Квадратор

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Цель изобретения повьшение точности. Для достижения поставленной цели в преобразователь введены входной переключатель , три счетчика, три ключа, делитель частоты на два, преобразователь кода в широтно-импульсный сигнал и генератор управляющих сигналов. Применение предлагаемого квадратора позволяет проводить, высокочастотные измерения за счет существенного снижения его погрешности, обусловленной изменением коэффициента преобразовас $3 ния терморезонансного преобразователя напряжение - частота. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 06 G 7/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТЦЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3764064/24-24 (22) 29,06.84 (46) 07.10.86. Бюл. У 37 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов (72) В.Л. Аринштейн и А,Х. Славин .(53) 681.335.8 13(088.8)

:(56) Авторское свидетельство СССР

У 374612, кл. G 06 G 7/16, 1973.

Иалов В.В. Пьезореэонансные датчики. N. Энергия, 1978, с. 144-146.

„„SU„„ I 262529 А 1 (54) КВАДРАТОР (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Цель изобретения повышение точности. Для достижения поставленной цели в преобразователь введены входной переключатель, .три счетчика, три ключа, делитель частоты на два, преобразователь кода в широтно-импульсный сигнал и генератор управляющих сигналов.

Применение предлагаемого квадратора позволяет проводить высокочастотные измерения за счет существенного снижения его погрешности, обусловленной изменением коэффициента преобразоваCJ ния терморезонансного преобразователя напряжение — частота. 3 ил.

1262529

30 счетчика 12 длительность выходных им35

50

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, требующих квадратичное преобразование.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 приведена структурная схема квадратора, на фиг ° 2 — схема генератора управляющих сигналов; на фиг. 3 — временные диаграммы работы квадратора, Квадратор содержит входной пере- ключатель 1, термореэонансный преобразователь 2 напряжение — частота, преобразователь 3 кода в широтно-импульсный сигнал, деператор 4 опорной частоты, блок 5 вычитания частот, формирователь 6 импульсов, делитель

7 частоты на два, три ключа 8-10, три счетчика 11-13, генератор 14 управляющих сигналов, содержащий генератор 15 образцовой частоты, элемент И 16, два триггера 17 и 18, два счетчика 19-20 образцовой частоты, три ключа 21-23, формирователь 24 строба, информационный вход 25 квадратора, вход 26 запуска квадратора.

Устройство работает следующим об- разом, 5 !

О

Возведение входной величины в квадраты осуществляется в три такта. Началом первого такта является сигнал с входа запуска 26 квадратора, инициирующий начало цикла работы, который устанавливает в нулевое состояние счетчики 11-13, 19 и 20, а также триггер 17. Сигнал с прямого выхода триггера 17 поступает на информационный вход первого ключа 21 генератора управляющих импульсОв, разрешая прохождение на счетный вход счетчика 19 сигнала с выхода генера. тора 15 образцовой частоты. С выхода счетчика 19, выполняющего роль делителя частоты, сигнал поступает на вход триггера 18, работающего в режиме деления частоты на два, на прямом и инверсном выходах которого по.является напряжение вида "меандр с длительностью полуволны, равной,ц (фиг ° 3, диаграммы 6 и z ). С инверсного выхода триггера 18 этот сигнал поступает на счетный вход двоичного счетчика 20. Напряжение с выходовО и Q триггера 18, а также с выходов

Q1 первого и Я 2 второго разрядов счет. чика 20 используются для управления элемента И 16 и ключами 22 и 23 генератора управляющих сигналов. Схема построена таким образом, что на выходе элемента И 16, спустя промежуток времени t«,(равный г.„, ) после начала первого такта, появляется положительный импульс с длительностью равной 1,„. На выходах ключей 22 и 23 такие же импульсы возникают спустя промежутки времени 1„„ после начала второго и третьего тактов соответственно (фиг.3, диаграммы к, g „ и)

Напряжения с выходов элементов 16, 22 и 23 управляют соответственно работой первого 8, второго 9 и третьего 10 ключей. Таким образом, в течение первого такта ключи 9 и 10 остаются закрытыми и следовательно, содержимое второго счетчика 12 в течение всего первого такта остается равным нулю, Нулевой код с выхода второго счетчика 12 поступает на преобразователь 3 кода в широтно-импульсный сигнал, который вырабатывает на своем выходе последовательность импульсов, частота повторения и амплитуда которых стабилизированы, а длительность пропорциональна коду, поступающему с выхода второго счетчика 12. При нулевом коде на выходе пульсов преобразователя 3 кода в широтно-импульсный сигнал равна нулю, т.е. его выходное напряжение равно нулю, Входной переключатель 1 управляется напряжением с выхода И 1 счетчика

20. Как видно из временной диаграммы (фиг.3, диаграмма д ) в течение первого и третьего тактов входной переключатель 1 находится в положении 2, а в течение второго такта — в положении 1. Следовательно, в течение всего первого такта на первый нагреватель терморезонансного преобразователя 2 напряжение-частота поступает нулевое напряжение с выхода преобразователя 3 кода в широтно-импульсный сигнал. Терморезонансный преобразователь 2 напряжение — частота является входным звеном замкну+ той системы автоматического регулирования, которая содержит блоки 2, 4, 5 и 6 и работает следующим образсм, Блок 5 вычитания частот, являющийся различающим элементом системы регулирования, вырабатывает последовательность импульсов с частотой следования, равной разности частот сиг1262529 равное

f = <.— К„11+ Т(0„ИU„, где К вЂ” номинальное значение коэффициента преобразования устройства; — относительная погрешность коэффициента преобразования известного устройства, вызванная изменениями сопротивлений нагревателей терморезонансного преобразователя 2 или другими при50 чинами. налов, поступающих с выходов генератора 4 опорной частоты и терморезонансного преобразователя 2 напряжение — частота. С выхода данная последовательность импульсов поступает на 5 вход формирователя 6 импульсов, который вырабатывает на своем выходе последовательность импульсов, частота следования которых равна частоте следования импульсов на его входе, а амплитуда и длительность стабилизированы. С выхода формирователя 6 импульсов сигнал поступает на второй информационный вход терморезонансного преобразователя 2 напряжение — частота, замыкая тем самым цепь отрицательной обратной связи. Увеличение среднеквадратического значения сигнала, поступающего на первый информационный вход терморезонансного 20 преобразователя 2 напряжение — частота приводит к увеличению частоты сигнала на его выходе и соответствующему уменьшению частоты следования импульсов на выходе блока 5 вычитания частот. Следовательно, уменьшается частота следования и соответственно среднеквадратическое значение импульсов обратной связи, поступающих на второй информационный вход 30 терморезонансного преобразователя 2 напряжение — частота, поддерживается постоянной с точностью до погрешности статизма система регулирования.

Частота на выходе замкнутой системы автоматического регулирования определяется выражением где 1„ — входное напряжение; — частота на выходе устройства; — значение при Н „ — 0, К К вЂ” коэффициенты преобразования

1 3 термор ез онансного преобразователя напряжение — частота по первому и второму информационным входам, соответственно, 8 — коэффициент передачи формирователя б импульсов.

Спустя промежуток времени t„, в течение которого происходит переходный процесс в системе автоматического 5 регулирования, ключ 8 открывается на время 1,„, за которое на первый счетчик 11 поступает с выхода формирователя б импульсов число импульсов, и на этом первый такт работы устройства заканчивается. с

Во втором такте под воздействием напряжения с выхода счетчика 20 входной переключатель 1 устанавливается в положение 1. На первый информационный вход терморезонансного преобразователя 2 напряжение — частота поступает напряжение с входа устройства.

Одновременно отрицательный переход напряжения на выходе элемента И 16 запускает одновибратор 24. Импульс с выхода формирователя строба 24 поступает на входы управления второго 12 и третьего 13 счетчиков и переводит эти счетчики в режим, параллельный записи информации. На входы параллельной записи второго счетчика 13 подается информация с соответствующих выходов первого счетчика 11.

Вход параллельной записи первого разряда счетчика 13 соединен с выходом второго разряда первого счетчика 11, вход параллельной записи второго разряда счетчика 13 соединен с выходом третьего разряда счетчика 11 к т.д. Таким образом осуществляется аппаратный сдвиг содержимого первого счетчика 11 на один разряд, равносильный делению этого содержимого на два. В результате по окончанию импульса на выходе формирователя

24 строба во втором счетчике 12 зафиксировано число И, а в третьем

1 э счетчике 13 — число N /2, .

После окончания переходного процесса в замкнутой системе автоматического регулирования, содержащей блоки 2,4,5,6, на выходе формирователя 6 импульсов устанавливается частота, равная, с учетом выражения (i), 1262529 вид

Ок 1 ((7.) ()х (6) (2), или с учетом выражения (6)

1

"На этом второй такт работы устройства заканчивается, В третьем такте под воздействием напряжения с выхода счетчика 20 вход-2 ной переключатель 1 вновь устанавливается в положение 1 и на первый информационный вход терморезонансного. преобразователя 2 напряжение — частота поступает напряжение с выхода 30 преобразователя 3 кода вширотно-импульсный сигнал, на вход которого

-поступает код с выхода второго счетчика 12, а на его выходе формируется широтно-импульсный (ШИМ) сигнал с длительностью импульса, пропорциональный этому числу. Среднеквадратическое значение напряжения на выходе преобразователя 3 кода в широтно"импульсный сигнал имеет вид 40 (/ =Ц Д 1Т Д Jf JK Я х ) )-сц 0х

По окончанию переходного процесса через время t после начала второго

УсТ такта на выходе ключа 22 появляется импульс длительностью t, Под воздействием этого импульса открывается третий ключ 9 и на входы вычитания второго 12 и третьего 13 счетчиков поступает частота с выхода формирователя 6 импульсов. По окончании времени (,„во втором 12 и третьем 13 счетчиках окажутся соответственно зафиксированными следующие числа: гдето, и 1,„— амплитуда и частота

ШИМ сигнала, К, — коэффициент преобразования 3 кода в широтн о-импул ьс ный с и г нал, С учетом (2) выражение (4) примет вид

Частота 1„, амплитуда U,„ØÈÌ сигнала, а также коэффициент преобразования К„ преобразователя 3 кода в широтно-импульсный сигнал произвольно и независимо друг от цруга регулируются. В частности, они всегда могут быть подобраны таким образом, чтобы выполнялось равенство

1 к

ОопЧ on П СЧ Д

I

В этом случае выражение (5) примет

После окончания переходного про,.Цесса в системе автоматического регулирования частота сигнала на выходе формирогателя импульсов установится равной

Е,= Е.-K„(1+ Y(U,))Ã1 ° У(0„))0„ < 7)

Как видно из выражения (6), среднеквадратическое значение напряжения в течение третьего такта близко к по величине к среднеквадратическому значению входного напряжения устройства LJ ° Поэтому с точностью до мах лых величин второго порядка можно считать равными и соответствующие этим напряжениям значения погрешностей коэффициента преобразования, т.е °

Подставив (8) и (7), получим окончательно (,=Е.— K„(1+У(u„)) U

После окончания переходного процесса на время 1,„открывается ключ 10 и сигнал 1 поступает на делитель 7

1 частоты на два, а с его выхода сигнал с частотой f /2 подается на вход

1 сложения третьего счетчика 13. Пб окончании времени t,„â третьем счетчике зафиксируется число

Задним фронтом импульса на выходе ключа 23 триггер 17 переводится в состояние "1" ° Высокий потенциал с его выхода Q поступая на вход ключа 21, запрещает прохождение импульсов с выхода генератора 15 образцовой частоты на вход счетчика 19.

7262529

Цикл работы устройства на этом заканчивается.

Формула изобретения

Квадратор, содержащий генератор опорной частоты, терморезонансный йреобразователь напряжение — частота, первый информационный вход которого 7ð подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу блока вычитания частот, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй вход 75 соединен с выходом терморезонансного преобразователя напряжение — частота, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены входной переключатель, три 20 счетчика, три ключа, делитель частоты на два, преобразователь кода в широтно-импульсный сигнал и генератор управляюших сигналов, содержащий импульсный генератор образцовой ча- 25 стоты, первый и второй триггеры, первый и второй счетчики импульсов образцовой частоты, первый, второй и третий ключи, элемент И и формирователь строба, причем информацион- Зб ный вход квадратора подключен к первому входу входного переключателя, второй вход которого подключен к входу преобразователя кода в широтноимпульсный сигнал, а выход — к второму информационному входу терморезонансного преобразователя напряжение-частота, вход запуска квадратора соединен с входами начальной установки первого и второго триггеров, пер†щ ваго, второго и третьего счетчиков и первого и второго счетчиков импульсов образцовой частоты, выход первого триггера подключен к управляющему входу первого ключа генератора управляющих сигналов, информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов образцовой частоты, а выход соединен с счетным входом первого счетчика импульсов образ- о цовой частоты, подключенного выходом к счетному входу второго триггера, саединекного прямым выходом са счетным входом второго счетчика импульсов образцовой частоты и с управляющими входами второго и третьего ключей генератора управляющих сигналов, а инверсными выходам — с первым входом элемента И, выход первого разряда второго счетчика импульсов образцовой частоты соединен с вторым входом элемента И, информационным входом второго ключа гекератара управляющих сигналов и с управляющим входом входного переключателя, выход второго разряда второго счетчика импульсов образцовой частоты соединен с третьим входом элемента И и с информационным входом третьего ключа генератора управляющих импульсов, выход которого .оединен со счетным входом первого триггера и с управляющим входом третьего ключа, выход элемента И подключен к входу формирователя страба, выход которого соединен с входами разрешения записи второго и третьего счетчиков, выход второго ключа генератора управляющих импульсов соединен с управляющим входом второго ключа квадратара, информационные входы первого, второго и третьего ключей квадратора подключены к выходу формирователя импульсов, выход первого ключа подключен к счетному входу первого счетчика, выход второго ключа подключен к счетным входам второго и третьего счетчиков, выход третьего ключа через делитель частоты на два подключен к счетному входу третьего счетчика, разрядные выходы первого счетчика подключены к соответствующим — м разрядным входам второго счетчика и к 7 +7 м разрядным входам третьего счетчика, разрядные выходы второго счетчика соединены с соответствующими цифровыми входами преобразователя кода в широтно-импульсный сигнал, выход которого соединен с вторым информационным входом входного переключателя, первый информационный вход которого подключен к входу квадратора, разрядные выходы третьего счетчика являются выходами квадратора. 7 с/

Р с -

I, / O/tPJif

/ c !

I с/с//

1 ,!

- Lс //ссс/ с сс 1 1 с р) ! с//ссс/ ссч

}"

Е ст сс

Г

I (////. Г) !

// .сс „/ (/О/. 37

// <

/ гс/ //) /c 7„,/у g!

Фиг З

:ЯИ.!ПИ За":д. 3 5762 Тираж 671 Подписное

©и- ниап 11HI1 "I-i=„Ye//r", г. Y;xrорол yJI. Проектная 4