Устройство для обработки сигналов частотных датчиков
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ, содержащее входной формирователь, вход которого является вводом устройства, процессор, первый и второй счетчики, первый и второй элементы И, триггер, элемент Ш1И и генератор образцовой частоты, выход которого соединен через первый элемент И со счетным входом первого счетчика, выход последнего подключен к первому входу процессора, выход элемента ИЛИ соединен с D -входом триггера, прямой выход которого через второй элемент И соединен со счетным входом второго счетчика, инверсный выход триггера соединен с вторым входом процессорау третий вход последнего подключен к выходувторого счетчика , отличающееся тем. что, с целью повышения точности измерения и достоверности полученной информации в него введены таймер, делитель, коммутатор, элемент задержки , элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом выход генератора образцовой частоты соединен с первым входом таймера и через делитель с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом входного формирователя, третий вход коммутатора подключен к первому выходу процессора , выход коммутатора, соединен с вторым входом второго элемента И через элемент задержки и с входом триггера непосредственно, прямой 1 выход которого подключен к второму входу первого счетчика и первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,второй вход которого соединен с выходом таймера, четвертьм входом процессора и первым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход процессора подю ключен к второму входу таймера,третий выход процессора соединен с вхо00 дами Сброс второго и первого счето ел чиков, знаковый выход первого счетчика подключен к второму входу элемента ИЛИ, четвертый выход процессора является информа.ционным выходом устройства.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ и Ю
РЕСПУБЛИК дамбу С 01 R 23/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
:; .".с „. " (."
:"": с,с
II(A .с..J j .
К АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3522777/18-21 (22) !3.12.82 (46) 07.09.84. Бюл. У 33 (72) З.В. Ивановская и А.Ф. Иахота (71) Харьковский ордена Трудового
Красного Знамени институт радиоэлектроники (53) 621.317 (088 .8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Ис 657363, кл. G 01 R 23/00, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР
1!с 788018, кп. G 01 R 23/02, 1980 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДНЯ ОБРАБОТКИ
СИГНАЛОВ ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ, содержащее входной формирователь, вход которого является входом устройства, процессор, первый и второй счетчики, первый и второй элементы И, триггер, элемент ИЛИ и генератор образцовой частоты, выход которого соединен через первый элемент И со счетным входом первого счетчика, выход последнего подключен к первому входу процессора, выход элемента ИЛИ соединен с 1) -входом триггера, прямой выход которого через второй элемент И соединен со счетным входом второго счетчика, инверсный выход триггера соединен с вторым входом процессора, третий вход последнего подключен к выходу. второго счетчика, отличающееся тем, „„SU„„1112305 А что, с целью повышения точности измерения и достоверности полученной информации в него введены таймер, делитель, коммутатор, элемент задержки, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом выход генератора образцовой частоты соединен с первым входом таймера и через делитель с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом входного формирователя, третий вход коммутатора подключен к первому выходу процессора, выход коммутатора соединен с вторым входом второго элемента И через элемент задержки и с входом триггера непосредственно, прямой выход которого подключен к второму входу первого счетчика и первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,второй вход которого соединен с выходом таймера, четвертым входом процессора и первым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента И, второй. выход процессора подключен к второму входу таймера,третий выход процессора соединен с входами "Сброс" второго и первого счетчиков, знаковый выход первого счетчика подключен к второму входу элемента ИЛИ, четвертый выход процессора является информационным выходом устройства. где ьд — время измерения для датчика, имеющего крутизну характеристи 1
1 р — стандартный интервал времени измерения,зависящий от необходимой разрешающей способности, ою — крутизна характеристики образцового датчика.
В счетчике после окончания измерения записано значение измеряемогс 35 параметра Р где О(р) — частота, получаемая с
40 частотного датчика при значении параметра Р; — ошибка измерения параметров от неидеальности, характеристики датчика, 45 обусловленная величиной частоты на его выходе, равной f, при значении измеряемого параметра, равном нулю С73;
Недостаток устройства — низкая достоверность информации при обеспечении быстродействия, .обусловленного применением способа измерения частоты путем непосредственного счета импуль-55 сов измеряемой частоты.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является
1 7772
Изобретение относится к автоматике и цифровой измерительной технике и предназначено для автоматической коррекции погрешности измерения ,сигналов частотных датчиков.
Известно устройство для обработки сигналов частотных датчиков, содержа щеа входной формирователь, элемент
2И-2ИЛИ, генератор эталонных импульсов, элемент И, счетчик, выходной регистр, блок индикации, схему контроля, таймер, блок управления, три группы элементов И, входы управления от ЦВМ. В данном устройстве достигается автоматическая коррекция результата измерения в зависимости от параметров установленого частотного датчика. При этом время измерения, определяется из соотношеI ния
305 2 устройство для измерения частоты и периода гармонического сигнала, которым осуществляется одновременный счет импульсов образцовой и неизвестной частот, содержащее процессор, два счетчика, два дешнфратора кодов, семь элементов И, элемент ИЛИ, три триггера, генератор образцовой частоты и входной формирователь, вход устройства через входной формирователь соединен с первыми входами третьего и шестого элементов И, второй вход последнего соединен с вьиодои процессора, а выход - с первым входом второго триг гера, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, его инверсный выход соединен с первым входом процессора, а его прямой выход соеди нен с вторым входом третьего элемента И и первым входом второго эле" мента И, у которого, s свою очередь, второй вход соединен с выходом генератора образцовой частоты, а выход .через седьмой элемент И соединен с первым входои элемента ИЛИ, через первый элемент И, первый триггер и пятый элемент И вЂ” с вторым входом элемента ИЛИ и, кроме того, со счетным входои первого счетчика, выход которого соединен с вторым входом процессора и через первый дешифратор - с вторыи входом первого элеиента И, кроме того, выход третьего элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И, вторым входом пятого элемента И и счетныи входом второго счетчика, выход которого соединен с третьим входом процессора и входом второго дешифратора, выход которого, в свою очередь, соединен с вторым входои четвертого элемента И, у которого выход через третий триггер соединен с вторым входом седьмого элемента И С2 3.
Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная отсутствием автоматической коррекции режима изиерения в зависимости от крутизны характеристики конкретного датчика, что может привести к погрешности, превьппающей допустимую.
Кроме того, в известном устройстве не предусмотрен автоиэгический контроль, что снижает достоверность результатов измерения и надежность функционирования устройства.
3 1
Цель изобретения — повышение точности измерения и повышение достоверности получаемой информации.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обработки игналов частотных датчиков, содержащее входной формирователь, вход которого является входом устройства, процессор, первый и второй счетчики, первый и второй элементы И, триггер, элемент ИЛИ и генератор образцовой частоты, выход которого соединен через первый элемент И со счетным входом первого счетчика, выход последнего подключен к первому входу процессора, выход элемента ИЛИ соединен с Ъ -входом триггера, прямой выход которого через второй элемент И соединен со счетным входом, второго счетчика, инверсный выхбд триггера соединен с вторым входом процессора, третий вход последнего подключен к выходу второго счетчика, введены таймер, делитель, коммутатор элемент задержки, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом выход генератора образцовой частоты соединен с первым входом таймера и через делитель с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом входного формирователя, третий вход коммутатора подключен к первому выходу процессора, выход коммутатора соединен с вторым входом второго элемента И через элемент задержки и с входом триггера непосредственно, прямой выход которого подключен к второму входу первого счетчика и пер вому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом таймера, четвертым входом процессора и первым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход процессора подключен к второму входу таймера, третий выход процессора соединен с входами "Сброс" второго и первого счетчиков, знаковый выход первого счетчика подключен к второму входу элемента ИЛИ, четвертый выход процессора является информационным выходом устройства.
112305 4
Устройство для обработки сигналов, частотных датчиков содержит процессор 1, первый 2 и второй 3 счетчики, первый 4 и второй 5 элементы И, триггер 6, элемент ИЛИ 7, входной формирователь 8, генератор 9 образцовой частоты, элемент 10 задержки, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 коммута тор 12, таймер 13, делитель 14, вход 15 и выход 16 устройства.
t0 образом.
При единичном уровне сигнала на
Выход генератора 9 соединен через первый элемент И 4 со счетным входом первого счетчика 2, выход иоследнего соединен с первым !
5 входом процессора 1 выход элеменФ та 7 соединен с D -входом триггера 6, прямой выход которого через второй элемент И 5 соединен со счетным входом второго счетчика 3, 20 инверсный выход триггера 6 соединен с вторым входом процессора 1, третий вход последнего соединен с выходом второго счетчика 3, выход генератора 9 — с первым входом таймера 13 и через делитель 14 — с первым входом коммутатора 12, второй. вход которого соединен с выходом входного формирователя 8, третий вход коммутатора 12 подключен к пер30 вому выходу процессора 1 выход комЭ мутатора 12 соединен через элемент 10 задержки с вторым входом второго элемента 5 с входом С-триггера 6, прямой выход которого подключен к второму входу первого
З5 счетчика 2 и первому входу элемента 11, второй .вход которого соединен с выходом таймера 13, четвертым входом процессора 1 и первым входом элемента 7, а выход элемента l 1
40 соединен е вторым входом первого элемента 4, второй выход процессора
1 соединен с вторым входом -таймера
13, третий выход процессора 1 соединен с входами "Сброс" счетчиков 2 и
45 3
3, а знаковый выход первого счетчика
2 соединен с вторым входом элемента 7, четвертый выход процессора 1 является информационным выходом устройства.
Устройство работает следующим
На фиг.1 показана схема устройства для обработки сигналов частотных датчиков, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устрой- ства. первом выходе процессора 1 осуществляется режим измерения, когда сигнал с входа 1.5 через входной формирователь 8 и коммутатор 12 поступает на вход элемента 10 задержки и
С-вход триггера 6, на 0-входе ко11 торого, а следовательно, и прямом выходе установлен нулевой уровень.
Перед началом измерения импульсом с третьего выхода процессора 1 первый 2 и второй 3 счетчики устанавливаются в нулевое состояние, первый счетчик 2 нулевым уровнем на входе управления реверсом переве. ден в режим вычитания.
После занесения значения временного интервала, вычисленного процессором 1, исходя из крутизны характеристики примененного частотного датчика, что осуществляется по цепи второй выход процессора 1 информационный (второй) вход таймера 13, на выходе таймера 13 устанавливается единичный уровень, который подготавливает к установке в единичное состояние триггер 6 и через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 разрешает прохождение импульсов образцовой частоты через первый элемент И 4 на счетный вход первого счетчика 2, которые вьгчитаются из содержимого этого счетчика. На его знаковом выходе после первого же поступившего импульса устанавливается единичный уровень (энак "-"). Режим сохраняется до прихода первого импульса с вход ного формирователя 8.
По приходу первого импульса на
С-вход триггера 6 на его прямом выходе появляется единичный уровень, который в сочетании с единичным уровнем на выходе таймера 13 запрещает прохождение импульсов образцовой частоты на счетный вход первого счетчика 2, при этом первый счетчик 2 устанавливается в режим суммирования и разрешает прохождение импульсов с выхода элемента 10 задержки через второй элемент И 5 на счетный вход второго счетчика 3. Процесс вычисления продолжается до окончания временного интервала, формируемого таймером 13.
После окончания формирования заданного временного интервала на выходе таймера 13 устанавливается нулевой уровень, который разрешает прохождение импульсов образцовой частоты на счетный вход первого счетчика 2, суммирующего эти импульсь
Когда на его знаковом (втором) выходе появляется нулевой уровень, на
0-входе триггера 6 появляется "0" и триггер 6 по первому же импульсу, поступающему на С-вход, устанавли 2305 6 вается в нулевое состояние, после чего запрещается прохождение импуль сов на счетные входы первого 2 и второго 3 счетчиков.
Таким образом, время измерения
Тщ„ не меньше заданного временногб чнтервала 1„ам Ъ \ мм6 " айви«27», . где Т» - период импульсов на выходе входного формирователя 8.
Это условие гарантирует достижение требуемой точности определения параметра.
ПРоцессоР, определяющий по состоянию триггера 6 и таймера 13 конец измерения, по содержимым первого 2 и второго 3 счетчиков вычисляет частоту » сигнала частотного датчика
И
4 Т, и .Й,Ч. где М вЂ” содержимое второго счет25 чика 3, N > — содержимое первого счетчика 2, То - период следования импульсов образцовой частоты, а вепичину самого параметра — по выражению (2).
В режим контроля устройство переводится нулевым уровнем на первом выходе процессора, при этом на выходе коммутатора 12 появляются импульсы заданной частоты с выхода делителя 14. В остальном работа устРойства протекает аналогично описанному. После вычисления частоты им пульсов, поступающих с делителя 14, она сравнивается с известным ее значением и если измеренное и известное значение равны, устройство готово к работе. Полученная информа. ция может быть через выход 16 переда на к другим устройствам для отображения или дальнейшей обработки, например для формирования управляюще го сигнала в системе автоматичес кого регулирования.
В известном устройстве разрешающая способность измерения определяется дешифраторами кодов и задается при изготовлении устройства. Воэможность ее автоматического изменения отсутствует. Однако при обработке сигналов частотных датчиков конечной величиной является не частота, а значение параметра. При этом пог112305 8
В предлагаемом устройстве для достижения указанных показателей время измерения составляет,л f 4
ИЪМ У lР f,ДP S
j )++Pa P c
Ф дЕ о р ьР
Из (6) видно, что задание фиксированного значения разрешающей способности измерения частоты не гарантирует требуемой точности определения параметра,. беэ предварительного подбора датчика по крутизне характеристики 5 Если разрешающая способность выбрана, исходя из применения датчика с крутизной характеристики S „, то для датчиков с крутизной характеристики, меньшей образцовой $c Qygp абсолютная погрешность выше допустимой.
Таким образом, для датчиков с !
Ь с Яз требуемая точность определения параметра достигнута не будет.
Этого можно избежать, если разрешающую способность в известном устройстве задать, исходя из минимально возможного значения крутизны З5 характеристик датчиков $(, ц
Однако из (1) следует, что при этом в большинстве случаев (S>g (ин имеет место избыточное время измерения. 40
Благодаря введенным блокам и взаимосвязям в предлагаемом устрой-. стве достигается требуемая точность независимо от параметров частотного датчика. К тому же, благодаря автоматическому контролю, охватывающему все блоки устройства (кроме входного формирователя), достигается высокая достоверность получаемых результатов. .50
Известное устройство предназначено для измерения температуры в точных технологических процессах.
При разрешающей способности 0,001 С и образцовой частоте 25 МГц время измерения превышает 1 с и зависит от крутизны характеристики примененного датчика.
7 1 решность вычисления параметра определяется погрешностью измерения частоты и крутизной характеристики где и У вЂ” погрешность измерения частоты, a P — погрешность вычисления параметра.
Тогда, вычтя (2) из (5), получим
1 где У -, измеряемая частота; образцовая частота, . Для датчика с крутизной характеристики 1000 Гц/ Ñ и максимальной резонансной частотой 5 МГц время измерения, необходимое для достижения. заданной точности, составляет
840 1
26 (ю 0(004 400О Как показали экспериментальные исследования для формирования управляющего воздействия по пропорционально-интеFpально-дифференциальному закону в системе автоматичес" кого регулирования температуры при выращивании монокристаллов достаточно 50 мс. Предлагаемое устройство по сравнению с базовым позволяет уменьшить время измерения. Увеличивая образцовую частоту, можно во столько же раз уменьшить время измерения, кроме того, программное выполнение алгоритма позволяет применять адаптивные методы измерения в зависимости от значения измеряемой частоты. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет достичь существенно большего быстоопействия, что важно в случае применения его в системах регулирования. Другим важным достоинством по сравнению с устройством обработки сигналов частотных датчиков ИТ-1 является наличие внутреннего процессора, котогый позволяет существенно расширить его возможности (применение адаптивных алгоритмов, статической обработки, вычисление сопутствующих величин, например требуемого регулирующего воздействия в системе автоматического регулирования). Предлагаемое устройство может най" ти широкое применение для таких областей, как прецизионное измерение температуры, давления, толщины осаждаемой пленки, измеряемых с помощью частотных датчиков с целью автоматического регулирования величины пара метров в технологическом процессе. 1112305 Фцг.1 1112305 Ниход Еяока У Выход 2 Флака 1 8ьцод 5 длока ! Вкхоо блока !3 Выход зи. Юлока 2 Оыход олока Я Редактор А. Мотыпь Заказ 6453/31 доход блоат 8 Выход длока Ф Ввиод 1 К/ИВ© 1 дьиоо пр. Ьюка b Выход Ьюка !! Выход Ьюка 9 Составитель В. Канута Техред Т.Фанта Корректор M. Максимипвнец Тираа 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рауйская наб. ° д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Уагород, ул. Проектная,4
