Система сбора и регистрации измерительной информации

 

Изобретение относится к области электроизмерений и позволяет повысить быстродействие устройства. Система сбора и регистрации информации содержит датчики 1.1...1.N, усилители-преобразователи 2.1...2.N, аналоговый коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 цифровой обработки, блок 7 управления, усилитель 8 мощности, питающие и сигнальные трансформаторы 9.1...9.N и 10.1... ...10.N. Введение усилителей ... . . . 3.N и образование новых функциональных связей увеличивает частоту преобразования сигнала. При этом запись информации производится параллельно процессу измерения. В описании приведен пример реализации блока 7 управления , 1 з.п. ф-лы, 4 шт. (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((gl 8 1! а I l

Lgl) 4 Н 03 М j06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/Й

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

{21) 4125347/24 "21 (22) 12.06.86 (46) 15.06,88. Бюл. !! 22 (71) Институт физико-технических проблем энергетики АН ЛитССР

{72) P.Р.Андрушкявичюс и P.Â.Êîíöðàöкис (53) 621.317.791 (088.8)

{56) Коинорс С. Развязка потенциалов в системах сбора данных, Электроника, 1980, т. 53, 9 10, с. 50-60. . !1атент С1ИА 9 3940759, кл. Н 03 К 13/02, 1976. (54) СИСТЕМА СБОРА И РЕГИСТРАЦИ1 ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРИАЦИИ (57) Изобретение относится к области злектроизмерений и позволяет повысить быстродействие устройства. Система сбора и регистрации информации содержит датчики !.1 ° ° .1.0, усилите" ли-преобразователи 2.1...2.11, аналоговый коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 цифровой обработки, блок 7 управления, усили(( тель 8 мощности, питающие и сигнальные трансформа торь(9. l... 9.N и 10. 1... ...!О.N. Введение усилителей 3igl... ...3.N и образование новых функциональных связей увеличивает частоту преобразования сигнала. При этом запись информации производится параллельно прот ессу измерения. В описании приведен пример реализации блока 7 управления. 1 з.п. Ф-лы, 4 кп.

1403368

1"."=обретение относится к электро иэмерениям

Целью изобретения является повышение быстроцействия системы за счет увеличения частоты преобразования сигнала и эа счет того, что запись информации производится параллельно

:процессу измерения.

На фиг.1 представлена структурная

:схема системы сбора и регистрации из:мерительной информации, на фиг.2 — 15 ! ,функциональная схема усилителя-преобразователя; на фиг.3 — структурная схема блока управления; на фиг.4 " .временная диаграмма, поясняющая работу блока управления. 20

Система содержит датчики 1.1-1,N, усилители-преобразователи 2. 1-2. N усилители 3. 1-3. N аналоговый коммутатор 4, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 5, блок 6 цифровой об- 25 работки, блок 7 управления, усилитель 8 мощности,: питающие и сигнальные трансформаторы 9.1-9.N и 10.1—

1О.N причем датчики 1.1-1.N через линии связи соединены с сигнальными

,Щ входами ?силителей-преабразов чтелей

1 2 N соответстееннО IIBÃ входа пи тания которых подключены параллельно втори . ным обмоткам трансформаторов

".. 1-9. :;! c.oîòíåòcòsebIíî, первичные обмо тки ка та рых 1 ° одключень параллель но двум выходам усилителя 8 мощности, вход которого соединен с первым выходам блока 7 управления,„два сигнальных вьгюда усилителей-преобразователей ?, i -2. 11 подключены параллель40 но первичньач обмоткам трансформаторов

I 0, 1--10: N "аответственно, вторичнь-е об:-.;::. Ты:. которых подключены параллельно двум входам усилителей 3.1-3.И .o :"::,çeòcòâåIIbIo выходы которых соединены с соответствующими входами аналоговогоа коммутатора 4, выход которога соединен с аналоговым входом АЦП-З, цифровой выход которого соединен C информационным входом блока 6- цифрoBoé обработки первый и второй вха,";ы утравления которого соединены со-ответственно с вторым и TIHTblM выходами бло;.. 7 уп эвления, третий и четве::, тый выходы 1<0701)QI" соединены соответственно с управляюшими входами

АДП 5 и аналогового коммутатора 4, управляющие выходы АЦП 5 и блока 6 цифровой обработки соединены соответственно с первым и вторым входами блока 7 управления, средние точки первичных обмоток трансформаторов

10.1-10.N соединены с общей шиной.

Усилитель-преобразователь 2 (фиг,2) содержит операционные усилители (ОУ) 11 и 12, импульсные диоды

13 - 16, резисторы 17 и 18, аналоговые ключи 19 и 20, диодный мост 21, резисторы 22 — 26, стабилитроны 27 и 28, конденсаторы 29 — 31, причем неинвертирующие входы ОУ 11 и 12 соединены с сигнальным входом усилителя" преобразователя 2, сигнальные выходы которого соединены соответственно через аналоговые ключи 19 и 20 с выходами ОУ 11, 1 2 и через резисторы 17, 18 с, инвертирующими входами ОУ ll и 12, которые через соединенные встречно-параллельно диоды 13, 15 и

14, 16 соответственно соединены с выходами ОУ 11 и 12, входы питания уси" лителя-преобразователя 2 соединены соответственно с первым и вторым входами диодного моста 21 и через резисторы 25, 22 — с управляющими входами аналоговых ключей 19 и 20, параллельно которым подключены последовательно соединенные резисторы 23 и 24, общие выводи которых соединены с общей шиной, минусовая шина питания ОУ 11 и 12 непосредственно, а плюсовая — через резистор 26 соединена с соответствующими выходами диодного моста 21, которые зашучтированы конденсатором 31, мипусовая шина питания ОУ 11 и 12 через последовательна соединенные стабилизаторы 27 и 28 эашунтированные конденсаторами 29 и 30 соответственно, соединена с плюсовой шиной питания,, объединенные выводы стабилитронов 27 и 28 соединены с общей шиной.

Блок 7 управления (фиг.3) содержит задающий генератор 32, формирователь 33,. риггер 34,- счетчик 35 íoмера. канала, элемеьт Vi 36, одновибратор 37, триггер 38.готовности, триггер 39 состояния, элемент И 40, одновибратор 41,- причем выход задающего генераtopB. 32 через формирователь 33 соединен с входом триггера

34 и первым входом элемента И 40, вы:..Од которого через одновибрачор 41 оединен с третьим выходам блока 7 управления р первый Bb :oä котОрого

; оединен с инвертирующим выходом

3 !40336 триггера 34 и с D-входом триггера 38 готовности, счетный вход которого через однови ратор 37 соединен с пер= выми входами элемента И 36 и блока 7 управления, второй вход которого сое5 динен с R-входом триггера 38 готовности, прямой выход которого соединен с R-входом триггера 39 состояния и вторым выходом блока 7 управления, а инвертирующий выход - с D-входом триггера

39 состояния, счетный вход которого соединен с прямым выходом триггера

34, вторым входом элемеита И 36 и первым входом счетчика 35 номера канала, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 39 состояния и вторым входом элемента И 40, выходы элемента И 36 и счетчика 35 номера канала соединены соответствен- 20 но с пятым и четвертым выходами блока 7 управления.

Система работает следующим образом.

Сигналы в виде постоянного напря- 25 жения от датчиков 1.1-1.N (фиг.1) подаются на входы соответствующих усилителей-преобразователей 2,1-2,N, которые состоят из двух ОУ II 12, выходы которых аналоговыми ключами 19 и 20 последовательно подключаются к первичной обмотке трансформаторов

10.1-10.N. Напряжение на их вторичных обмотках принимает вид последовательности биполярных импульсов, амплитуда KQTopblz определяется входным напряжением, действующим в данный момент времени. Глубокая отрицательная

1 . обратная связь, действующая в момент формирования импульса, обеспечивает высокую точность соответствия амплитуды выходного импульса входному напряжению. Полученные последовательности импуль ов усиливаются усилителями 3.1-3.N,. Коммутатор 4 аналоговых

45 сигналов последовательно подключает ко входу ЛЦП 5 выходы усилителей 3.1З.N на время, необходимое. для преобразования в цифровые коды амплитуды пары импульсов обоих полярностей,, которые в дальнейшем поступают в блок

50 б цифровой обработки. В результате цифровой обработки получается усредненное значение сигнала, в котором отсутствуют составляющие погрешности, вносимые аналоговым коммутатором 4.

Блоком 7 управления обеспечивается синхронизация работы аналогового коммутато= АЦП 5, усилителей-преобЪ

4 разователей 2,1 2.N и блока 6 цифровой обработки. Работа усилителей-преобразователей 2. 1-2. N (фиг. 2) основана ка последовательной коммутации вы-. ходов ОУ 11 и 12 к первичной обмотке трансформаторов I C. 1-10.N соответственно к началу и концу обмотки аналоговыми к.тючами 19 и 20. Этим обеспе-:. чивается получение на вторичной обмотке трансформаторов 10.1 — IО.N импульсов разной полярности. На выходе

ОУ 11 и 12 при разомкнутых аналоговых ключах 19 и 20 напряжение всегда больше, чем напряжение на входе, на величину, разную падению напряжения на импульсных диодах 13, 15 или I4, 16, чем обеспечивается быстрое нарастание напряжения ка выходах усилителей-преобразователей 2.1-2.N npu включении аналоговых ключей 19 или

20. ОУ 11 и 12 применены для у".1еньшения длительности переходных процессов, подавления помех, вызванных сигналами управления аналоговыми ключами 19 и 20, а также для компенсации разброса параметров аналоговых ключей

19 и 20. Коэффициент передачи усилителей-преобразователей 2.1-2,N практически равен коэффициенту трансформации трансформаторов 10.1-10.N (К =

1). Для обеспечения необходимой чувствительности и частоты измерения применены усилители 3.1-3. 11, к выходам которых через аналоговый коммутатор 4 подключае- ñ.ÿ АЦП 5, Питание усилителей-npeo6paçователей 2.1-2.N и .блока управления ключами 19, 20 осуществляется усилителем 8 мощности, к выходу которого подключены трансформаторы 9.1-9.N. Переменное напряжение на вторичной обмотке трэнсформаторов 9.1-9.N выпрямляется диодным мостом 2I и после фильтрации подается на соответствующие выводы ОУ

11 и 12. Сигналы управления аналоговыми ключами 19 и 20 снимаются с вы" ходов а и б делителей напряжения на резисторах 25 ?4 н 22. 23 и подаются на соответствующие входы управления аналоговых ключей 19 и 20.

Синхронизация работы отдельных, элементов сис-.åëü об еспечивается следующим об раэ ом.

Задающий генератор 3? генерирует сигнал определенной частоты, из которого формирователем 33 и триггером 34 формируются синхрозмпульсы "а" и "б"

5 14 (фиг.4). При поступлении пз блока 6 цифровой обработки и регистрации сигнала в" о готовности принять информацию триггер 38 готовности переходит в нулевое состояние и при появлении сигнала "б" переводит триггер 39 состояния в состояние "к" „разрешающее начало процесса измерения. Появление сигнала "к" на входе счетчика 35 номера канала разрешает переключение канала аналогового коммутатора .4, а на выходе логического элемента И 4О формируется импульс "д", задним фронтом которого запускается одновибратор 41, формирующий сигнал "е" для запуска АЦЛ 5, который преобразовывает неинвертированный входной сигнал в цифровой код. Конец преобразования определяется переводом сигнала "ж"

АЦП 5 из высокого в низкий уровень, а на выходе логического элемента И 36 формируется импульс з", задним фронтом которого записывается информация в буферный регистр 42 (фиг.3). При последующем изменении уровня сигнала

"б" через аналоговый коммутатор 4 на вход АЦП > поступает инвертированный входной сигнал. Задним фронтом второ"о импульса "д логического элемента

И 40 формируется второй импульс "е" запуска АЦП 5 и происходит преобразование инвертированного входного сигнала в цифровой код. Сигнал ж кон ца преобр--"зования в этот раз не может изменить состояние логического элемента H 36, так как он блокирован низким уровнем сигнала "б", и запись информации в буферный регистр блока 6 не происходит. Содержание буферного регистра блока 6, соответствующее значению неинвертированного входного сигнала, и содержание выходного реrr:. тра АЦП 5„ соответствующее значению инвертированного входного сигнала, суммируется в сумматоре 43 блока

6 и передается на вход интерфейса 44 блока 6. Знак определяется полярностью неинвертированного сигнал" и фиксиру тся при первом измерении в буферном р="-.гистре блока 6,.

Задним фронтом второго импульса однонибратора 37 триггер 38 состояния переводится в начальное еди-* ничное состояние и блокирует прохождение тактовых импульсов до прихода очередного сигнала в из интерфейса блока 6 и готовности принять информа-" цию. Ка",кдый импульс "б" при положи03368 6

50 тельном сигнале "к" переводит счетчик 35 номера канала в новое состояи ние л, чем обеспечивается автоматическое изменение канала после завершения измерения неинвертированного и инвертированного входноro сигнала.

Увеличивание частоты преобразования сигнала позволяет увеличить частоту измерений или число исследуемых сигналов, что в свою очередь позволяет сократить время проведения эксперимента или уменьшить число оборудования, используемого дпя автоматизации проведения эксперимента. Увеличение частоты преобразования позволяет уменьшить габариты и проходную емкость трансформаторов, что позволяет значительно уменьшить влияние син- . фазной помехи и внешних магнитных полей на точность измерения.

Формула изобретения

1. Система сбора и регистрации измерительной информации, содержащая датчики, усилители-преобразователи, питающие и сигнальные трансформаторы„ аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок цифровой обработки, усилитель мощности и блок управления, причем выходы датчиков соединены с сигнальными входами усилителей-преобразователей, входы питания которых через соответствующие питающие трансформаторы соединены с выходами усилителя мощности, вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым управляющим входом блока цифровой обработки, первичные обмотки соответствующих сигнальных трансформаторов подключены параллельно сигнальным выходам усилителей-преобразователей, выход аналогового коммутатора через аналого-цифровой преобразователь соединен с информационным входом блока цифровой обработки, управляющие выходы последнего и аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, третий выход ::.оторого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразов=:геля,отличающаяся тем,. что, с целью повышения быстродействия, в нее введены усилители, входы которых подключены параллельно вторичным обмоткам соответствующих

7 1 < 1 сигнальных трансформаторов, а выходык < оответствующим входам аналогового коммутатор--, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом бло— ка управления, пятый выход которого соединен с вторым управляющим входом блока цифровой обработки, средние точки первичных обмоток сигнальных трансформаторов соединены с общей шиной, а усилители-преобразователи содержат два операционных усилителя, четыре диода, два аналоговых ключа, семь резисторов, диодный мост, два стабилитрона и три конденсатора,причем неинвертирующие входы операционных усилителей соединены с сигнальным входом усилителя-преобразователя, сигнальные выходы которого соединены соответственно через первый, второй аналоговые ключи с выходами первого, второго операционных усилителей и через первый, второй резисторы — с инвертирующими входами операционных усилителей, которые через соединенные встречно параллельно первый, второй, третий, четвертый диоды соответственно соединены с выходами собственных операционных усилителей, входы питания усилителя-преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами диодного моста и через третий и четвертый резисторы — с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей, параллельно которым подключены последовательно соединенные пятый и шестой резисторы, объединенные выводы которых соединены с общей шиной, минусовая шина питания операционных усилителей непосредственно, а плюсовая — через седьмой резистор соединены с соответствующими выходами диодного моста, которые зашунтированы первым конденса(> .3 368 3 тором, минусовая шина питания операционных усилителей через последовательно соединенные стабилитроны,зашунтированные вторым и третьим кон5 денса торами соответственно, соединена с плюсовой шиной питания, а объединенные выводы стабилитронов — с общей шиной.

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок управления содержит задающий генератор, формирователь, три триггера, два элемента И, два одновибратора и счетчик номера канала, причем выход задающего генератора через формирователь соединен с входом первого триггера и первым входом первого элемента И, выход которого через первый одновибратор соединен с третьим выходом блока управления, первый выход которого соединен с инвертирующим выходам первого триггера и с D-входом второго триггера, счетный вход которого через второй одновибратор соединен с первыми,входами второго элемента И и блока управления, второй вход которого соединен c R-входом второго триггера, пряЗО мой выход которого соединен с R-входом третьего триггера и вторым выходом блока управления, а инвертирующий выход — с D-входом третьего триггера, счетный вход которого соединен с прямьм выходом первого триггера, 35 вторым входом второго элемента. И и первым входом счетчика номера канала, второй вход которого соединен с прямым выходом третьего триггера.и вторым входом первого элемента И, выходы счетчика номера канала и второго элемента И соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блока управления.

1403368

1 403368

1403368

Составитель В.Быков

Техред N. Ходанич

Корректор В.Гирняк

Редактор Н.Горват

Заказ ЗОО4/55

Тираж 928 Подписное

ВПИИПИ Государственного :;.омитета СССР по делам изобретений и открытий

I 1 3035 Москва1 Ж 3 5 у Ра /нская наб о р дда 4 /5

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