Измерительное устройство

 

Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для цифрового измерения амплитуд спектрометрических импульсов а . составе прецизионных спектрометрических систем. Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет сокращения времени бесконтрольной работы устройства . В устройство, содержащее преобразователь напряжение - ток, основной и разравнивающий преобразователи код - ток, компаратор, регистр последовательных приближений, три формирователя импульсов, два регистра, блок синхронизации, счетчик, два источника опорного напряжения и блок вычитания, введены три коммутатора, генератор импульсов, элемент задержки , два триггера и два элемента И. За счет формирования внутренних взаимотестирующих воздействий различных элементов устройства формируется информация о степени сохранения его метрологических параметров под влиянием внешних дестабилизирующих факторов, что позволяет дополнительно контролировать работоспособность устройства в интервалах между метрологическими аттестациями и сократить время его бесконтрольной работы. 3 ип. f § (Л со о СП

1И! 1! °

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1365003 А1 (58 4 С 01 Т 1/36 и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4058230/24-25 (22) 03. 03.86 (46) 07. 01. 88. Бюл. Р 1 (72) В.Н,Судариков и А.Н.Пастухов (53) 533. 1 . 075 (088.81 (56) Федорков Б.Г., Телец В.А., Дегтяренко В.П. Микроэлектронные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи. М.: Радио и связь, 1984, с.94, рис,58.

Жуков А.В., Махов В.Н., Ржендинская С.Н. Быстродействующий спектрометрический аналого-цифровой преобразователь. — Приборы и техника эксперимента, 1984, Ф 2, с.88, рис.1. (54) H3MEPHTEJIbH0E УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для цифрового измерения ампли„туд спектрометрических импульсов з составе прецизионных спектрометрических систем. Цель изобретения — повышение достоверности измерений эа счет сокращения времени бесконтрольной работы устройства. В устройство, содержащее преобразователь напряжение — ток, основной и разравнивающий преобразователи код — ток, компаратор, регистр последовательных приближений, три формирователя импульсов, два регистра, блок синхронизации, счетчик, два источника опорного напряжения и блок вычитания, введены три коммутатора, генератор импульсов, элемент задержки, два триггера и два элемента И.

За счет формирования внутренних взаимотестирующих воздействий различных элементов устройства формируется информация о степени сохранения его метрологических параметров под влиянием внешних дестабилизирующих факторов, что позволяет до" полнительно контролировать работоспособность устройства в интервалах между метрологическими аттестациями и сократить время его бесконтрольной работы, 3 ип.

13650

Изобретение относится к техничес кой физике, а именно к устройствам для цифрового измерения амплитуд электрометрических импульсов в соста5 ве прецизионных спектрометрических систем, и может быть использовано в системах сбора активационно-спектрометрической информации исследовательских ядерных реакторов. 10

Цель изобретения — повышение достоверности измерений.

На фиг.1 представлена функциональная схема измерительного устройства; на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы, l . иллюстрирующие его работу.

Измерительное устройство (фиг.1) содержит компаратор 1, основной 2 и разравнивающий 3 преобразователи код — ток, преобразователь 4 напря- 20 жение — ток, коммутаторы 5 — 7, ре; гистр 8 последовательных приближений, блок 9 синхронизации, формирователи 10 — 12 импульсов, счетчик -13, источники 14 и 15 опорного напряжения, регистры 16 и 17, элемент 18 задержки, генератор 19 импульсов, триггеры 20 и 21, элементы И 22 и 23, блок 24 вычитания, информационную шину 25, шины режима 26 и готовнос- З0 ти 27, числовую шину 28, шину 29 пуска и общую шину 30.

Блок 9 синхронизации (фиг ° 1) содержит триггер 31 и генератор 32 импульсов, выход которого является выходом блока и управляющий вход которого соединен с прямым выходом триггера 31 С-вход синхронизации которого является входом пуска блока> установочный R-вход которого являет- 40 ся входом блокировки блока и информационный D-вход которого подключен к шине логической единицы (не обозначена).

Выход преобразователя 4 напряже- 45 ние — ток подключен к выходам основного 2 и разравнивающего 3 преобразователя код — ток и через компаратор 1 к информационному входу регистра 8 последовательных приближений. 50 установочный вход которого соединен с входом пуска блока 9 синхронизации и со счетным входом счетчика 13, подключенного разрядными выходами к соответствующим информационньм входам раэравнивающего преобразователя 3 код — ток и регистра 17, выходы которого соединены с первой группой входов блока 24 вычитания, подсоединен03 2 ного своими выходами к числовой шине

28 и другой группой входов к соответствующим выходам регистра 16. Управляющий выход регистра 8 последовательных приближений подключен через формирователь 10 импульсов к входам синххрониэации регистров 16 и 17 к входу формирователя 11 импульсов и к входу блокировки блока 9 синхронизации, выход которого соединен с входом синхронизации регистра 8 последовательных приближений, разрядные выходы которого подключены к информационным входам основного преобразователя 2 код — ток и регистра 16.

Выход первого источника 14 опорного напряжения подсоединен к опорному входу основного преобразователя 2 код — ток и к одному входу коммутатора 7, подключенного другим входом — к выходу источника 15 опорного напряжения и выходом — к опорному входу разравнивающего преобразователя 3 код — ток. Элемент 18 saдержки подключен входом к шине 26 режима, к входу формирователя 12 импульсов и к управляющим входам коммутаторов 5 и 6 и выходом к одним входам элементов И 22 и 23, к установочным входам триггеров 20 и

21 и к управляющему входу генератора 19 импульсов, выход которого соединен с одним входом коммутатора 6, подсоединенного другим входом к шине 29 пуска и выходом к входу пуска блока синхронизации 9. Выход формирователя импульсов 12 соединен с установочным входом счетчика 13, подключенного выходом переполнения к тактовому входу триггера 21, прямой выход которого соединен с тактовым входом триггера 20 и с вторым входом элемента И 22, подсоединенного выходом к установочному входу регистра 16. Инверсный выход триггера 21 подключен к второму входу элемента И 23, подсоединенного третьим входом к третьему входу элемента

И 22 и к прямому выходу триггера 20 и выходом к установочному входу регистра 17 и к управляющему входу коммутатора 7, Вход преобразователя

4 напряжение — ток соединен с в ыходом коммутатора 5, перв ый и второй входы которого соединены соответственно с информационной шиной и общей шиной

30.

13650

55

Напряжения источников 14 и 15 опорного напряжения выбраны из соотношения U 7 U (1+D <), где D z

11 11 дифференциаль ная нелинейнос ть пре5 образования основного преобразователя 2 код — ток.

На фиг.2 приняты следующие обозначения: сигнал 33 логического 0 на . шине 26 режима, импульсы 34 на выходе генератора 19 импульсов, сигнал

35 на прямом выходе триггера 21, сигнал 36 на выходе триггера 20, сигнал 37 на выходе элемента И 22, сигнал 38 на выходе элемента И 23, сигнал 39 на шине 29 пуска, сигнал

40 на счетном входе счетчика 13, сигнал 41 на входе пуска блока 9 синхронизации, сигнал 42 на входе синхронизации регистра 8 последовательных приближений, сигнал 43 на выходе формирователя 10 импульсов, сигнал 44 на выходе регистра 16, сигнал 45 на выходе регистра 17, сигнал 46 на числовой шине 28, сигнал 25

47 на выходе формирователя 11 импульсов, сигнал 48 на выходе формирователя 12, сигнал 49 на выходе переполнения счетчика 13, сигнал 50 на выходе элемента 18 задержки. 30

Измерительное устройство работает в двух режимах — в режиме преобразования и в режиме контроля.

Для установки устройства в режим преобразования на шине 26 режима фор- 5 мируется логический "0" (фиг.2, поз.33), поступающий на входы управления коммутаторов 6 и 5 и через элемент 18 задержки на вход управления генератора 19 импульсов, на устано- 40 вочные входы триггеров 21 и 20 и на первые входы элементов И 22 и 23.

При этом выход коммутатора 6 подключается к шине 29 пуска, выход комму— татора 5 подключается к информацион- 45 ной шине 25, импульсы на выходе генератора 19 импульсов отсутствуют (фиг.2,поз.34), на прямом выходе триггера 21 и на выходе триггера 20 устанавливаются логические "1"

50 (фиг.2, поз.35 и 36 соответственно), на выходе элемента И 22 устанавливается логический "0" (фиг ° 2,поз.37), поступающий на установочный вход регистра 16, а на выходе элемента

И 23 также устанавливается логический "0" (фиг. 2,поз. 38), поступающий на установочный вход регистра

17 и на вход управления коммутатора

03 4

7, вследствие чего его выход замыкается с первым входом и опорное нап— ряжение с выхода источника 14 опорного напряжения поступает как на вход основного преобразователя 2 код ток, так и на вход разравнивающего преобразователя 3 код — ток.

Сигнал с информационной шины 25 через коммутатор 5 и преобразователь

4 напряжение — ток поступает на вход компаратора 1, где происходит его алгебраическое суммирование с совпадающим по направлению током разравнивающего преобразователя 3 код— ток и с противоположным по направлению током основного преобразователя

2 код — ток. Знак этой суммы определяется в каждый момент времени компаратором 1 и передается на информационный вход регистра 8 последовательных приближений. Запускающий импульс с шины 29 пуска (фиг.2,поз.39 1 через коммутатор 6 поступает на установочный вход регистра 8 последова" тельных приближений,на счетный вход счетчика 13, устанавливая его в некоторое состояние Х, (фиг.2,поз.40) и через вход пуска блока 9 синхронизации на вход синхронизации триг- гера 31 переводят его по заднему фронту в единичное состояние (фиг,2, поз.41). Сигнал с выхода триггера 31 поступает на вход управления генератора 32 импульсов, импульсы с выхода которого (фиг.2,поз.42) через выход блока 9 синхронизации поступают на вход синхронизации регистра 8 последовательных приближений. При этом сигналы с разрядных выходов регистра 8 последовательных приближений поступают как на информационные входы основного преобразователя код — ток для осуществления собственно процесса аналого-цифрового преобразования, так и на информационные входы регистра 16. После завершения процесса преобразования на управляющем выходе регистра 8 последовательных приближений вырабатывается сигнал, запускающий формирователь 10, импульс с выхода которого (фиг.2, поз.43) поступает на вход синхронизации регистра 16, регистрируя в нем полученное в результате аналого-цифрового преобразования некторое число У,(фиг.2, поз.441, на вход синхронизации регистра 17, регистрируя поступающее на его инфор5

30

5 13 мационные входы число Х, (фиг.2, поз.45), на вход формирователя ll импульсов, а также на вход блокировки блока 9 синхронизации и далее на установочный вход триггера 31, переводя последний в нулевое состояние (фиг.2,поз.41) и блокируя осцилляцию импульсов генератором 32 (фиг.2, поз.42),. Информация с выходов регистров 16 и 17 поступает на соответствующие группы входов блока 24 вычитания, на выходах которого формируется код числа Z,= У., — Х,, поступающий на числовую шину 28 (фиг.2,поз.46). По заднему фронту импульса формирователя импульсов 10 (фиг.2,поз ° 43) запускается формирователь импульсов 11, импульс с выхода которого (фиг.2, поэ.46) поступает на шину готовности 27, сигнализируя о готовности кода на числовой шине 28, который по этому сигналу передается во внешнее устройство.

Для оперативной проверки работоспособности блоков измерительного устройства на шине 26 режима устанавливают логическую "1" (фиг.2,поз.33) поступающую на входы управления коммутаторов 6 и 5, на вход элемен.та 18 задержки и на вход формирователя 12 импульсов. При этом выход коммутатора 16 соединяется с выходом генератора 19 импульсов, выход коммутатора 5 соединяется с общей шиной 30, а на выходе формирователя 12 появляется импульс (фиг.2, поэ.48), поступающий на установочный вход счетчика 13 и устанавливающий его в нулевое состояние (фиг.2, поз.40)

В момент сброса счетчика !3 на его выходе переполнения может сформироваться перепад напряжения (фиг.2, поз.49), поступающий на тактовый

T-вход триггера 21, однако, поскольку на установочном S-входе этого триггера в этот момент времени присутствует логический "0", поступающий с выхода элемента 18 задержки (фиг.2,поз.50), состояние триггера

21 остается неизменным (фиг.2,поз.35)

По истечении соответствующего времени, на выходе элемента 18 задержки появляется логическая "1" (фиг.2, поэ.50), поступающая на установочный S-вход триггера 21, на установочный S-вход триггера 20, на управляющий вход генератора 19 импульсов, на входы элементов И 22 и 23, уста65003

6 навливая на выходе элемента И 22 логическую "1" (фиг.2,поз.37), которая поступает на установочный вход регистра 16 и фиксирует на его выходах код числа "0" (фиг.2,поз.44).

Импульс с выхода генератора 19 импульсов (фиг.2,поз.34) через коммутатор 6 поступает на счетный вход счетчика 13, устанавливая в нем код числа "01" (фиг.2,поз.40), а также на вход пуска блока 9 синхронизации, инициируя процесс преобразования.

После завершения преобразования на выходе формирователя 10 импульсов появляется импульс (фиг.2,поз.43), поступающий на вход синхронизации регистра 17 и фиксирующий в нем код числа "01" (фиг.2,поз.45).

Состояние регистра 17 поступает на одну группу входов блока 24 вычитания. Поскольку на другую группу входов блока 24 вычитания в этом случае поступает код числа "00", на его выходах формируется код числа "-l (фиг.2,поз.45), поступающий на числовую шину 28. По импульсу с выхода формирователя 11 импульсов (фиг.2, поз.47) состояние числовой шины 28 регистрируется внешним устройством.

По мере дальнейшего поступления импульсов с выхода генератора 19 импульсов счетчик 13 последовательно устанавливается в состояния 02, 03,...,n-l (фиг.2,поз.40), в регистре 17 также фиксируются числа 02, 03,...,п-1 (фиг.2,поэ.45), в регистре 16 сохраняется состояние "00" (фиг.2,поз.45), а с числовой шины

28 во внешнее устройство поступают коды чисел — 2, -3,...,1-и (фиг.2, поз.46), наличие которых является для внешнего устройства подтверждением исправного функционирования счетчика 13, регистра 17 и блока 24 вычитания (фиг.2,контроль 1) °

Следующий импульс с выхода генератора 19 импульсов (фиг.2,поз.34) устанавливает счетчик 13 в нулевое состояние (фиг.2,поз.40). При этом на выходе переполнения счетчика 13 формируется перепад напряжения (фиг.2,поз.49), поступающий на тактовый T-вход триггера 21 и устанавливающий на его прямом выходе логический "0" (фиг.2,поз.35), закрывающий элемент И 22 (фиг.2,поз.37), а на инверсном выходе — логическую

"1", открывающую элемент И 23

1365003 (фиг.2,поз.38). Логическая "1" с выхода элемента И 23 поступает на установочный вход регистра 17 и устаиавливает на его выходах код числа "00" (фиг.2,поэ.45), поступающий на одну группу входов блока 24 вычитания. Кроме того, сигнал с выхода элемента И 23 поступает на вход управления коммутатора 7, при этом нап ряжение с выхода источника 15 опорного напряжения через коммутатор 7 поступает на вход опорного напряжения разравнивающего преобразователя

3 код — ток, увеличивая его коэффициент преобразования в (1+D ) раэ.

Тем не менее, поскольку с разрядных выходов счетчика 13 на информационные выходы разравнивающего преобразователя 3 код — ток в данном случае поступает код числа "00" (фиг.2, поз.45), на выходе последнего устанавливается нулевое значение тока разравнивания. С общей шины 30 через коммутатор 5 на вход преобразователя 4 напряжение — ток поступает нулевой уровень напряжения, поэтому с выхода последнего поступает нулевая величина тока °

После завершения процесса аналого-цифрового преобразования инициированного импульсом с выхода генератора 19 импульсов (фиг.2,поз.34) в регистр 17 записывается код числа

"00" (фиг.2,поз.44), поступающий на соответствующую группу входов блока

24 вычитания, с выходов которого тот же код поступает на числовую шину 28 (фиг.2, поэ.46) и по сигналу с шины 27 готовности (фиг.2,поз.47) регистрируется внешним устройством.

Второй импульс с выхода генератора

i9 импульсов устанавливает счетчик

13 в состояние "01 ", и после завершения аналого-цифрового преобразования с числовой шины 28 во внешнее устройство поступает код некоторого числа 2, лежащего в окрестностях числа (1+01).После прихода третьего импульса с выхода генератора 1 9 импульсов на числовой шине 28 аналогичным образом формируется код числа

Z,, лежащего в окрестностях числа

2(1+D>) и т.д., а после прихода и-го импульса с выхода генератора 19 импульсов в счетчике 13 формируется код числа (и-1) (фиг,2,поз.40), а на числовой шине 28 — код числа Z, 10

55 лежащего в окрестностях числа (n-1) (l+D,,) (фиг.2,поз.46).

Таким образом, несмотря на существенную нелинейность преобразования основного преобразователя 2 кодток, с числовой шины 28 во внешнее устройство поступает последовательность возрастающих чисел Z, наличие которых является для внешнего устройства подтверждением исправного функционирования раэравнивающего преобразователя 3 код — ток (фиг.2, контроль 2).

Следующий импульс с выхода генератора !9 импульсов (фиг.2,поэ.34) вновь устанавливает счетчик 13 в состояние "00" (фиг.2,поз.40). При этом на его выходе переполнения формируется перепад напряжения (фиг.2,поз.49), поступающий на тактовый Т-вход триггера 21 и устанавливающий на его прямом выходе логическую "l" (фиг.2, поз.35). Сигнал с выхода триггера 21 поступает на тактовый Т-вход триггера 20 и устанавливает на его выходе логический "0" (фиг.2,поэ.36), который поступает на входы элементов

И 22 и 23 и закрывает их (фиг.2, поэ.37 и 38 соответственно), снимая установочный сигнал с входа регистра 17 и соединяя выход коммутатора 7 с выходом источника 14 опорного напряжения. После завершения процесса аналого-цифрового преобразования на числовой шине 28 формируется код числа Е = 00 (фиг.2,поэ.46), который по сигналу с шины 27 готовности (фиг.2) регистрируется внешним устройством. Следующий импульс с выхода генератора 19 импульсов устанавливает счетчик 13 в состояние "Ol", после завершения преобразования в регистре 17 фиксируется код числа "Ol а в регистре 16 — код результата преобразования Y,âåëè÷èíà которого лежит в пределах 1 + .1, где d — суммарная погрешность (в квантах ) основного 2 и раэравнивающего 3 преобразователей код — ток. При этом на числовой шине 28 формируется результат измерения Z в виде числа Z

ОФ4.

При дальнейшем поступлении импульсов с выхода генератора 19 импульсов (фиг,2,поз.34) устройство работает аналогичным образом, формируя всякий раз на числовой шине

28 семейство чисел Z, лежащих в

136 пределах 0 4, наличие которых является для внешнего устройства подтверждением наличия на опорном входе разравнивающего преобразователя 3 код — ток напряжения с выхода источника 14 опорного напряжения (фиг.2,контроль 3).

Таким образом, если после выполнения всех трех операций контроля во внешнем устройстве будут получены ожидаемые результаты, можно считать, что блоки измерительного уст» ройства функционируют исправно, а полученная ранее информация не содержит ложной компоненты. При этом на шине 26 режима может быть вновь установлена логическая "1" (фиг.2, поз.33), возвращающая устройство в режим измерения.

Использование изобретения позволяет за счет использования новой операции по проверке работоспособности блоков измерительного устройства существенно сократить время

его бесконтрольной работы, а следовательно, уменьшить вероятность получения ложной информации. Формула из об ре т ения

Измерительное устройство, содержащее основной и разравнивающий преобразователи код — ток, компаратор, регистр последовательных приближений, счетчик, блок вычитания, три формирователя импульсов, два регистра, блок синхронизации, два источника опорного напряжения, числовую шину, шину готовности, информационную шину, шину режима, шину пуска, общую шину и преобразователь напряжение — ток, выход которого подключен к выходам основного и раэравнивающего преобразователей код — ток и через компаратор— к информационному входу регистра последовательных приближений, установочный вход которого соединен с входом пуска блока синхронизации, и со счетным входом счетчика, подключенного разрядными выходами к соответствующим информационным входам разравнивающего преобразователя код — ток и первого регистра, выхо-, ды которого соединены с первой группой входов блока вычитания, подсоединенного своими выходами к числовой

5003 шине и другой группой нходов к соответствующим выходам B TQpol регистра, управляющий выход регистра последовательных приближений подключен через первый формирователь импуль10

55 сов к входам синхронизации первого и второго регистров, к входу второго формирователя импульсов и к входу блокировки блока синхронизации, выход которого соединен с входом синхронизации регистра последовательных приближений, разрядные выходы которого подключены к информационным входам основного преобразователя код — ток и второго регистра, выход первого источника опорного напряжения соединен с опорным входом основного преобразователя код — ток, отличающееся тем, что, с целью повышения- достоверности изГ мерений, в него введены три коммутатора, два триггера, два элемента И, генератор импульсов и элемент задержки, подключенный входом к шине режима, к входу третьего формирователя импульсов и к управляющим входам первого и второго коммутаторов и выходом к одним входам обоих элементов И, к установочным входам обоих триггеров и к управляющему входу генератора импульсов, выход которого соединен с одним входом первого коммутатора, подсоединенного другим входом к шине пуска и выходом — к входу пуска блока синхронизации, выход третьего формирователя импульсов соединен с установочным входом счетчика, подключенного выходом переполнения к тактовому входу первого триггера, прямой выход которого соединен с тактовым входом второго триггера и с вторым входом первого элемента И, подсоединенного выходом к установочному входу второго регистра, инверсный выход первorо триггера подключен к второму входу второго элемента И, подсоединенного третьим входом к третьему входу первого элемента E u к прямому выходу второго триггера и выходом к установочному входу первого регистра и к управляющему входу третьего коммутатора, подключенного первым и вторым входами соответственно к выходам первого и второго источников опорного напряжения и выходом к опорному входу разравнивающего преобразователя код — ток, вход преобразователя напряжение — ток соеди11 нен с выходом второго коммутатора, первый и второй входы которого соединены соответственно с информа1365003 12 ционной и общей шинами, а выход второго формирователя импульсов подключен к шине готовности.

1365003

Составитель В. Костюхин

Редактор А.Козориз Техред;1.Õîäàíè÷

Корректор В.Бутяга

Заказ 6603/38 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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