Преобразователь напряжение-код

 

Изобретение касается электрических измерений в диапазонах инфранизких и звуковых частот и позволяет выполнять кодирование напряжения путем развертывающего уравновешивания в двух соприкасающихся тактовых интервалах времени с последующим аппаратным вычислением мгновенного значения напряжения методом линейной интерполяции. Изобретение позволяет уменьшить динамическую погрешность преобразования из-за изменения напряжения в процессе кодирования и устранить неопределенность момента времени , к которому следует отне-сти полученный код. Для этого в стандартный времяймпульсный преобразователь напряжение - код введены реверсивные счетчики импульсов для накопления исходной информации и логические элементы , которые совместно с указанными счетчиками образуют интерполирующее цифровое вычислительное устройство . 3 ил. § (П р О9 vl О5 О)

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 Н 03 М 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ р p:.

3д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

; (21) 4008826/24-24 (22) 16.01.86 (46) 15.06.8?. Бюл. У 22 (71) Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по проблемам развития Камско-Ачинского угольного бассейна (72) И.М.Федоров (53) 681.325 (088.8) (56) Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. — Киев: Вища школа, 1980, с.471.

Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. — М.: Высшая школа, 1981, с. 186, рис.3.40. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ—

КОД (57) Изобретение касается электрических измерений в диапазонах инфранизких и звуковых частот и позволяет

„„SU„„1317660 А1 выполнять кодирование напряжения путем развертывающего уравновешивания в двух соприкасающихся тактовых интервалах времени с последующим аппаратным вычислением мгновенного значения напряжения методом .линейной интерполяции. Изобретение позволяет уменьшить динамическую погрешность преобразования иэ-за изменения напряжения в процессе кодирования и устранить неопределенность момента времени, к которому следует отнести полученный код. Для этого в стандартный времяимпульсный преобразователь напряжение — код введены реверсивные счетчики импульсов для накопления O исходной информации и логические элементы, которые совместно с указанными счетчиками образуют интерполирующее цифровое вычислительное устрой- С ство, 3 ил, 1 131

Изобретение относится к устройствам для электрических измерений в диапазонах инфранизких и звуковых частот и может использоваться при экспериментальном определении амплитуднофазовых частотных и переходных характеристик четырехполюсников, при акустических измерениях, исследованиях в области систем автоматического управления и регулирования, в геофизике, биофизике, акустике, океанологии и т.д., в частности для кодирования мгновенных значений медленно изменяющегося напряжения методом развертывающего уравновешивания (времяимпульсного преобразования).

Цель изобретения — уменьшение динамической погрешности преобразователя.

На фиг.1 представлена блок-схема, устройства; на фиг.2 — эпюры, поясняющие функционирование устройства; на фиг.3 — графики, иллюстрирующие метрологические характеристики преобразователя.

Устройство содержит вход 1 преобразователя, вход 2 "Запуск", сравнивающее устройство 3, генератор 4 пилообразного напряжения, блок 5 управления, первый 6, третий 7 и второй 8 выходы, вход 9 управления блока 5, RS-триггер 10, ключ 11, генератор -12 опорной частоты, первый реверсивный счетчик 13 импульсов, счетный вход 14, вход 15 управления, вход 16 Установки первого реверсивного счетчика, первый 11 и второй

18 элементы,И, первый элемент ИЛИ

19, второй реверсивный счетчик 20, вход 21 установки, вход 22 управления второго реверсивного счетчика, блок 23 передачи кода, четвертый элемент ИЛИ 24, счетчик 25 импульсов, второй 26 и третий 27 элементы ИЛИ, третий реверсивный счетчик 28, счетный вход 29, вход 30 установки, выход 31, знаковый выход 32 третьего реверсивного счетчика, третий элемент

И 33, информационный выход 34 преобразователя, выход 35 "Готов" и вход

36 управления третьего реверсивного, счетчика.

Устройство, работает следующим образом.

На вход 1 преобразователя поступает медленно изменяющееся напряженение U(t) (эпюра 37, фиг.2). При

t=0 на вход 2 устройства от внешнего источника подается короткий запускаю7660 2 щий импульс (эпюра 39, фиг. 2) . Этот импульс производит установку в "0" всех трех реверсивных счетчиков 13, 20 и 28, транслируясь блоком 5 управления на его первый выход 6 (эпюра

40, фиг ° 2), и запускает генератор 4, который формирует два периода пилообразного напряжения U„(t) (эпюра 37, фиг.2).

10 Одновременно с запуском. генератора сигнал с первого выхода 6 блока

5 производит установку в "0" RS-триггера 10 (в моменты времени t=0 и

t i) . Напряжения U(t) и Uz (t) сравниf5 ваются с помощью устройства 3, формирующего короткие импульсы при равенстве напряжений U(t) и U „(t) в моменты времени t=t и t=t . Этими

1 2 импульсами RS-триггер 10 по S-входу

20 переводится в единичное состояние, так что на выходе этого триггера появляется потенциал (эпюра 38, фиг.2).

Длительности первого (t,) и второго (t — i) выходных импульсов RS

2 триггера 10 пропорциональны мгновенным значениям преобразуемого сигнала в моменты времени соответственНо t=tg H =1, причем t„=(i/U )U(t„)

30 и г-c=(i/U )U(t ), где U амплитуда пилы генератора 4 (эпюра 37,фиг. 2) .

Ключ 11 открыт, если его управляющий потенциал (эп-ра 38, фиг.2) имеет уровень "1" . В этом случае он пропускает на свой выход пачки из Nz †=

=ent(f t ) и N =ent(f О(С - c) импульсов генератора 12 опорной частоты, где f — частота генератора 12. Режим работы всех трех реверсивных

40 счетчиков (суммирование или вычитание) определяются потенциалами второго 7 и третьего 8 выходов блока 5 (эпюры 41 и 42, фиг.2) так что при

Oct< i на входы управления реверсив45 ных счетчиков поступает нулевой потенциал и устаналивается режим вычитания. В течение указанного интервала времени через элемент ИЛИ 26 на счетный вход реверсивного счетчика 28 поступает пачка из N импуль1 сов, так что в момент t= 7 содержимое. этого счетчика достигает величины—

N„ . Эпюра 43 фиг.2 иллюстрирует изменение во времени содержимого реверсивного счетчика 28. Элементы И 17 и 18 в это время закрыты потенциала- ми соответственно второго 7 и третьего 8 выходов блока 5, поэтому коды реверсивных счетчиков 13 и 20 (эпюра

1317660

45, фиг.2) в интервале (О,t) не изменяется и остается равными. нулю.

При <йс2т потенциалы выходов 7 и 8 блока 5 (эпюры 41 и 42, фиг.2) таковы, что на управляющих входах 5 всех трех реверсивных счетчиков устанавливается потенциал "1" и счетчики переводятся в режим суммирования, В этом интервале времени сигнал второго выхода 7 блока 5 деблокирует эле- 10 мент И 17, так что к моменту времени

t=2 t в реверсивных счетчиках 20 и

28 фиксируются коды N и d N=N -N, (эпюры 45 и 43, фиг.2), причем информация о знаке signaN величины dN выводится на выход 32 реверсивного счетчика 28.

При t=2 элемент И 17 закрывается, а И 18 — открывается потенциалом по эпюре 42 на фиг.2. Импульсная после- 20 довательность генератора 12 через элемент и 18 проходит на счетные входы реверсивных счетчиков 13 и 25. Импульсы переполнения реверсивного счетчика 13 через элемент ИЛИ 19 поступа-25 ют на счетный вход второго реверсивного счетчика 20. Режимы работы всех трех реверсивных счетчиков в этом такте функционирования преобразователя определяются потенциалом знакоI вого выхода 32 счетчика 28. Этот потенциал имеет уровень "О" при йМ>0 и уровень "1" при йй(0. Учитывая уровни выходных сигналов блока 5 (эпюры 41 и 42, фиг.2), находим,что 35 при aN>0 все реверсивные счетчики работают в режиме вычитания, а при йИ(0 — в режиме суммирования.

При =2Ф на третьем выходе блока

5 возникает положительный перепад напряжения (эпюра 42, фиг.2). Этот перепад через четвертый элемент ИЛИ

24 открывает на некоторое время блок передачи кода 23 и код N<, хранящийся в реверсивном счетчике 20, запи45 сывается в счетчик 25. Этот счетчик выполнен вычитающим, поэтому при

t727 его содержимое под воздействием выходных импульсов элемента И 18 уменьшается до нуля. Импульс обнуления, появляющийся на выходе счетчика 25, через элемент ИЛИ 24 воздействует на блок 23 и производит очередную перепись кода реверсивного счетчика 20 в счетчик 25. Импульс об-55 нуления счетчика 25 через элемент

ИЛИ 26 поступает также на счетный вход 29,счетчика 28 и уменьшает его содержимое на единицу, если МИ О, или увеличивает это содержимое, если йБ(0.

В дальнейшем содержимое счетчика

25 под воздействием выходных импульсов элемента И 18 вновь уменьшается до нуля, производится очередная запись текущего кода реверсивного счетчика 20 в счетчик 25, изменение на единицу содержимого реверсивного счетчика 28 и т.д. Этот процесс продолжается до обнуления в момент времени t tv (эпюра 43, фиг.2) ревер" сивного счетчика 28, после чего потенциалом с выхода 31 (эпюра 44, фиг.2) счетчик 28 закрывает элемент

И 18. Указанный потенциал выдается также на выход 35 преобразователя в качестве сигнала готовности информации к считыванию внешним потребителем. Искомая информация. N о величине мгновенного значения кодируемого напряжения снимается .с вьмодов 34 реверсивного счетчика 20 (эпюра 45, фиг.2).

Процесс преобразования кодов Н и йИ, выполняемый в рассматриваемом устройстве при 2 < t

tdhll

11

И=И -ent - signaN Q ГИ—

2. 1D . г

) = 1

-signsNent — t)}, (З-1)N где N — - результат преобразования

D — - емкости реверсивных счетчиков 13, 20 и 25.

Учитывая, что при П)> 1 вычитаемое выражение в квадратных скобках этой формулы много меньше величины N<, получают И (1-йИ/Р).

Для выяснения, какой характеристике преобразуемого напряжения отвечает полученный код N, строят оценку производной обрабатываемого сигнала:

dU(t) U(tq) U(t ) U„fî

d t " t q t„D NqN+D где D=tf . Находят оценку 0(С) величины сигнала U(t) при

U()-u(t )aU(t)

) т (t )ю

П М и 1

D D

5 1317660

Следовательно: N (D/U )U(). Та- д ким образом, код N пропорционален оценке 0() мгновенного значения пре- к образуемого напряжения в фиксирован- у ный и известный заранее момент вре- 5 в мени t= < . Аргумент результата коди- к рования не меняется при произвольном с изменении промежуточных результатов Ц преобразования — величин N„è N> н

На фиг,З сплошными линиями пред- 0 в ставпены зависимости относительной п погрешности d =-1+U (1) /U (1) кодирова — p ния мгновенного значения напряжения с

U(t/i)=U /4095) (a+b(t/i)+c (t/ ) ), с изменяющегося во времени по парабо-- 1 э лическому закону от величины коэффи- в циента Ь для заданного набора значе- д ний коэффициента с, вынесенных в и шифр кривых при а=2048 и 0=4095, Пунк- г тирными линиями на фиг.З изображены 20 т зависимости относительной погрешнос- с ти .д,„=-1+И U /DU(1) известного уст-- ч ройства прототипа для аналогичных л условий кодирования. Графики фиг.З r показывают, что предлагаемое устрой- к ство характеризуется,".ущественно э меньшей динамической погрешностью, к чем прототип. Так, при b=60 и с=?0 в 0,!8% против d, =2,78% для прототи- к па. Если Ь60 и c=0, то д"--0,022%, -З0 в тогда как погрешность устройства-про- в тотипа в этих условиях: d,=1,.49% и д тедо с формула изобретения

Преобразователь напряжение — код, содержащий счетчик импульсов и последовательно соединенные блок управления, генератор пилообразного 40 напряжения„ сравнивающее устройство,,RS"òðèããåð и ключ, второй вход которого подключен к генератору опорной частоты, второй вход сравнивающего устройства является входной шиной, отличающийся тем, что,. с целью уменьшения динамической погрешности преобразователя, в него введены первый, второй и третий элементы И, первый, второй, третий и 50 четвертый элементы ИЛИ, три реверсивных счетчика импульсов и блок передачи кода, вход записи которого соеинен с выходом четвертого элемента

ИЛИ, первый вход которого подключен выходу счетчика импульсов, входы становки которого подключены соотетственно к выходам блока передачи ода, информационные входы которого оединены соответственно с информаионными выходами второго реверсивого счетчика импульсов, счетный ход которого соединен с выходом ервого элемента ИЛИ, первый и втоой входы которого соответственно оединены с выходами первого реверивного счетчика импульсов и первого лемента И, счетный вход первого реерсивного счетчика импульсов объеинен со счетным входом счетчика имульсов и подключен к выходу второо элемента И, первый, второй и треий входы которого соединены соответтвенно с выходом генератора опорной астоты, вторым выходом блока управения и выходом третьего реверсивноо счетчика импульсов, счетный вход оторого соединен с выходом второго лемента ИЛИ, первый и второй входы оторого соединены соответственно с

ыходом счетчика импульсов и выходом люча, который подключен к первому ходу первого элемента И, второй ход которого объединен с первым вхоом третьего элемента ИЛИ и соединен третьим выходом блока управления, второй вход третьего элемента ИЛИ поцключен к выходу третьего элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно со знако„вым выходом третьего реверсивного счетчика импульсов и вторым выходом блока управления, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входами управления реверсивных счетчиков импульсов, входы установки которых объединены с входом управления блока управления и являются шиной "Запуск", выходы второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов являются соответственно первой и второй выходными шинами, при. этом второй вход RSтриггера соединен с первым выходом блока управления, а второй вход чет-. вертого элемента ИЛИ подключен к второму выходу блока управления.

1317660! 317б60

1317660

Составитель В.Солодова

Техред Л.Олийнык

Редактор Л.Пчелинская

Корректор И.Муска

Заказ 2435/55

Тираж 901

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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