Устройство для формирования напряжения,пропорционального логарифму интервала времени

 

УСТРОЙСТВО .ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ЛОГАРИФМУ ИНТЕРВАЛА ВРЕГ1ЕНИ, содержавтее блок управления, формирователь характерис- . тики логарифма, формирователь мантиссы логарифма, блок суммирования, первый вход которого соединен с выходом интегратора формирователя мантиссы логарифм.а, а второй вход соединен с выходом преобразователя код-аналогформирователя характеристики логарифма , третий вход соединен с первым выходом блока управления, первый выход которого соединен через-элемент И со счетным входом счетчика форми рователя характеристики логарифма, а второй выход соединен с входом сброса упомянутого счетчика, третий вьаход соединен с управляющим входом логического блока формирователя характеристики логарифма, причем выходы счетчика формирователя характеристики логарифма через логический блок формироэателя характеристики логарифма соединены с входами преобразователя код-аналог, управляющий выход упомянутого логического блока соединен с одним из вхрдов блока управления. Два других входа которого через формирователи начала и конца измерения соединены с входами устройства, о т л и ч.а ю щ е е с я тем, что, с целью расяаирения функциональных возможностей, в .формирователь характеристики логарифма введен генератор импульсов эталонной частоты, выход которого соединен с вторым входом элемента И, а формирователь мантиссы логарифма выполнен в виде управляемого резистивного делителя, средняя точка которого соединена через ключ с входом операционного усилителя, выход которого через параллельное соединение N цепей из последовательно включенных резисторов и ключей соединен с входом интегратора с параллельно включенны11 ш N конденсаторами и ключами сброса, причем урравлякидие входы ключей сброса соединены с вторым выходо.м блока управления, управляющие входы ключей N резистивных цепей соединены с дами преобразователя код -аналог, а 2 управляющий вход ключа операционного усилителя соединен с третьим выходом блока управления, два плеча управляемого реэистивного делителя образованы постоянно включенными резисторами ОО 00 и подключенными параллельно им через ключи управляемым компаратором,дополнительными резисторами, первый вход а компаратора соединен с выходом ин-. тегратора, с первым входом управляесо мого резистивного делителя, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, при .этом.втогюй вход компаратора является установочным .; . .

СО03 СОВЕТСНИХ

Йц

РЕСПУБЛИК

3(0 G 01 R 23/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

OCVj5APCTBEHHblA HOMNTET CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3257803/18-21 (22) 09.03.81 (46) 23.04.83. Бюл. Р 15 (72) А.В.Богословский (71) Киевский институт, автоматики им.ХХЧ съезда КПСС (53) 621 ° 317(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 516967, кл. G 01 R 23/06, 1974. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ЛОГАРИФМУ ИНТЕРВАЛА ВРЕИЕНИ, содержащее блок управления, формирователь характеристики логарифма, формирователь мантиссы логарифма, блок суммирования, первый вход которого соединен с выходом интегратора формирователя мантиссы логарифма, а второй вход соединен с выходом преобразователя код-аналог формирователя характеристики логарифма, третий вход соединен с первым выходом блока управления, первый выход которого соединен через-элемент

Ц со счетным входом счетчика форми-. рователя характеристики логарифма, а второй выход соединен с входом сброса упомянутого счетчика, третий выход соединен с управляющим входом логического блока формирователя характеристики логарифма, причем выходы счетчика формирователя характеристики логарифма через логический блок Формирователя характеристики логарифма соединены с входами преобразователя код-аналог, управляющий выход упомянутого логического блока соединен с одним иэ вхрдов блока управления, два других входа которого через формирователи

„„SU„„1013869 начала и конца измерения соединены с входами устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в .формирователь характеристики логарифма введен генератор импульсов эталонной частоты, выход которого соединен с вторым входом элемента И, а формирователь мантиссы логарифма вы-. полнен в виде управляемого резистнвного делителя, средняя точка которого соединена через ключ с входом операционного усилителя, выход которого через параллельное соединение N цепей из последовательно включенных резисторов и ключей соединен с входом интегратора с параллельно включенными I

М конденсаторами и ключами сброса, причем управляющие входы .ключей сброса соединены с вторим -выходом блока управления,.управляющие входы ключей С„, К реэистивных цепей соединены с вхо.-! дами преобразователя код-.аналог, а Я управляющий вход ключа операционного усилителя соединен с третьим выходом блока управления, два плеча управляемого реэистивного делителя образованы постоянно включенными резисторами и подключенными параллельно им через фф ключи управляемым компаратором,дополнительными резисторами, первый вход компаратора соединен с выходом ин- ф тегратора, с первым входом управляе- Щ мого резистивного делителя, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, при этом. второй вход компаратора является установочным.

1013869

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования сигналов датчиков . интервалов времени в аналоговый сигнал»

Известно устройство для формирова- 5 ния напряжения, пропорционального логарифму частоты импульсов, содержащее блок управления, формирователи характеристики и мантиссы логарифма, соединенные с блоком суммирования 1).iO

Однако известное устройство не позволяет обрабатывать единичные интервалы.

Цепь изобретения — расширение функциональных воэможностей. 15

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования напряжения, пропорционального логарифму интервала времени, содержащее блок управления, формирователь характеристики логарифма, формирователь мантиссы логарифма, блок сумми рования, первый вход которого соединен с выходом интегратора формирователя мантиссы логарифма, а второй вход соединен с выходом преобразователя код-аналог формирователя характеристики логарифма, третий вход соединен с первым выходом блока управления, первый выход которого соединен через элемент И со счетным входом счетчика форг.ирователя характеристики логарифма,, а второй выход соединен с входом сброса упомянутого счетчика, третий выход соединен с управляющим входом логического блока формирова- 35 теля характеристики логарифма, причем выходы счетчика формирователя характеристики логарифма через логический блок формирователя характеристики логарифма соединены с входами преобразователя код-аналог, управляющий выход упомянутого логического блока соединен с одним из входов блока управления, два других входа которого через формирователи начала и конца из- 4 мерения соединены с входами устройст45 ва, в формирователь характеристики логарифма введен генератор импульсов эталонной частоты, выход которого соединен с вторым входом элемента И, а формирователь мантиссы логарифма выполнен в виде управляемого резистивного делителя, средняя точка которого соединена через ключ с входом операционного усилителя, выход кото-. рого через параллельное соединение N цепей из последовательно включенных резисторов M ключей соединен с входом интегратора с параллельно включенными и конденсаторами и ключами сброса, причем управляющие входы ключей сбро-60 са соединены с вторым выходом блока управления, управляющие входы ключей

М резистивных цепей соединены с входами преобразователя код-аналог, а управляющий вход ключа операционно-65 го усилителя соединен с третьим выходом блока управления, два плеча управляемого резистивного делителя образованы постоянно включенными резисгорами и подключенными параллельно им через ключи управляемым комгаратором„ дополнительными резисторами, первый вход компаратора соединен с выходом интегратора, с первым входом управляемого резистивного делителя, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения,при этом второй вход компаратора является установочным.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для формирования напряжения, пропорционального логарифму интервала времени; на фиг.2 — временная диаграмма работы устройства.

Устройство для формирования на.пряжения, пропорционального логарифму интервала времени содержит входной блок 1, включающий формирователь

2 начала измерения, формирователь

3 конца измерения, блок 4 управления формирователь 5 характеристики логарифма, включающий элемент И 6, генератор 7 высокочастотных импульсов эталонной частоты, счетчик 8, логический блок 9, преобразователь 10 код-аналог, формирователь 11 мантиссы логарифма, включающий ключи 12-15, источник 16 опорного напряжения, резистор 17, ключ 18, операционный усилитель 19, резистор 20, ключ 21, резисторы 22-24, ключ 25, компаратор

26, источник 27 стабильного напряжения, резисторы 28-29, интегратор 30„ конденсаторы 31-32, блок 33 суммирования, включающий резистор 34, ключ

35, резистор 36, операционный усилитель 37, конденсатор 38. Резисторы

17, 2", 23, 24, ключи 21 и 25 образуют управляемлй резистивный делитель. . Работа устройства может быть раз— бита на 4 такта (фиг.2) . с момента поступления начального импульса до момента поступления импульса, соответст вующего концу измеряемого интервала. с момента поступления импульса, соответствующего концу измеряемого интервала времени, до момента, когда на вход счетчика 8 поступит импульс оТ генератора 7, имеющий номер

N 2 ., где n — целое число. и с момент а поступления н а вход счетчика 8 импульса

N =2 до момента окончания перезаписи информации в блок 33 суммирования и запоминания. Интервал

М

1013869 постоянен и orðeäåëÿåòñÿ параметрами устройства. с момента окончания перез + записи измерительной информации до момента окончания подготовки к работе 5 в следующем измерительном цикле. Интервал t — IIOстоянен и определяется временем, необходимым для подготовки устройства.

При поступлении на вход формирователя 2 импульса, соответствующего началу измеряемого интервала, он срабатывает и через блок 4 подает логическую "единицу" на элемент И 6. 1

После этого импульсы с выхода генератора 7, имеющие частоту повторения

1 н ачин ают поступ ат ь на счетчик о

8, который был предварительно установлен в нулевое исходное состояние.

Счетчик 8 управляет логическим блоком 9, который построен так, что на одном из его выходов формируется логическая "единица". Это происходит тогда, когда в счетчик 8 двоичным кодом записано число, большее или равное 2 и меньшее, чем 2

Сигналы с выходов логического блока 9 поступают на входы преобразователя код-аналог 10 и устанавливают его в положение, при котором его выходной ток будет равен пЪ . Те же сигналы, замыкая соответствующий ключ из группы 14-15, подключают ко входу интегратора 30 цепь, состоящую из резистора, входящего в группу 28- 35

29, и соединенного с ним конденсатора из группы 31-32. Постоянная времени включенной ЙС -цепи выбирается равной aL Т 2, где с а= постоянный и . коэффициент. 40

При поступлении импульса, соответствующего концу измеряемого интервала, срабатывае формирователь 3 и через блок 4 включает ключ 18. Воздействук.. через управляющий вход блока 9, блок

4 подготавливает его к срабатыванию при поступлении на счетчик 8 импульса, имеющего номер 2

После включения ключа 18 на вход операционного усилителя 19 через резистор 17 начинает поступать постоянный ток от источника 16 опорного напряжения. На выходе усилителя 19 устанавливается начальное напряжение

09, под действием которого напряжение Оэп на выходе интегратора 30 начинает возрастать. Начальная скорость нарастания напряжения определяется опорным напряжением и постоянной времени подключенной RC â€, цепи, сос- . тоящей из резистора, вхсдящего в 60 группу 28-29, и конденсатора, входящего в группу 31-32. Вследствие положительной обратной связи с выхода интегратора 30 на вход операционного усилителя 19 напряжение Оэо будет нарастать со все увеличивакщейся скоростью. Процесс продолжается до поступления на вход счетчика 8 импульП са, имеющего И =2, после чего ключ

18 и ключ из группы 14-15 отключается. В результате интегратор 30 переводится в режим запоминания. Одновременно под действием сигнала, поступающего с блока 4, замыкается ключ 35 блока 33. При этом информация, поступающая с выхода интегратора 30 и с выхода преобразователя код-аналог 10, суммируется и перезаписывается в блок

33 и, после отключения ключа 35, за-. поминается. отключение ключа 35 осуществляется по команде блока 4, выдаваемой по истечении времени, которое достаточно для перезаписи.

Затем блок 4 выдает команду на ус- тановку счетчика 8 в исходное нулевое состояние и включение ключей 12-13, предназначенных для разряда конденса- торов 31-32. По истечении заданного времени сигнал "Установки на "ноль" снимается и устройство переводится в режим ожидания очередного начального импульса для работы в следующем измерительном цикле.

Компаратор 26 совместно с источником 27 стабильного напряжения резисторами 20 и 24 ключами 21 и .25 корректирует характеристику интегратора, уменьшая погрешность формирования мантиссы.

Математические соотношения, лежащие в основе действия устройства.

Примем следующие обозначения:

+z — частота следования импульсов на выходе генератора 7;

Т вЂ” период следования импульсов на выходе генератора 7;

Т вЂ” время между начальным и конечным импульсами измеряемого интервала;

 — время с момента поступления конечного импульса до момента поступления на вход счетчика

8 импульса с номером 2 р

0Ь вЂ” символ бинарного (при.основа. нии 2 ) логарифма, Т вЂ” интервал времени, принятый эа условную единицу постоянная времени РС -цепи интегратора;

9 — масштабный коэффициент в формуле

U = 8 РЬ т/Т1, (1 которая описыв ает номин альную ст атическую характеристику устройстра.

Как следует из диаграммы (Фиг.2) время преобразования без учета времени перезаписи и подготовки „.стройства к работе в следующем измерительном цикле равно Т 2".

С другой стороны, оно равно T+8.

Поэтому можно записать

T+8=TО2 (2l где Š— напряжение источника опорно4

ro напряжения

Для упрощения выкладок цепи, свя;эанные с компаратором 26, не рассмат риваются. Учитывая, что сумма токов на входе интегрирующего операционного усилителя 30 равна нулю, запишем

М9

„+с =о. (В) Подставив в (8) 0 из C 7 ), получаем дифференциальное уравнение

US4) 2 ЗО

47 23

+С =О, (9) которое при начальных условиях U>z(o)=

= 0 имеет решение

9 (6) Rzz . т

0 1) =Е„((-e ), 11 где Р„„R, R —. сопротивление ре2Ъ э исторов 17, 22,2 3

R р соответственно; =С 2Э постоянная времеR

22 ни интегратора, учитыв ающая коэффициент передачи операционного усилителя 19.

Как видно, схема формирует напряжение, изменяющееся по экспоненциальному закону с положительным показателем.

При изменении 0 в пределах от 0 до е

-т 2п функция (= Ь " < аппрок— т 2"

9

Ф—

I / снмируется функцией Y =C (1-e ) .".ри

А условии, что t =0,7285 и C=1,01374.

Ошибка аппроксимации не превьпаает

0,5%. Ошибку аппроксимации можно уменьшить в 5-10 раз, если функцию

Л е д I представлять двумя эксО понентамй с разными параметрами и переходом с одной экспоненты на другую в середине участка т.е. при

8p 2 =1/4. Переключенйе экспонент и выполняет компаратор 26, управляющий ключами 21 и 25.

Изобретение может быть эффективно использовано, в частности, при автоматизации специальных газодинамических научно-исследовательских установок, в. которых датчики основных технологических параметров имеют частотно-импульсный или время-импульсный выход и должны обеспечить высокую точность и высокое быстродействие в широком диапазоне изменения регулируемых параметров .и динамических характеристик объектов управления.

S 1013869, Т =2" (.1- „(ь) Т2" о, и, после элеме нт арных преобразований, "лу"ить ЕЬ =п.ЕЬ 1- „(+у, . ф

Аргумент 8 функции =Й > " „:

Т 2 меняется в пределах от 0 до ТО2

1 0 10 пои этом выражение 1 „, .стоящее

2 под знаком бинарного логарифма, изме. няется от 1 до 0 5, а функция Y — от нуля до минус единицы.

Устройство должно формировать на выходе напряжение U, связанное с длительностью измеряемого интервала соотношением (1), которое можно пере записать так о=в (еъ — + еь — (Подставив в (5 ) выражение ЫЬ из (4 ), получим

Т о

9 о

V=6 n+eS 1- „)+lb (e)

-l

Из (6 ) следует, что для получения

) необходимо сформировать напряжения

U1= ПВ пропорциональное ха- "З рактеристике бинар ного логарифма; ц — пропорциональное =ВЙЬ (мантиссе бинарного .логарифма; 35 т, Ц =ВРЬ вЂ” — постоянное напряжеТ ние, величина которого зависит от выбранной частоты эапол40 няющих импульсов и величины интервала, принятого за единицу.

Напряжение 0; формируется с помощью преобразователя код-аналог 10 45 и блока 33. Напряжение 0< вырабатывается формирователем 11 мантиссы..

Напряжение 03 формируется путем подачи постоянного смещения на вход блока 33. 50

Напряжение Uz снимается с выхода интегратора 30. Оно пропорционально интегралу напряжения на выходе операционного усилителя 19, взятому эа время с момента замыкания ключа 18 55 и ключа иэ группы 14-15, и обратно

Пропорционально постоянной времени

R L, где R - -сопротивление резистора: нз группы 28-29, а С - емкость конденсатора из группы 31-32, соединен-,60 . ые с замкнутым ключом из группы 1415. Напряжение 0„9определяется из выражения

1g - 1 50 — + — + =О, (7)

22 П ZÚ

1013&б9

ВНИИПИ Заказ 3009/53

Тираж 708 Подписное

"Филиал ППП "Патент", rà.УжГорОД, ул.ПроектнаЯ,4