Многоканальный аналого-цифровой преобразователь малых постоянных сигналов

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Изобретение позволяет повьк:ить точность преобра зования малых постоянных сигналов в цифровой код при изменении параметров измерительной цепи. Повьшение точности получено за счет введения в каждьй канал преобразования резисторов 6,9,10 и ключей 7 переключателя 4 и проведения двух дополнительных измерений по каждому каналу при запрограммированном изменении параметров измерительной цепи на образцовую величину введенных резисторов с последующим вычислением коэффициентов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. IQ (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 03 М 1 52

I

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4144046/24-24 (22) 24.09.86 (46) 15.03.88. Бюл. N 10 (71) Куйбьппевский авиационный институт им. акад.С.П.Королева (72) Н.Н.Васин, О.П.Скобелев и А.А.Хритин (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1 445146, кл. Н 03 М 1/52, 1973.

Авторское свидетельство СССР

В 465736, кл. Н 03 М !/50, 1973

„„Я0„„1381710 А1 (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАЛЫХ ПОСТОЯННЫХ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Изобретение позволяет повысить точность преобра» эования малых постоянных сигналов в цифровой код при изменении параметров измерительной цепи. Повышение точности получено sa счет введения в кахдый канал преобразования резисторов 6,9,10 и ключей 7 переключателя

4 и проведения двух дополнительных измерений по калдому каналу при за-. программированном изменении параметров измерительной цепи на образцовую величину введенных резисторов с последующим вычислением коэффициентов.

1 э.п. ф-лы, 3 ил.

1381710

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя на фиг.2 — функциональная схема преобразователя амплитуды одиночного импульса в код, на фиг.3 — временные диаграммы работы преобразователя амплитуды одиночного импульса в код.

Многоканальный аналого-цифровой преобразователь малых постоянных сигналов (фиг.1) содержит трехобмоточные 15 импульсные трансформаторы 1, ключи

2, источники 3 преобразуемых сигналов, блок 4 управления, управляющие трансформаторы 5, токоограничивакицие элементы 6, выполненные на резисторах, ключи 7, преобразователь 8 амплитуды одиночных импульсов в код, токоограничивающие элементы 9 и 10, выполненные на резисторах, переключатель 11, источники 12 смещения, 25 токоограничивающие элементы 13, выполненные на резисторах, и ключи 14, Преобразователь амплитуды одиночных импульсов в код (фиг.2) содержит операционный усилитель 15, источник 30

16 тока, токоограничивающие элементы

17-19, выполненные на резисторах, усилительный элемент 20, выполненный на транзисторе, ключ 21, генератор

22 импульсов, счетчик 23 импульсов, диодный выпрямитель 24 и накопительный элемент 25, выполненный на конденсаторе.

На временной диаграмме (фиг.3) обозначены: U - напряжение на пря, 40 мом входе операционного усилителя 15, U — напряжение на конденсаторе 251

U ц„ — напряжение на выходе транзистора 20; N „ — код на выходах счетчика 23. е

В исходном состоянии ключи 2 от- 45 крыты, ключи 7 замкнуты, йереклю чатель 11 замкнут на резистор 9. Поскольку функционирование всех каналов одинаковое, рассмотрим работу

i ãî канала. Суммарный поток магнит- 50 ной индукции в сердечнике импулЬсного трансформатора 1 определяется сигналом источников 1 и 12. По первичной обмотке импульсного трансформатора 1 протекает ток 55 где Е; — напряжение датчика, r =г +г +r +r — сопротивление

9 измерительной цепи, определяемое внутренним сопротивлением источника 3 г9, сопротивлением линии связи г„, сопротивлением г, ключа 2 в открытом состоянии и сопротивлением r первичной обмотки трансформатора 1.

Сопротивление замкнутого ключа 7 на 3-6 порядков меньше r,. и поэтому его можно не учитывать. По третьей обмотке импульсного трансформатора протекает ток

1 где Е,„ — напряжение источника 12 смещения, величина которого составляет несколько вольт;

r . — сопротивление цепи смещесм i ния в i-м канале, определяемое величиной резистора 13.

Подстройкой резисторов 13 можно получить одинаковую величину тока

I = E „ /r,„ во всех каналах. В этом исходном состоянии происходит накопление энергии в индуктивности импульсного трансформатора 1. При коэффициенте связи К = 1 между обмотками трансформатора накопленная энергия определяется величиной суммарного тока.

Iî,I;+I см Ei,/r1,+E /r

По сигналу блока 4 ключи 2 и 14 закрываются. Начинается процесс расо сеяния энергии, накопленной в индуктивности импульсного трансформатора

1. При коэффициенте связи К = 1 эквивалентная схема импульсного трансформатора на данном этапе преобразования может быть представлена индуктивностью L с сопротивлением обмотки r„ и емкостью С, зашунтированными сопротивлением R, резистора 9, Сопротивление ключей 2 и 14 в закрытом состоянии на несколько порядков больше R, и сопротивления p= L/Ñ, поэтому влиянием сопротивления закрытых ключей и остальных параметров на процесс рассеяния энергии можно пренебречь.

В процессе рассеяния энергии на импульсном трансформаторе формируется сигнал, амплитуда которого намного

1381710

Š— —, 1 ° см

N.

Fi =г;(1 1 9; К, 9;+R, 20 гсм r, jl +R1

+r, И °

R11 гИ 1)

R,—, К

V,(t„) = т, р.е се м

35 (Е . Есм ) P/Rt (2) 1

„РЖ/ р,+R/

-- N,-F

Ь. гсм

Я,,-F — см

9;RR г, 1

r . +r

О р, +R, 9 R1

p;+R, превышает напряжение датчика и пропорциональна производной потокосцепления импульсного трансформатора U =

= ч;/ .

В общем случае влияние С приводит к тому, что характер переходного процесса может быть как колебательным, так и апериодическим, а амплитуда сигнала имеет максимальное значение не в момент коммутации г.=О, а через

t„ ïîñëå закрывания ключей 2 и 14.

При колебательном характере переходного процесса

-0((1 сов<1 -кы/11,/ц 15

U; », v./(3 t Ipe где И г /2Ь+1/2R„C> е1-1е1"-Ы1, (1+r „ /R, /ЬС, К = p. (1+г /2R, -г /2 p ) /

t — arctg ((К м /а(-г„)/(К+

ЧеРез время „ после коммутации 30 ключей 2 и 14 амплитуда сигнала максимальна и равна:

Данное выражение с достаточно высокой точиостью аппроксимируется выражением

U;(t„) = т,(РИК,) - IpР.К,/(Р;+ 40

Аналогичное выражение получается 45 и при апериодическом характере переходного процесса.

Амплитуда сигнале U,(t„) преобразуется преобразователем 8 в цифровой код 50

N. » FU (t ) а F(— + — )

Есм E; R

1 М r r. +R см где F - коэффициент преобразования напряжения в код, При постоянных параметрах измерительной цепи цифровой код однозначно связан с измеряемым Е,:

Однако в процессе работы устройства под действием внешних факторов (например, температуры) изменяются сопротивления r; и р. и, следовательно, изменяется коэффициент преобразования устройства (чувствительность).

Для коррекции чувствительности преобразования в каждом канале производятся два дополнительных измерения сразу за измерением U;(t„) с той целью, чтобы значение Е, не изменялось за время коррекции. Первым определяется значение р,, для чего переключатель замыкается на резистор

10 с сопротивлением Кг. При этом код на выходе преобразователя 8

Блок 4 по результатам измерений

N. u N . .определяет коэффициент Ы;:

1 1i

N; P.R,+R Ð1 после чего вычисляется значение р,:

При определении значения r i переключатель 11 по сигналу блока 4 вновь замыкается на резистор 9, а ключ 7 размыкается, при этом измерительная цепь увеличивает свое сопротивление на этапе накопления энергии в индук» тивности на величину сопротивления г, резистора 6, после чего производится измерение Uг; (t„):

N . .Р U ..(t )» F(— + )1 г 1 г м см 1 о

Блок 4 определяет коэффициент Ь по формуле

1381710 после чего вычисляется значение

Ь1 г(,1 1 °

По результатам вычисления р, и г. блок 4 определяет значения корректирующих коэффициентов:

r; р R с +К„

В = r

Е

1 1r э

См

15 которые используются далее для определения Е,:

Е = NA Â,.

Алгоритм программы работы блока 4 представляет собой следующую последовательность действий: выдача сигналов на установку ключей 2 и 14 и переключателя 11 в исходное состояние,. задержка на время переключения; сброс преобразователя 8, ввод номера выбранного канала (i); выдача управляющего сигнала на 30 размыкание ключей 2 и 14 выбранного канала; задержка на вермя преобразования амплитуды сигнала U;(t ) в код N

1 пересылка кода N, из преобразователя 8 в блок 4; сброс преобразователя 8; установка ключей 2 и 14 в исходное состояние„вьщача управляющего сигнала на пе- 40 реключение переключателя 11 с резис» тора 9 на резистор 10, задержка на время переключения; выдача управляющего сигнала на размыкание ключей,2 и 14, 45 задержка на время преобразования амплитуды сигнала U „;(й,) в код; пересылка кода N из преобразователя 8 в блок 4, сброс преобразователя 8;

50 установка ключей 2 и 14 и переключателя 11 в исходное состояние,. выдача сигнала на размыкание ключа 7„ задержка на время переключения выдача сигнала на размыкание ключей 2 и 14; задержка на время преобразоварел амплитуды сигнала U ; (t„) в код N q, пересылка кода N,. из преобразователя 8 в блок 4; вычисление значения Е,, вывод значения F,. на цифровой ин-! дикатор; переход к выполнению первого действия °

Преобразователь 8 представляет со-бой пиковый детектор, собранный на операционном усилителе 15 и диодном выпрямителе 24, который заряжает конденсатор 25 до амплитудного значения вьщеленной полуволны преобразуемого напряжения. Преобразование пикового значения напряжения во временной интервал (фиг.3) осуществляется путем разряда конденсатора 25 стабильным током от источника 16 и фиксацией по.— средством обратной связи операционного усилителя 15 момента прохождения линейно уменьшающегося напряжения на конденсаторе 25 через нуль. Дальней- . шес преобразование tg в цифровой код

N „ oc e c oMo AIBA время — код, содержащего генератор 22, ключ 21 и счетчик 23.

Транзистор 20 с резисторами 17, 18 и 19 является формирователем временного интервала.

Блок 4 управления может быть выполнен на микропроцессоре К 580, формула изобретения

1. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь малых постоянных сигналов, содержащий блок управления, преобразователь амплитуды одиночных импульсов в код, источник смещения, и каналов преобразования, каждый из которых выполнен на источнике преобразуемого напряжения, первом и втором ключах, первом токоограничивающем элементе, выполненном на резисторе, трехобмоточном импульсном трансформаторе, первый вывод первичной обмотки которого соединен с первым выходом источника преобразуемого напряжения, второй выход которого .соединен с входом первого ключа, вторичные обмотки трехобмоточных импульсных трансформаторов и каналов преобразования соединены последовательно, второй вывод вторичной обмотки трехобмоточного импульсного трансформатора первого канала преобразования соединен с информационным входом преобразователя амплитуды одиночных импульсов в код, второй вывод вторичной

1381710 обмотки трехобмоточного импульсного трансформатора и-го канала преобразования является общей шиной, первый вывод третьей обмотки трехобмоточного импульсного трансформатора соединен с входом второго ключа, вторые выводы третьих обмоток трехобмоточных импульсных трансформаторов п каналов преобразования объединены и соедине- 10 ны с первым выходом источника смещения, второй выход которого через соответствующий первый резистор i-го канала преобразования соединен с выходом второго ключа данного канала преобразования, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй и третий токоограничивающие элементы, выполненные на резисторах, переключатель, а в каждый канал преобразования введены четвертый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, третий ключ и управлякиций трансформатор, первичная обмотка 2 управляющего трансформатора i-ro канала преобразования подключена к i-м управляющим выходам первой группы выходов блока управления, вторичная обмотка — к управляющим входам первого ключа данного канала преобразования, выход которого через параллельно соединенные четвертый резистор и третий ключ соединен с вторым выводом первичной обмотки трехобмоточноro импульсного трансформатора, управляющий вход второго ключа i-го канала преобразования соединен с i-м управлякцим выходом второй группы выходов блока управления, управляющий вход третьего ключа i-ro канала преобразования соединен соответственно с i-м управлякщим выходом третьей группы выходов блока управления, первый управляющий выход которого соединен с управляю45 щим входом переключателя, первый и второй входы которого соответственно через второй и третий резисторы соединены с общей шиной, а выход соединен с информационным входом преобразователя амплитуды одиночного импуль- 5О са в код, управляющий вход которого соединен с вторым управляющим входом блока управления, выходы соединены с соответствующими информационными входами блока управления.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что преобразователь амплитуды одиночных импульсов в код выполнен на операционном усилителе, трех токоограничивающих элементах, выполненных на резисторах, накопительном элементе, выполненном на конденсаторе, источнике тока, усилительном элементе, выполненном на транэисторе, ключе, генераторе импульсов, диодном вьптрямителе и счетчике импульсов, выходы которого являются соответствующими выходами преобразователя амплитуды одиночного импульса в код, управляющим входом которого является установочный вход счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом ключа, управляющий вход которого соединен с коллектором транзистора и первым выводом первого резистора информационный вход — с выходом генератора импульсов, эмиттер транзистора является общей шиной, второй вывод первого резистора объединен с первым выводом второго резистора и является шиной положительной полярности источника питания, второй вывод второго резистора объединен с базой транзистора и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с выходом операционного усилителя и анодом диодного выпрямителя, катод которого соединен с-инверсным входом операционного усилителя, первой обкладкой конденсатора и выходом источника тока, вход которого является шиной отрицательной полярности источника питания, вторая обкладка конденсатора является общей шиной, а прямой вход операционного усилителя является информационным входом преобразователя амплитуды одиночных импульсов в код.

1381710

4,7

Составитель А.Титов

Техред Л.Сердюкова Корректор A.Обручар

Редактор A.Ëåæíèíà

Заказ 1194/55

Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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