc ) К т К« ш да Z Kg- X m -X в том случае, если блок 18 сложе ния-вычитания работает в режиме ело жёния (фиг, 2,6}, канал формировани аппроксимирующей функции воспроизво дит функцию вида Здесь знак - в показателе Степ ни при работе счетчика 2 в режиме суммирования, - при работе счетчика 2 в вычитающем режиме. Если же блок 18 сложения-вычитан работает в режиме вычитания (фиг.2, воспроизводимая функция имеет вид о( Здесь знак + в показателе степ ни при работе счетчика 2 в режиме суммирования, а знак - - в режиме вычитания. Аналогичные функции воспроизводя ся каналом коррекции. Импульсные последовательности,сформированные каналами воспроизведения аппроксимирующей и корректирующей функции, поступают на соответствующие входы блока 20 сложения-вычитания, выполненной как показано на фиг. 2,г. Ре ,зультирующая импульсная последовате льность интегрируется счетчиком 4, в котором фиксируется результат преобразования. В предлагаемом преобразователе раоиирен класс аппроксимирующих функций и введен канал коррекции, которые позволяют, сохраняя те же у лы аппроксимации, уменьшить погретиность аппроксимации. Предлагаемый преобразователь, кр ме воспроизведения функции вида у„ ах, воспроизводит функций вид -() Таким образом, класс воспроизводимых функций значительно расширен, а следовательно, расширены и функциональные возможности преобразовател Кроме того, указанный характер показателя степени позволяет пошлсить точность приближения за счет более точного, чем у известного уст ройства, задания показателя степени Формула изобретения Измерительный функциональный пре обра обатель, содержащий счетчик, первая Группа выходов которого через Дешифратор подключена к входу . блока памяти, первый реверсивный сч чик, первый и второй блоки элементо совпадения, первый и второй элементы ИЛИ, первый управляемый делитель частоты, выход которого соединен с первым входом первого блока сложениявычитания импульсных последовательностей выход которого подключен к сигнальному входу первого реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с первым выходом блока памяти первая группа выходов которого соединена с группой входов первого управляемого делителя частоты, к входу которого через первый элемент ИЛИ подключены первого блока, элементов совпадения:, первая группа входов которого соединена с выходами разрядов первого реверсивного счетчика и первой группой входов второго блока элементов совпадения , вторая,группа входов которого. соединена с второй группой входов первого блока элементов совпадения и с второй группой выходов счетчика, выходы второго блока элементов совпадения подключены к входам второго элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения функций и расширения функциональных возможностей преобраэ(рвателя, в него введены второй и третий реверсивные счетчики, третий и четвертый блоки элементов совпадения, третий и четвертый элементы ИЛИ, второй, третий и четвертый управляемые делители частоты, второй и третий блоки сложения-шлчитания импульсных последовательностей, причем первый вход второго блока сложениявычитания соединён с выходом второго управляемого делителя частоты, второй вход с выходом третьего управляемого делителя частоты, а выход с сигнальным входом второго реверсивного счетчика и первым входом третьего сложения-вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого блока сложения-вычитания, а выход соединен с сигнальным входом третьего реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с вторым выходом блока памяти, вторая группа выходов которого соединена с информационными входами третьего реверсивного счетчика, третья .группа выходов блока памяти соединена с информационными входами первого реверсивного счетчика, четвертая группа выходов 6iioKa памяти соединена с информационными входами четвертого управляемого делителя частоты, вход которого .соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход - с вторым входом первого блока сложениявычитания, пятая группа выходов блока памяти соединена с информационными входами второго управляемого делителя частоты, шестая группа выходов подключена к информационным входам второго реверсивного счетчика, седьмая группа выходов блока памяти соединена с информационными входами третьегб управляемого делителя частоты, третий выход блока памяти подключен к установочному входу второго реверсивного счетчика, выходы разрядов кбторого соединены с первой группой входов третьего блока совпадения, вторая группа входов которого соединена с второй группой выходов счетчика и с первой группой входов четвертого блока элементов совпадения, вторая группа входов которого подключена к выходам разрядов второго реверсивного счетчика

выходы третьего блока элементов совпадения через третий элемент ИЛИ подключены к входу второго управляемого делителя частоты, выходы четвертого блока элементов совпадения соединены через четвертый элемент ИЛИ с входом третьего управляемого делителя частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Гйльман Г.Г., Иохельсон Е.Д., Лихтциндер Б.Я., Широков С.М. Цифровой функциональный преобразователь для многоканальных измерительных систем. - Приборы и системы уп1равления, 1978, № 10, с. 30-32.

2.Авторское свидетельство СССР № 674008, кл. Н 03 К 13/20, 1979.

25

гц fj

гь

П