Интегрирующее устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения интегралов физических величин, преобразованных в электрическое напряжение (ток).Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона входных сигналов. Устройство содержит генератор 1 импульсов, интегратор 3, цифроаналоговьм преобразователь 2, компаратор 4, демультиплексор 5, счетчик 6 коэффициента умножения, делитель 7 частоты, счетчик 8 результата. В интегрирующем устройстве.длительность одного цикла интегрирования определена заранее в соответствии с параметрами эталонного напряжения и характеристиками интегрирующего блока. Значит, она не зависит от формы и амплитуды интегрируемой физической величины и может быть выбрана достаточно большой, сопоставимой по порядку величины с полной длительностью интегрирования. Таким образом, в устройстве рассматриваемая ошибка интегрирования появляется достаточно редко, так что ее накопление практически не сказывается на точности результата. ,1 ил. б сл оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) А1 (51)4 С 06 С 7

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3977117/24-24 (22) 11. 11.85 (46) 30.03.87. Бюл. У 12 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им.60-летия СССР, Институт кибернетики им.E.Ã.Ãëóøêoâà и Центральное конструкторско-технологическое бюро приборостроения (72) В.Я.Голубчик, Б.Е.Фишман и Ф.С.Яновский (53) 681.3 (088.8) (56) Анисимов В.В., Голубкин В.Н.

Аналоговые вычислительные машины.

1971, с. 161. Авторское свидетельство СССР

У. 842868, кл. С 06 G 7/18, 1979. (54) ИНТЕГРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения интегралов физических величин, преобразованных в электрическое напряжение (ток).Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона входных сигналов. Устройство содержит генератор 1 импульсов, интегратор 3, цифроаналоговый преобразователь 2, компаратор 4, демультиплексор 5, счетчик 6 коэффициента умножения, делитель 7 частоты, счетчик 8 результата ° В интегрирующем устройстве. длительность одного цикла интегрирования определена заранее в соответствии с параметрами эталонного напряжения и характеристиками интегрирующего блока. Значит, она не зависит от формы и амплитуды интегрируемой физической величины и может быть выбрана достаточно большой, сопоставимой по порядку величины с полной длительностью интегрирования.

Таким образом, в устройстве рассматриваемая ошибка интегрирования появляется достаточно редко, так что ее накопление практически не сказывается на точности результата..1 ил.

1300500

Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано для измерения интегралов физических величин,, преобразованных в напряжение (ток). 5

Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона входных сигналов.

На чертеже представлена функциональная схема интегрирующего устройстна.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, цифроаналоговый преобра-зователь 2, интегратор 3, компаратор 4, демультиплексор 5, счетчик б коэффицинта умножения, делитель 7 частоты, счетчик результата 8.

Устройство функционирует следующим образом.

Входное интегрируемое напряжение поступает на аналоговый вход цифроаналогового преобразователя 2, передающего входное напряжение на вход интегратора 3 с переменным коэффициентом передачи. Численное значение коэффициента передачи цифроаналогового преобразователя 2 обратно пропорционально текущей амплитуде входного напряжения и задается кодом коэффициента умножения с выхода счетчика б.

Так, при текущем значении входного напряжения, равном минимально возможному в пределах динамического диапазона интегрирования, код коэф- 35 фициента умножения на цифровом входе цифроаналогового преобразователя 2 равен единице; при текущем значении, равном максимально возможному, код коэффициента умножения равен минимально возможному.

Интегратор 3, представляющий собой, например, операционный усилитель постоянного тока с конденсато— ром в цепи обратной связи, с параллельно подключенным конденсатору ключом для разряда конденсатора перед новым циклом интегрирования, интегрирует входное напряжение.

Выходное напряжение интегратора

3 сравнивается компаратором 4 с эталонным пилообразно-импульсным напряжением с входа порогового значения.

Вместо пилообразно-импульсного напряжения можно формировать пилооб. разно-ступенчатое импульсное напряжение с помощью последовательно включенных генератора импульсов счетчика и цифроаналогового преобразователя. При этом пилообразноступенчатое импульсное напряжение имеет более высокую линейность и стабильность в течение длительных временных интервалов, чем пилообразно-импульсное.

Компаратор 4 н зависимости от результата сравнения формирует на своем выходе логический "0" или "1" °

При логическом "0" на входе демультиплексора 5 (напряжение на выходе интегратора 3 больше эталонного пилообразно-импульсного напряжения) на вход прямого счета счетчика б через демультиплексор 5 поступает счетная единица, при логической " 1" (напряжение на выходе интегратора 3 меньше эталонного пилообразно-импульсного напряжения) — счетная единица поступает на нход обратного счета счетчика.

Благодаря описанной аналого-цифровой отрицательной обратной связи в контуре цифроаналогового преобразователя 2: интегратор 3, компаратор

4, демультиплексор 5 и счетчик б,выходное напряжение интегратора 3 почти полностью совпадает по форме во время прямого хода с эталонным пилообразно-импульсным напряжением, т.е. интеграл от входного напряжения с учетом изменения входного напряжения цифроаналогового преобразователя 2 и эталонный интеграл, образованный пилообразно-импульсным напряжением, равны по величине.

Поделенные делителем 7 частоты импульсы поступают как счетные единицы на вход счетчика 8,на котором накапливается цифроное значение интеграла входного напряжения.

В конце цикла интегрирования импульсом установки в исходное состояние сбрасываются интегратор 3 и счетчик 8, при сохранении состояния делителя 7 и счетчика б, устанавливаемых в исходное состояние в начальный момент времени.

Коэффициент деления делителя 7 обратно пропорционален текущей амплитуде входного напряжения. Так, при текущем значении входного напряжения, равном максимально возможному, код коэффициента деления делителем 7 ранен единице, т.е. на счетчик 8 счетные импульсы поступают с максимальной частотой и код на счетчике

3 13005

8 возрастает с максимальной скоростью. При текущем значении входного напряжения, равном минимально возможному в пределах динамического диапаэона интегрирования, код коэффициента деления делителем 7 равен максимально возможному, т.е. на счетчик

8 счетные импульсы постугают с минимальной частотой и код на счетчике

8 возрастает с минимальной скоростью.fO

С выхода счетчика 6 на цифровой вход цифроаналогового преобразователя поступает прямое значение кода счетчика 6.

Предложенное устройство осущест- 15 вляет ада тивное определение значения (I,(t)) интеграла измеряемой физической величины F(t), т.е.

= Ь (t — t ) при t. а к t. (5)

1 1 1-1- . 1 аЬ (t — t )

К (1 1 ) э-) эт (6) где Ь вЂ” среднее (за много периодов) значение углового коэффициента эталонного пилообразно-импульсного напряжения.

Поскольку по условию равенство (3) выполняется в течение времени — то согласно используемому алгоритму одновременно величина

К,(I, I,) сохраняет свое значение, так что из (5) получаем

1 (, (с) — х (e,, ) = à f U,„(e ) ac =

ti 1

I,(t) = F(t ) dt о (1) 20

Если сигнал U (t), поступающий ()х с датчика измеряемой физической величины, пропорционален F(t), то определение (1) эквивалентно выражению

I„(t) = à U„(t ) dt . (2) о где а — коэффициент пропорциональности между значениями u,„„(t) и

Г(), который постоянен для каждого счетчика и может считаться известным.

Описанная аналого-цифровая обратная связь реализует алгоритм адаптации, целевой функцией которой является равенство

I (С) = т (3)

П, () = и,„() К,(т,, I„) (4) Пусть равенство (3) выполняется в течение некоторого времени. Это 55 означает, .что

fu„(e ) к, (х,, х„) ar.

1,-1 где I — значение эталонного пилоэт образно-импульсного напряжения в момент времени t;

I (t) — выходной сигнал снимае1 Э мый с интегратора. 45

При этом адаптация обеспечивается вариациями значения U (t) — сигнала, который подается на вход интегратора, обязанными изменениям К (I,,I ).коэффициента умножающего ЦДП 2: 50 где С. < Е

1-1 1

Если t — частота импульсов, снимаемых с выхода делителя 13 частоты на интервале ti, -t., то формула (6) может быть переписана следующим образом:

I, (t) — I, (t,. ) аЪ вЂ” — — — — — — — —.n (t. ), К (I I. )К. — (7) f

К,(I I ) (8) тогда иэ (7) и (8) получаем

I (t) — I,(t g = аЬ п(t t )

f э

< t c

i-1 1

С учетом равенства (3) для момента t,., имеем (10) а с учетом уравнений (4)-(8) получаем где n(t, t. ) — количество счетных плюс единиц, поступивших на вход счетчика-регистра 8 эа время

В соответствии с алгоритмом функционирования предложенного устройства делитель 7 частоты преобразует частоту генератора 1 (f) следующим образом:

5 аЬ е (с) = — — n(t, с. ) +

1 3 Ъ 4-1

J--1

+ n(t, t. ) (11) 1300500

Составитель Т. Толстоброва

Редактор М.Келемеш Техред М.Ходанич Корректор М. Демчик

Заказ 1151/49 . Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

В правой части выражения (11) стоит суммарное число счетных плюс единиц, накопленных счетчиком-регистром 8 за все время интегрирования от

= 0 po t, которое и определяет код искомого интеграла I (t), 1

Формула изобретения

Интегрирующее устройство, содержащее счетчик результата, выход которого является выходом устройства, генератор импульсов, счетчик коэффициента умножения и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого является входом устройства, и интегратор, подключенный выходом к первому входу компаратора, о т л и ч.а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности интегрирования и рас ширения динамического диапазона входных сигналов, в него введены делитель частоты и демультиплексор,первый и второй выходы которого подключены к входам прямого и обратного счета счетчика коЭффициента умножения, с6единенного выходом с цифровым

10 входом цифроаналогового преобразователя и управляющим входом делителя частоты, информационный вход которого соединен с информационным входом демультиплексора и с выходом генера15 тора импульс.ов, управляющий вход демультиплексора подключен к выходу компаратора, второй вход которого соединен с шиной задания порогового уровня, входы сброса интегратора, делителя частоты, счетчика коэффициента умножения и счетчика результата соединены с входом установки устройства в исходное состояние, выход делителя частоты подключен к счетному

25 входу счетчика результата.