Способ преобразования аналогового сигнала в широтно- импульсный и измерительный преобразователь для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано в измерительных преобразователях электрических сигналов различных датчиков, устанавливаемых для исследования нестационарных процессов. Целью изобретения является уменьшение динамической погрешности преобразования и компенсация динамической погрешности преобразования и компенсация динамической погрешности первичного измерительного преобразователя, например источника аналогового сигнала. Способ предусматривает формирование развертывающего сигнала, например пилообразного напряжения. Аналоговый выходной сигнал датчика уменьшают в α раз, где α *98 1, и СРАВНиВАюТ C пилООбРАзНыМ. ДАлЕЕ фОРМиРуюТ пОСлЕдОВАТЕльНОСТь ВСпОМОгАТЕльНыХ иМпульСОВ, ОпРЕдЕляюТ РАзНОСТь длиТЕльНОСТЕй эТиХ иСпульСОВ, A СигНАл, пРОпОРциОНАльНый эТОй РАзНОСТи, пОдВЕРгАюТ фуНКциОНАльНОМу пРЕОбРАзОВАНию и фОРМиРуюТ КОРРЕКТиРующий СигНАл. ЭТОТ СигНАл СуММиРуюТ C АНАлОгОВыМ СигНАлОМ. ПОлучЕННый СигНАл СРАВНиВАюТ C пилООбРАзНыМ НАпРяжЕНиЕМ и фОРМиРуюТ ВыХОдНОй иМпульСНый СигНАл, длиТЕльНОСТь КАждОгО иМпульСА B KOTOPOM ОпРЕдЕляЕТСя OT MOMEHTA зАпуСКА пилООбРАзНОгО НАпРяжЕНия дО MOMEHTA PABEHCTBA пилООбРАзНОгО НАпРяжЕНия СуММЕ ВХОдНОгО АНАлОгОВОгО и КОРРЕКТиРующЕгО СигНАлОВ. 2 C.п.1 з.п. ф-лы, 1 ил.

COt03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 03 К 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ ::,;..., Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4121251/24-21 (22) 02.07.86 (46) 15.05.89. Бюл. № 18 (71) Опытное производство. Института биологии южных морей им. А.О.Ковалевского (72) В.M.Àñêèíàäçè и В.B.Äóáîâñêèé (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1013768, кл. G 01 К 7/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1307570, кл. Н 03 К 7/08, 02Ä07.85. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА В ШИРОТНΠ†ИМПУЛЬСН И

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано в измерительных преобразователях электрических сигналов различных датчиков, устанавливаемых для исследования нестационарных процессов.

Целью изобретения является уменьшение динамической погрешности преобразования и компенсация динамической пог1

Изобретение относится-к импульсной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях электрических сигналов различных датчиков, устанавливаемых для исследования нестационарных процессов.

Целью изобретения является уменьшение динамической погрешности преобразования и компенсации динамической погрешности первичного измери тельного преобразователя (источника

1аналогового сигнала).

Ä.ÄSUÄÄ1480109 А1 решности первичного измерительного преобразователя, например источника аналогового сигнала. Способ предусматривает формирование развертывающего сигнала, например пилообразного напряжения. Аналвговый выходной сигнал датчика уменьшают в раэ, где

1, и сравнивают с пилообразным.

Далее формируют последовательность вспомогательных импульсов, определяют разность длительностей этих импульсов, а сигнал, пропорциональный этой разности, подвергают функциональному преобразованию и формируют корректирующий сигнал . Этот сигнал суммируют с аналоговым сигналом. Полученный сигнал сравнивают с пилообразным на-. пряжением и формируют выходной импульсный сигнал, длительность каждого импульса в котором определяется от момента запуска пилообразного напряжения до момента равенства пилообразного напряжения сумме входного аналогового и корректирующего сигналов. 2 с. ы 1 з п. ф лы, 1 ил.

Способ преобразования аналогового сигнала в широтно-импульсный заключается в следующем, Формируют развертывающий сигнал, в простейшем случае пилообразное напряжение. Аналоговый сигнал, который является выходным сигналом первичного измерительного преобразователя (датчика), уменьшают, например, в

Ы раэ, где d i 1, и сравнивают с пилообразньм. Далее формируют последовательность вспомогательных импуль1480109 сон, д>>цт< .>I> носггг каждого H. K(>òорь<х

Оиредсгляется от момент» запуска пи .1>ообразногс> напряжения до момента раненстна уменьшенного в,1 ра"., аналогового сигнала. Затем определяют разность длительностей двух нспомо ательных импульсов н и-й H д-1-й интерв»лы преобразования и сигнал, пропорциональный этой разности, подвергают функциональному преобразованию, Таким образом формируется корректирующий сигнал.„ Этот сигнал суммируют с полным аналоговым сигналом, полученный суммарный сигнал сравнивают с пилообразным напряжением, а затем формируют выходной импульсный сигнал, длительность каждого импульса в котором определяется от момента запуска пилообразного напряжения до момента равенства пилообразного напряжения сумме входного аналогового и корректирующего сигналов.

На чертеже представлена функциональная схема измерительного преобразователя аналогового сигнала в широтно-импульсньп>.

Измерительный преобразователь аналогового сигнала н широтно-импульсный содержит первичный измерительный преобразователь 1 (ПИП) — источник аналогового сигнала, сумматор 2, компаратор 3, триггер 4, генератор 5 тактовых импульсов, формирователь 6 пилообразного напряжения, делитель

7 напряжения, компаратор 8, триггер

9, блок 10 измерения разности длительностей смежных импульсов и функциональный преобразователь 11, при этом соединены последовательно ПИП 1, сумматор 2, компаратор 3 и триггер 4, выход которого соединен с выходной шиной, а второй вход — с выходом генератора 5 тактовых импульсов и входом формирователя б пилообразного напряжения, выход которого соединен с вторым входом компаратора 3, причем выход ПИП 1 через делитель 7 напряжения соединен с первым входом компаратора 8 второй вход которого соединен с выходом формирователя 6 пилообразного напря>кения, а выход— с первым входом триггера 9, второй вход кото1>ого соединен с выходом генератор», т»ктовых импульсов, а выход — с 11>содом блока 10 измерения разности ><с<иге.>ьностей смежных имиульсон. .11, >д которого через функI 4 Пл<акс> (- †††>а(ю

U 7g« У макс где < — допустимая относитель<1 <1 и ная погрешность компенсации динамической погрешности измерения;

U — максимальный диапазон м с<кС изменения выходного сигнала ПИП на интервале преобразования;

IAU,1 в максимальное абсолютное

M c«<ñ приращение этого сигнала, Функциональный преобразователь 11 реализует функцию вида

35

40 где <> — постоянная времени ПИП; — период преобразования;

DT — сигнал, пропорциональный разности длительностей вспомогательных импульсов на п-м и и-1-м периодах преобразования.

Функциональный преобразователь такого вида позволяет компенсировать динамическую погрешность ПИП, обус;>онленную его инерционностью.

Измерительный преобразователь функционирует следующим образом, 50 ционал>.иый преобр»зонателг 11 "оединен с вторым входом сумматора 2, Сумматор 2 может быть выполнен

5 на операционном усилителе, триггеры

4 и 9 — на основе RS- òðèããåðîâ, блок

1О измерения разности длительностей смежных импульсов — на основе двух элементов выборки-хранения, входы которых соединены с выходом формирователя пилообразного напряжения, выходы — с входами вычитающего устройства, а управляющие входы через формирователи импульсов — с выходом

15 триггера 9, при этом выход вычитающего устройства соединяют с входом функционального преобразователя 11.

Функциональный преобразователь

11 может быть выполнен как г<г параллельно включенных параболических преобразонателей с соответствующими масштабирующими коэффициентами А „, выходы которьгх соединены с входами суммирующего операционного усилите25 ля, выход которого соединяют с входом .сумматора 2, причем количество параболических преобразователей m определяется из соотношения

148О)09

35

Формула изобретения

1. Способ преобразования аналого55 вого сигнала в широтно-импульсный, включающий формирование развертывающего сигнала, суммирование входного

I1 : 1ьc .

4 и 9 формируются передние фронты импульсов. Задний фронт вспомогательного импульса на выходе триггера 9 формируется при срабатывании компаратора 8 в момент равенства 10 пилообразного опорного напряжения и напряжения на выходе делителя 7.

Вспомога тельный импуль с уменьшенной длительности подается на вход блока

10, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное разности длительностей импульсов на и-м и и-1-м периодах дискретизации. С помощью функционального преобразователя

11 это напряжение трансформируется в напряжение корректирующей поправки согласно описанному выше алгоритму,. Сумма напряжения поправки и выходного напряжения ПИП определяет момент срабатывания компаратора 3 и, 25 следовательно, момент появления заднего фронта импульса на выходе триггера 4. В результате на выходе триггера 4 сформирован импульс, длительность которого скорректирована на величину динамической погрешности измерения, обусловленной инерционностью ПИП . Этот импульс является выходным для измерительного преобразователя.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления представляют собой один из возможных вариантов последовательной коррекции в измерительном преобразователе, когда запаз- 40 дывание ПИП компенсируется в процессе широтно-импульсной модуляции выходного сигнала. При этом динамическая погрешность компенсируется с любой требуемой точностью и в пределах быстродействия ИИМ-преобразования практически безынерционно благодаря тому, что корректирующий сигнал формируется на интервале текущего преобразования, что особенно важно при

50 исследованиях нестационарных процессов с помощью инерционных датчиков ° и корректирующего сигналов, сравнение суммарного сигнала с раэвертыва юшим, формирование выходного сигнала, длительность которого пропорциональна результату сравнения, и формирование вспомогательного сигнала, величина которого пропорциональна разности длительностей двух смежных сигналов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности преобразования и компенсации динамической погрешности источника аналогового сиГнала, дополнительно сравнивают развертывающий и уменьшенный аналоговый сигналы, формируют последовательность вспомогательных импульсов, длительность которых пропорциональна результату сравнения, формируют вспомогательный сигнал, величина которого пропорциональна разности длительностей двух смежных вспомогательных импульсов на п-м и п-1-м периодах преобразования, и формируют корректирующий сигнал путем функционального преобразования вспомогательного сигнала.

2. Измерительный преобразователь аналогового сигнала в широтно-импульсный, содержащий соединенные последовательно первичный измерительный преобразователь (источник аналогового сигнала), сумматор, первый компаратор и триггер, выход которого соединен с выходной шиной устройства, а второй вход — с выходом генератора тактовых импульсов и входом формирователя пилообразного напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, и блок измерения разности длительностей смежных импульсов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности устройства и компенсации динамической погрешности первичного иэмерительного преобразователя, в него дополнительно введены делитель напряжения, второй.компаратор, второй триггер и функциональный преобразователь, при этом выход первичного измерительного преобразователя через делитель напряжения соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом формирователя пилообразного напряжения, а выход — с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен

1480)09

ih11мчмс(е (-- — -- ) 1 д 1, Пм акс U < кс мак с имал ьно е абсолютно е приращение выходного сигнала первичного измерительного преобразователя на интервале преобразования;

П„

Составитель Е. Борзов

Техред1"1.Холанич Корректор Н Гунько

Редактор А. Лежнина

Заказ 2557/55 Тираж 885 Подписное

ВНИИ1Ы Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 с выходом генератора тактовых импульсов, а выход — с входом блока измерения разности длительностей смежных импульсов, выход которого через функ5 циональный преобразователь соединен с вторым входом сумматора.

3. Преобразователь по и„ 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что в нем функциональный преобразователь реализует функцию вида

DT

F = > (-1) " (А — )

I: 1 т где à — постоянная времени первич- 15 ного измерительного преобразователя;

Г т — период преобразования;

А — коэффициент пропорциональности;

m — показатель, выбирае .ый иэ соотношения мак с имал ь ный диапазон и зменения сигнала; допустимая относительная погрешность компенсации динамической погрешности измерения; сигнал, пропорциональный разности длительностей вспомогательных импульсов на и-м и п-1-м периодах преобразования,