Преобразователь амплитуда-код нестационарных механических колебаний

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при обработке сигналов датчиков. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей. Преобразователь содержит блок логических элементов, ваыполненный на элементах И, элементах ИЛИ, триггерах, счетчиках импульсов, блоке сравнения и генераторе импульсов, а также датчик, усилитель, детектор, нуль-орган, преобразователь частота-код и преобразователь напряжение-частота. Устройство позволяет при небольших аппаратурных затратах повысить точность измерения и расширить диапазон измеряемых амплитуд. 1 ил.

Ä.SU ÄÄ 1481888

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 03 М 1/60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

i!0 ИЗОБРЕ ГЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯ!4

И ГКНТ СССР

Ый!!Б

Б 1БЫ-) Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4201 252/24-24 (22) 02. 03. 87 (46) 23.05.89.. Бюл. Р !9 (72) Е. А. Оленев, Л. Н. !Дарыгин и И. !О. Громов (53) 678. 178. 53 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР !! - 842419, кл. С 01 Н 1/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР !! 715939, кл. G 01 Н !/08, 1980. зовано при обработке сигналов датчиков. Целью изобретения является повыпение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

Преобразователь содержит блок логических элементов, выполненный на элементах И, элементах ИЛИ, триггерах, счетчиках импульсов, блоке срав.— нения и генераторе импульсов, а также датчик, усилитель, детектор, нульорган, преобразователь частота — код и преобразователь напряжение .- частота. Устройство позволяет при небольших аппаратурных затратах повысить точность измерения и расширить диапазон измеряемых амплитуд. 1 ил.

I (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АМПЛИТУДА—

КОД НЕСТАЦИОНАРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь2 частота - код 42 и напряжение — частота 43.

Преобразователь амплитуда — код нестационарных механических колебаний работает следующим образом.

В качестве датчика 38 можно использовать, например, магнит и катушку. Катушку крепят на неподвижном основании, а магнит — на объекте, который совершает колебания. При пересечении магнитной системой катушки в ней наводится переменная по знаку и величине ЭДС (В) максимальное значение которой

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано при обработке сигналов датчиков.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

На чертеже изображена структурная схема преобразователя амплитуда— код нестационарных механических колебаний.

Преобразователь содержит блок 1 логических элементов, выполненньй на четырнадцати элементах И 2-15, одиннадцати элементах ИЛИ 16-26, пяти триггерах 27-31, четырех счетчиках

32-35 импульсов, блоке 36 сравнения и генераторе 37 импульсов, а также, датчик 38, усилитель 39, детектор

40 нуль-орган 41, преобразователи

1„„,„, = k ° f ° А, где К - коэффициент, зависящий от параметров магнитной системы

ВС . и катушки —, M

ПР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1481888

f — частота колебаний с ;

А - амплитуда — М.

Для того, чтобы найти амплитуду А механических колебаний, нужно знать величину максимальной ЭДС и частоту колебаний, а затем найти и отношение.

Этот принцип и заложен в предлагаемом устройстве.

С целью получения сигнала с датчи- 10 ка 38 одного знака, после усилителя

39 установлен детектор 40, где сигнал детектируется и поступает на входы преобразователя 43 и нуль-органа 41.

Преобразователь 43 может быть выпол-: 15 нен по схеме, где выходная частота следования импульсов преобразователя зависит от напряжения на входе, так как максимальному входному напряжению (ЭДС) соответствует наибольшая часто- 20 та (наименьший период) следования выходных импульсов, то для нахождения максимального значения ЭДС достаточно найти наименьший период следования импульсов с преобразователя 43. Эта задача решается блоком 1 логических элементов путем поиска наименьшей величины числа импульсов генератора

37, укладывающихся в период следования импульсов с третьего входа бло- Зр ка 1.

Нуль-.орган 41 формирует в моменты времени, когда ЭДС сигнала датчика 38 равна нулю, единичные импульсы, которые поступают на первый вход блока 1 логических элементов и на вход преобразователя частота — код 42, с выхода которого обратно пропорциональный код частоты поступает в счетчик 34, где потом осуществляется деление ве- 40 личины максимальной ЭДС на код частоты, после чего частное от деления (обратно пропорциональный код амплитуды механических колебаний) поступает в последовательном коде на выход уст- 45 ройства. Таким образом, эа первую половину периода сигнала датчика 38 блок .1 логических элементов формирует код максимального значения ЭДС, а затем проводит деление этого кода на код частоты и выдает результат деления в виде кода амплитуды на выходную

llIHH>o

Блок 1 логических элементов работает следующим образом. 55

Предположим, что очередной сигнал. на первом входе должен перевести ( триггер 31 в единичное состояние. Перед моментом прихода этого сигнала элементы схемы находятся в следующем состоянии. На входах элементов 2-5, 7 14, !6-22, 24 — логические "О", а на выходах элементов 6, 15, 23, 25 и

26 — логические "1", На прямых выходах триггеров 27, 28, 31 логические

"0" на прямом выходе триггера 29—

"1, а на прямом выходе триггера 30 может быть "1" или "0". Это не влияет на состояние системы, так как на входы элементов 25 и 26 с выхода триггера 29 поступает "1". Счетчики

32-35 обнулены. На выходе А = Б = 0 блока 36 сравнения имеется "1", а на остальных его выходах "0".

При поступлении сигнала "1" на первый вход блока 1 триггер 31 переходит в единичное состояние, при этом на выходе элемента 24 появляется "1" которая, поступая на входы элементов

13 и 14, разрешает прохождение импульсов на вход счетчика 34 и на . счетный вход триггера 28. При поступлении "1" на вход триггера 28 он переходит в единичное состояние, при этом на:выходе элемента 6 появляется

"0", который, поступая на входы синхронизации триггеров 29 и 30, запрещает их переключение. Одновременно на выходах элементов 11 и 12 появляются "1" (так как на другие их входы с выходов элементов 25 и 26 поступает "1"), которые, поступая через элементы 21 и 22 на входы сброса счетчиков 32 и 35, подтверждают их нулевое состояние. Далее наличие на двух входах элементов 2 и 3 "1" (с выходов элементов 25 и 26 и выхода триггера

28) способствует прохождению импульсов генератора 37 соответственно через элементы 2, 16 и 3, 17 на суммирующие входы счетчиков 32 и 35. Это прохождение прекращается, когда очередной импульс на входе триггера 28 переводит его в нулевое состояние, при этом на выходах элементов 2, 3, 11 и 12 появляется "0", а на выходе элемента 6 появляется "1", которая поступает на входы синхронизации триг геров 29 и 30, разрешая их переключение.

В результате того, что запись импульсов в счетчики 32 и 35 проводят одновременно, то в них записывается одинаковое количество. импульсов. Это приводит к появлению на выходе А =

-" Б 4 0 блока 36 сравнения "1", которая поступает на вход установки "0"

5 !4 триггера 29 и переводит его в нулевое состояние. На прямом вьмоде триггера

30 может быть "l" или "0". Для определенности полагают, что на выходе имеется "!". Тогда на выходе элемента 25 остается "1", а на выходе элемента 26 появляется "0". При поступлении очередного импульса на вход триггера 28 (переводящего его в единичное состояние) на выходе элемента

6 снова появляется сигнал, запрещающий переключение триггеров 29 и 30, а на вьмоде элемента 11 появляется

"1", которая через элемент,21 обнует счетчик 32. Так как в этом слуае наличие "1" на двух входах имеетя только у элемента 2, то информая с генератора 37 записывается олько в счетчик 32. . После переключения триггера 28 в нулевое состояние на выходе элемента 6 появляется сигнал, разрешающий пе, реключение триггеров 29 и 30. Состояние триггера 30 зависит от величины чисел в счетчиках 32 и 35. Предполоим, что в счетчик 32 записалось еньшее число, чем в счетчик 35, гогда на выходе А Б блока 36 сравнения появляется "1", которая переводит триггер 30 в нулевое состояние, при этом на выходе элемента 26 имеется, . "!", а на выходе элемента 25 имеется

"0". При очередном переключении триггера 28 большее число, находящееся в счетчике 35, стерто, а в этот счетчик записана очередная информация. Таким образом, большее из двух чисел, находящихся в счетчиках 32 и 35, стирается, а меньшее остается, т.е. происходит поиск наименьшего числа. Это происходит до тех пор, пока на вход триггера 31 не поступает очередной сигнал, переводящий его в нулевое состояние. Триггер 27 переходит в единичное состояние, при этом, если триггер 28 находится в единичном состоянии, то состояние системы не изменяется, так как на входы элементов

7 и 24 с выходов триггера 28 соответственно поступают "0" и "1", После того, как очередной импульс с третьего входа блока 1 переключает триггер 28 в нулевое состояние, на входах элемента 24 (с выходов триггеров 31 и 28) имеются "0", что вызывает появление на его выходе низкого уровня напряжения, запрещающего прохождение сигналов с второго и третье8! 888

6 го входов блока l через элементы 14 и 13, На выходе элемента 7 появляется

lI tt

1, которая по ступ а е т н а входы элементов 4, 5, 8, 9 и I 0, Ввиду того, 5 что на выходе элемента 6 логический

"0", то триггеры 29 и 30 не могут переключаться, триггер 30 находится в таком состоянии, в котором он был после последнего переключения. Если в счетчике 32 число больше, чем в счетчике 35, то на прямом выходе триггера 30 сигнал "1", если меньше, то "tpt"

Предположим, что в счетчике 32 число меньше, чем в счетчике 35, тогда на выходе элемента 26 имеется "!" которая присутствует также на входах элементов 5, 3, 9, 12, 15 и 23. Состояние элементов 3 и 12 не изменяется, так как на другие их входы с выхода триггера 28 поступает "0". На выходах элементов 23 и 10 и на выходе устройства формируется "1", которая

26 поступает на входы элементов 8 и 9, Так как на двух других входах элемен та 9 (с выходов элементов 6 и 26) присутствует "1", то на выходе элемента 9 формируется высокий потенци30 ал, который поступает на вход разрешения записи счетчика 35, при этом содержимое счетчика 34 (делителя) переписывается в счетчик 35. Наличие на двух входах элемента 5 (с выходов элементов 7 и 26) высокого потенциала разрешает прохождение через элемент 5 импульсов с генератора 37 °

При этом с выхода элемента 5 импульсы поступают через элемент 20 на вход

4О счетчика 33 и на вход элемента 19.

С выхода счетчика 33 импульсы поступают на вход элемента 18.

Таким образом, на выходе элемента

18 формируется импульсов меньше, чем

46 на выходе элемента 19 в количество раз, равное коэффициенту деления счетчика 33. В результате того, что с выхода счетчика 33 импульс поступает одновременно на элементы 19 и !

8, длительность импульса на выходе элемента 5 должна быть больше времени задержки срабатывания элемента 20 и счетчика 33, тогда наличие импульсов на обоих входах элемента 19 считается на его выходе за один импульс.

Таким образом,на вычитающий вход „ счетчика 32 (делимого) поступает им-

nynbcos меньше, чем на вычитающий вход счетчика 35(делителя), в коли1481888 чество раз, равное коэффициенту деления счетчика 33. Это необходимо для того, чтобы осуществлять деление с заданной точностью, Например, нужно разделить пять на семь. Если коэффициент деления счетчика 33 равен 100, то фактически произведено деление 500 на 7, после чего уменьшают частное в

100 раз. Так как коэффициент счетч ка

33 желательно брать кратным 10, то в качестве его выхода можно использовать сигнал переноса.

Импульсы с выходов элементов 19 и

18, поступая на вычитающие входы счетчиков 32 и 35, списывают их содержимое. Как только счетчик 35 пе- реходит в нулевое состояние, на его выходе P < 0 формируется сигнал, который поступает на входы элементов

16 и 17. На выходах последних появляются "1", которые, поступив на суммирующие входы счетчиков 32 и 35, увеличивают их состояние на "1" (дошлют единицу). При этом на выходе

P ) 9 счетчика 35 появляется сигнал

"1", который поступает на вход элемента 23. Такое схемотехническое решение позволяет отказаться от громоздких дешифраторов нуля счетчиков. С выхода элемента 23 через элемент !О импульс поступает на выход устройства и на входы элементов 8 и 9. На выходе элемента 9 появляется "1", которая поступает на вход разрешения записи счетчика 35, при этом содер.жимое счетчика 34 вновь переписывается в счетчик 35.

Досылка "1" в счетчики 32 и 35 и перезапись содержимого счетчика 34 в счетчик 35 должны проводиться за время меньшее периода следования импульсов генератора 37. После того, как происходит перезапись в счетчик

35, на его выходе 9 имеется низкий потенциал. Импульсы, поступающие на вычитающие входы счетчиков 32 и 35 снова списывают их содержимое. Цикл счета повторяется. Это продолжается до тех пор, пока счетчик 32 не переходит в нулевое состояние. При этом на его выходе P (0 появляется "1", которая поступает через элемент 24 на вход элемента 25, на второй вход которого поступает "1" с выхода триггера 30 через элемент 26. На выходе элемента 15 формируется сигнал "1", который поступает на вход устанбвки в нулевое состояние триггера 27, По45 Преобразователь амплитуда — код нестационарных механических колебаний, содержащий датчик, выход которого соединен с входом усжителя, детектор, нуль-орган, выход которого соеджен с первьм входом блока логических элементов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в него введены

55 преобразователь частота — код и преобразователь напряжение - частота, а блок логических элементов выполнен на четырнадцати элементах И, одиннадцати элементах ИПИ, пяти триггерах, 5

1О

40 следний переходит в нулевое состояние, при этом на его динамическом инверсном выходе формируется сигнал

И 11 !

, который обнуляет счетчики 32

35. На выходе элемента 7 появляется

"0", а на выходе элемента 6 — "1", которая поступает на вход синхронизации триггеров 29 и 30.

Если счетчики 32 и 35 находятся в нулевом состоянии, то на выходе А

= Б = 0 блока 36 сравнения формирует1В 1Ф ся 1, которая переводит триггер 29 в единичное состояние. Таким образом, устройство приходит в исходное состояние. За время работы счетчиков 32 и

35 на выход устройства поступает количество импульсов, соответствующее коду амплитуды. Синхронизацию съема импульсов можно осуществлять сигналами с выхода триггера 27. Описанная работа устройства в режиме деления должна заканчиваться за время меньшее, чем период следования импульсов на первом входе блока 1. При очередном переключении триггера 31 в единичное состояние процесс повторяется.

Предлагаемый преобразователь позволяет при небольших аппаратурных затратах повысить точность измерения и расширить диапазон измеряемых амплитуд. Кроме того, если на второй вход

Ф блока 1 логических элементов подавать с преобразователя 42 код периода следования импульсов с датчика 38, то преоб раз ов атель амплитуда — код н естационарных механических колебаний можно использовать в качестве регулятора энергии привода автоколебательной системы для стабилизации амплитуды автоколебаний.

Формула изобретения

1481888 четырех счетчиках импульсов, блоке сравнения и генераторе импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов И, ныходы которых соединены с первыми входами соответствующих первого,) второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с суммирующим входом первого счетчика импульсов, вычитающий вход которого соединен с выходом третьего элемента

ИЛИ, второй вход которого объединен с вторым входом четвертого- элемента 15

ИЛИ и соединен с выходом переноса второго счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с О выходами третьего и четвертого элементов И, входы установки нуля второго и третьего счетчиков импульсов объединены с первыми входами шестого и седьмого элементов ИЛИ и подключены к ин- 25 версному динамическому выходу первого триггера, инверсный статический выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, второй вход которого объединен с первым входом шес- 30 того элемента И и подключен к инверсному выходу второго триггера, первые входы седьмого, восьмого, девятого элементов И, восьмого элемента ИЛИ объединены с вторыми входами третьего и четвертого элементов И и подключены к выходу шестого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, первые входы десятого и одиннадцатого эле- 40 ментов И объединены с вторыми входами первого и второго элементов И, с первым входам девятого элемента ИЛИ и подключены к прямому выходу второго триггера, первые входы двенадцато- „5 го и тринадцатого элементов И объединены и подключены к выходу девятого элемента ИЛИ, выход второго элемента

ИЛИ соединен с суммирующим вхбдом . четвертого счетчика импульсов, вычи тающий вход которого соединен с выхо50 дам четвертого элемента ИЛИ, соответствующие информационные входы первого и четвертого счетчиков импульсов объединены и подключены к соответствую55 щим выходам третьего счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом тринадцатого элемента И, второй вход которого подключен к выходу преабразонателя частота — код, вход которого соединен с выходам нуль-органа, вход которого объединен с входом преобразователя напряжение частота и подключен к выходу детектора, вход которого соединен с выходом усилителя, выход преобразователя напряжение — частота соединен с вторым входом двенадцатого элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, выходы переноса больше девяти первого и четвертого счетчиков импульсов соответственно соединены с вторым и третьим входами восьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом девятого элемента И, вторые входы седьмого и восьмого элементов И объединены, подключены к выходу девятого элемента И и являются выходной шиной, выходы седьмого и восьмого элементов И соединены с входами синхронизации соответственно первого и четвертого счетчиков импульсов, информационные выходы которых соединены соответственно с соответствующими первыми и вторыми входами блока сравнения, выход равенства нулю которого соединен с входом установки в "1" третьего триггера, вход установки в "О" которого соединен с выходом равенства блока сравнения, выход

"Первое число больше второго" которого соединен с входом установки в

"1" четвертого триггера, вход установки в "О" которого соединен с выходом "Первое число меньше нторога" блока сравнения, входы синхронизации третьего и четвертого триггеров объединены и подключены к выходу пятого элемента И, первый вход десятого элемента ИЛИ объединен с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ и подключен к выходу "Меньше нуля" первого счетчика импульсов, первый вход одиннадцатого элемента ИЛИ объединен с третьими входами первого и второго элементов ИЛИ и подключен к выходу "Меньше нуля" четвертого очетка импульсов, вторые входы десятого и одиннадцатого элементов ИЛИ объединены и подключены к прямому выходу третьего триггера, прямой и инверсный выходы четвертого триггера соединены с третьими входами соответст-., венно десятого и одиннадцатого элементов ИЛИ, третьи входы первого, третьего и седьмого элементов И объ12

1481888 единены с вторым входом десятого элемента И, с первым входом четырнадцатого элемента И и подключены к выходу десятого элемента ИЛИ третьи вхоЭ

5 ды второго, четвертого и восьмого элементов И объединены с вторыми входами одиннадцатого и четырнадцатого элементов И и подключены к выходу одиннадцатого элемента ИЛИ, выход че- 0 тырнадцатого.элемента И соединен с входом установки в "0" первого триггера, вход установки в "1" которого

18 аа

1

19 л о °

Я?.z

29 8.

М

С 1

l1

° R u.

59

I ! 1

i и

М

М с

t./

° Я

22

° И

Составитель Ю. Спиридонов

Редактор И. Бланар Техред Л.Олийнык Корректор И. Горная ь Заказ 2701/56 Тираж 885 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям IIpB ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,103

Ч2

I

I7f ° !

1 ф

I 27

° Э

I 67

LJ

I ! ! соединен с инверсным выходом пятого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом девятого элемента ИЛИ, а счетный вход является первым входом блока логических элементов, выходы десятого и одиннадца того элементов И соединены с вторыми входами соответственно шестого. и седьмого элементов ИПИ, выходы которых соединены с входами установки в "0" соответственно первого и четвертого счетчиков импульсов.