Функциональный преобразователь

 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий источник эталонного напряжения, подключенный первым вы- . ходом к сигнальному входу первого ключа соединенного выходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора , соединенного выходом с информационным входом блока выборкихранения , подключенного выходом к информационному входу преобразователя напряжения, в длительность импульса , выход которого соединен с первым управляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом - к второму входу интегратора, причем счетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхронизации, выходы которого соединены с управлякмцими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранения и преобразователя напряжения в длительность импульса и с вторым управляющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя, о т л и ч а ю (Л щ и и с я тем, что, с целью расшире-, ния класса воспроизводимых функций и повышения быстродействия функционального преобразователя, в него дополнительно введены коммутатор, распределитель импульсов и масштабирующая резисторная матрица, подключенная выходом к первому входу интегратора, а входами - к выходам коммутатора, соединенного информационными входами с выходами источника эталонного 00 напряжения, а управляющими входами.- 00 с выходами распределителя импульсов, подключенного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя напряжения в длительность импульса.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) a(S1) О 06 G 7/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3578976/18-24 (22) 11.04.83 (46) 07.08.84. Бюл. 29 (72) И.Ю.Сергеев, В.M.Ëóíèí, Ю.Н;Самарцев, В.К.Рощин, В.И.Русин, В.С.Артеменко, Ю.В.Бобков и О.Н.Гулак (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой

Октябрьской социалистическоч революции (53) 681.335(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР №679997, кл. G 06 С 7/26, .1977.

2. Авторское свидетельство СССР 935979, кл. G 06 G 7/26, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

-920766, кл. G 06 G 7/26, 1980 (прототип). (54)(57) ФУНКЦИОНАЛЬНЬ)Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, .содержащий источник эталонного напряжения, подключенный первым выходом к сигнальному входу первого ключа соединенного выходом с сигнальт ным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборкихранения, подключенного выходом к информационному входу преобразователя напряжения. в длительность импульса, выход которого соединен с первым управляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом — к второму входу интегратора, причем счетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхронизации, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранения и преобразователя напряжения в длительность импульса и с вторым управляющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя, о т л и ч а ю- шийся тем, что, с целью расшире-, ния класса воспроизводимых функций и повышения быстродействия функционального преобразователя, в него до- Я полнительно введены коммутатор, рас1 пределитель импульсов и масштабирующая резисторная матрица, подключенная выходом к первому входу интегратора, а входами — к выходам коммутатора, соединенного информационными входами с выходами источника эталонного напряжения, а управляющими входамис выходами распределителя импульсов, подключенного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя напряжения ф» в длительность импульса.

1107138

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для функционального преобразования, и может быть использовано при построении 5 информационно-измерительных систем и систем автоматического контроля.

Известен функциональный преобразователь, содержащий источник эталонного напряжения, ключи, конденса- 10 торы, интегратор, блок выборки-хранения и блок синхронизации 513.

Известен также функциональный преобразователь, содержащий источник эталонного напряжения, ключи, кон- 15 денсаторы, интеграторы, блоки выборки-хранения, блок вычитания, масштабный преобразователь и блок синхронизации C2 j.

Недостатком известных преобразо- 20 вателей является ограниченность функциональных возможностей, так как они не могут быть использованы для прямого преобразования электри-. ческой емкости в цифровой код. 2S

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержаший источник эталонного напряжения, подключенный первым выходом к сигнальному входу пер вого ключа, соединенного выходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборки-хранения, подключенного выходом к информационному входу преобразователя напряжения в длитель ность импульса, выход которого соединен с первым управляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом — к втоРому входу интегра- 45 тора, причем счетный (суммирующий). вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхрони зации, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранения и преобразоватепя напряжения в длительность импульса и с вторым управляющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя, причем вычитающий вход выходного счетчика подключен через делитель частоты к третьему выходу задающего генератора. Блок синхро— низации содержит формирователь временных сдвигов, счетчик-делитель частоты, дешифратор и элементы И и ИЛИ.

Известный функциональный преобразователь позволяет осуществлять прямое преобразование емкости конденсатора в цифровой код с одновременной коррекцией погрешностей от токов утечки ключей и измерительного конденсатора ГЗ 1.

Однако разделение работы на два этапа уменьшает быстродействие преобразователя по крайней мере в два раза. Кроме того, недостатком функционального преобразователя является ограниченность класса воспроизводимых функций, не позволяющая произ†водить линеаризацию характеристик различного рода емкостных датчиков которые находят применение в информационного-измерительных системах.

Цель изобретения — расширение класса воспроизводимых функций и повышение быстродействия функционального преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобра-. зователь, содержащий источник эталонного напряжения, подключенный первым выходом к сигнальному входу первого ключа, соединенного вы- ходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборки-хранения, подключенного выходом к информационному входу преобразователя напряжения в длительность импульса, выход которого соединен с первым управляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом — к второму входу интегратора, причем счетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхронизации, выходы которого соединены

1107! 38 с управляющими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранения и преобразователя напряжения в длительность импульса и с вторым управляющим входом выходного счетчи. ка соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального 10 преобразователя, дополнительно введены коммутатор, распределитель импульсов и масштабирующая резисторная матрица, подключенная выходом к первому входу интегратора, а входами — 15 к выходам коммутатора, соединенного информационными входами с выходами источника эталонного напряжения, а управляющими входами — с выходами распределителя импульсов, подключенного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя напряжения в длительность импульса. 25

На фиг.1 изображена блок-схема функционального преобразователя; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Функциональный преобразователь содержит источник 1 эталонного напряжения; первый 2 и второй 3 ключи интегратор 4, блок 5 выборки-хранения, преобразователь 6 напряжения в длительность импульса, третий 35 ключ 7., блок 8 синхронизации, задающий генератор 9, измерительный конденсатор 10, коммутатор 11, масштабирующую резисторную матрицу 12, распределитель 13 импульсов и выход- 40 ной счетчик 14. Блок 8 синхронизации содержит счетчики 15 и 16 и дешифратор 17.

Источник 1 эталонного напряжения подключен первым выходом к сигналь- 45 ному входу ключа 2, соединенного выходом с сигнальным входом ключа 3.

Ключ 3 подключен выходом к первому входу интегратора 4, соединенного выходом с информационным входом бло- 50 ка 5 выборки-хранения. Блок 5 подключен выходом к информационному входу преобразователя 6 напряжения в длительность импульсов, соединенно-. го выходом с первым управояющим вхо- 55 дом выходного счетчика 14 и с управляющим входом ключа 7. Ключ 7 подкл.очен сигнальным входом к второму выходу источника 1 эталонного напряжения, а выходом — к второму входу интегратора 4.

Счетный вход счетчика 14 соединен с первым выходом задающего генератора 9, подключенного BTopbIM выходом к входу опорной частоты блока 8 синхронизации. Выходы блока 8 соединены с управляющими входами ключей 2 и 3, блока 5 выборки-хранения, преобразователя 6 и с вторым управляющий входом счетчика 14 соответственно. Выход ключа 2 подключен к первой обкладке измерительного конденсатора 10, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя. Резисторная матрица 12 подключена выходом к первому входу интегратора 4, а входами— к выходам коммутатора 11, соединенного информационными входами с выходами источника 1 эталонного напряжения, а управляющими входами — с выходами распределителя 13 импульсов.

Входы распределителя 13 подключены к группе выходов блока 8 синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя 6.

Функциональный преобразователь работает циклично. В каждом цикле осуществляется: заряд конденсатора

10 от источника 1 эталонного напряжения (положительной полярности +Ер) через ключ 2 с последующим разрядом его на интегратор 4 через ключ 3; интегрирование интегратором 4 отрицательного напряжения -Ео ис точника

1 эталонного напряжения, поступающего через ключ 7 в течение времени

Т„, пропорционального напряжению на выходе блока 5 выборки-хранения; поочередное подключение каждого из резисторов матрицы 12 при помощи коммутатора 11 к источнику 1 эталонного напряжения (положительной или отрицательной полярности) на время, задаваемое распределителем 13 импульсов., выборка выходного напряжения интегратора 4 блоком 5 выборки-хранения с последующим запоминанием в течение времени цикла Т> подсчет счетчиком 14 импульсов задающего генератора 9 в течение време" " ни Тх.

Поочередное подключение каждого из резисторов матрицы 12 к источнику 1 эталонного напряжения осуществляется при помощи коммутатора 11, 1107138 управляемого распределителем 13 импульсов, который может представлять собой, например, дешифратор. Подключение резистивной матрицы 12 прекращается по окончании интервала времени Т .

На фиг.2 в качестве примеров приведены временные диаграммы токов:

?т„ — ток через реэистор Р интегратора 4 за время Т„, Л „ — ток разряда конденсатора 10, J< Д,...>Др— л > 8 токи, поступающие на первый вход интегратора 4 соответственно через резисторы 1„,, ...,Р„ матрицы 12 при заданной емкости С><= С> (в рассматри- 1 ваемом случае число резисторов в матрице 12 — восемь). Не зачернены импульсы тока, соответствующие значению

С„(С>< (C>„o а также приведены кривые функциональной зависимости кода > ч на выходе преобразователя от входного параметра P емкостного датчика, играющего роль конденсатора С1<. кривая 1 идеальная, 2 — без линеаризации, 3 с линеаризацией. В данном случае требуемая функциональная зависимость получена с помощью кусочно-линейной аппроксимации, имеющей восемь участков.

В зависимости от угла наклона каждогп участка кривой выбирается сопротив ЗО ление резистора и полярность подключаемого к нему напряжения. Протяженность участка определяется временем подключения соответствующего резистора. 35

В установившемся режиме, который наступает в функциональном преобразователе по истечении нескольких циклов (4-6 циклов), код на выходе счетчика 14 определяется из следующего 40 выражения, получаемого из условия баланса зарядов интегратора 4:

Ngb>y 1ЯоС>с+

gap Е; (1 ><-Ы Ь h(1 м-1.-)i Si и Ьм-1 1

Е « < 14. 2 где Š— напряжение источника 1 эта лонного напряжения 0 -- частота задающего генератора, 9 сопротивление интегратора

4 на втором входе (входе компенсации); напряжение источника 1 эталонного напряжения (+Fo или

-Е ), подключенного к i, -му резистору матрицы 12, сопротивление «.-ro резистор: матрицы 12, время от начала интервала компенсации Т> до р. -ro участка аппроксимации; знаковая функция з1л X (+1 при х)0, з1яп х -1 при хс0

Кроме того, преимуществом функционального преобразователя является повышение быстродействия (по:.крайней мере в 2-3 раза) за счет снижения длительности и цйкла работы и сокращения этапов уравновешивания до одного при сохранении погрешности преобразования на прежнем уровне;. причем возникающая при снижении длительностй цикла работы собственная нелинейность преобразователя может быть линеаризована соответствующим выбором параметров резисторов матрицы 12, позволяющим также минимизировать погрешности от токов утечки измерительного конденсатора и ключей.

Таким образом, предлагаемый функциональный преобразователь за счет соответствующего подбора резисторов матрицы 12 может воспроизводить различные функциональные зависимости, задаваемьк с требуемой точностью соответствующим числом участков кусочно-линейной аппроксимации, и, в частности, может быть использован для линеаризации характеристик емкостных датчиков. При этом матрица 12 может быть выполнена в виде сменного блока, в результате чего упрощается перестройка преобразования при смене вида воспроизводимой функции.

tЮ7 ЗЯ

Clos. 1

1107138

Cue. 2

Корректор И.Шулла

«т»

Х

47

788

Составитель С. Казинов

Редактор С. Пекарь Техред Т. Маточка

Заказ 5761/35 Тираж б99 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4