Многоканальное измерительное устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в информационно-измерительных системах, системах автоматического управления для измерения амплитудного значения и фазового сдвига периодических сигналов. Целью изобретения является повышение надежности и повышение точности измерения. Многоканальное измерительное устройство ввода содержит несколько аналоговых коммутаторов 1, каждый из которых содержит по два р-входовых мультиплексора 2, аналоговый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, буферный регистр 5, преобразователь 6 напряжений, который содержит два аналоговых перемножителя 7, два интегратора 8, блок 9 управления, несколько счетчиков 10 с входами предвари (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 06 F 3/05

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1617430 (21) 4808304/24 (22) 30,03.90 (46) 23.04.92. Бюл. № 15 (71) Московский институт электронной техники (72) Ю,B.Ñàâ÷åíêî, А.С.Глущенко, В.А.Маркин и С.И,Копытин (53) 681.327 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1617430, кл. G 06 F 3/05, 1988.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1170445, кл. G 06 F 3/05, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1205036, кл. G 01 R 19/02, 1984.

Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Справочное пособие. /Под ред. С,В.Якубовского, Изд. 2-е.— M.: Радио и связь, 1985. а9> И цн 1 728857 А2 (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

{57) Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в информационно-измерительных системах, системах автоматического управления для измерения амплитудного значения и фазового сдвига периодических сигналов, Целью изобретения является повышение надежности и повышение точности измерения. Многоканальное измерительное устройство ввода содержит несколько аналоговых коммутаторов 1, каждый из которых содержит по два р-входовых мультиплексора 2, аналоговый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, буферный регистр 5, преобразователь 6 напряжений, который Я содержит два аналоговых перемножителя 7, два интегратора 8, блок 9 управления, несколько счетчиков 10 с входами предвари- (1728857

15

25

35

45 тельной установки, формирователь 11 опорных напряжений, генератор 12 импульсов, делитель 13 частоты. Новым в устройство является введение регистра 14 данных, цифроаналогового преобразователя 15, демультиплексора 16, мультиплексора 17 опорного напряжения, а в блок 9 управления введен узел 18 синхронизации демультиплексорэ 16 и мультиплексора 17.

Изобретение относится к измерительной технике, может применяться в информационно-измерительных системах, системах автоматического управления для измерения амплитудного значения и фазового сдвига периодических сигналов, и является усовершенствованием известного устройства по основному авт. св. N 1617430.

Известное многоканальное измерительное устройство содержит аналоговый коммутатор, к выходу которого подключен

АЦП, блок управления, выходы которого соединены с входами управления аналогового коммутатора, блок формирования, входы которого являются входами трехфазных напряжений, генератор импульсов, к выходу которого подключен делитель частоты, M аналоговых коммутаторов входных сигналов, каждый из которых содержит два р-входовых мультиплексора, (р — 1) входов первого и р-входов второго мультиплексоров являются входами измеряемых сигналов, а рвход первого мультиплексора соединен с выходом второго, выход первого мультиплексора является выходом аналогового коммутатора входных сигналов, М преобразователей, каждый из которых содержит два аналоговых перемножителя, первые входы которых соединены друг с другом и выходом соответствующего аналогового коммутатора входных сигналов, а выходы перемножителей соединены соответственно с входами двух интеграторов, выходы которых. являются выходами преобразователя и соединены с соответствующими входами аналогового коммутатора, регистр данных, информационные входы которого соединены с выходами АЦП, а выходы и вход управления регистра данных являются выходами данных и входом управления устройства соответственно, выходы блока управления соединены с входами обнуления интеграторов, входом запуска АЦП, входами разрешения аналоговых коммутаторов входных сигналов соответственно, M счетчиков, входы синхронизации которых соединены с выУстройство позволяет осуществить контроль работоспособности и повысить точность измерения. Повышение точности измерения связано с возможностью проведения коррекции измеренных значений, необходимость которой обусловлена низкой температурной и времен ной стабил ьностью параметров перемножителей и интеграторов. 3 ил. ходами блока управления, соединенными с входами разрешения аналоговых коммутаторов входных сигналов, входы предварительной установки и вход разрешения установки счетчиков являются входами выбора входного сигнала устройства, а выходы счетчиков соединены с входами управления соответствующих аналоговых коммутаторов входных сигналов, выходы блока формировэнйя соединены с шестью входами блока управления, а также с вторыми входами перемножителей, первый выход делителя час- тоты соединен с входом синхронизации

АЦП, а второй выход соединен с седьмым входом блока управления, восьмой вход которого соединен с выходом АЦП, который является выходом устройства требования прерывания.

Недостатками данного устройства являются ограниченная надежность функционирования, которая связана с отсутствием возможности проведения контроля работоспособности устройства; ограниченная точность измерения, обусловленная применением перемножителей и интеграторов, параметры которых изменяются с течением времени и изменениемтемпературы.

Цель изобретения — повышение надежности функционирования за счет осуществления контроля работоспособности, а также повышение точности измерения за счет осуществления коррекции измеренных значений.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее аналоговый коммутатор, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок управления, выходы которого соединены с входами управления аналогового коммутатора, блок формирования, входы которого являются входами трехфазных напряжений, генератор импульсов, к выходу которого подключен делитель частоты, М аналоговых коммутаторов входных сигналов, каждый из которых содержит два р-входовых мультиплексора, (р-1) входов первого и (р-1) вхо1728857

15

25

40

50

55 дов второго мультиплексоров являются входами измеряемых сигналов, а р-вход первого мультиплексора соединен с выходом второго, выход первого мультиплексора является выходом- аналогового коммутатора входных сигналов, М преобразователей, каждый из которых содержит два аналоговых перемножителя, первые входы которых соединены друг с другом и выходом соответствующего аналогового коммутатора входных сигналов, а выходы перемножителей соединены соответственно с входами двух интеграторов, выходы которых являются выходами преобразователя и соединены с соответствующими входами аналогового коммутатора, первый регистр данных, информационные входы которого соединены с выходами АЦП, а выходы и вход управления первого регистра данных являются выходами данных и первым входом управления устройства соответственно, выходы блока управления соединены с входами обнуления интеграторов, входом запуска АЦП, входами разрешения аналоговых коммутаторов входных сигналов соответственно, М счетчиков, входы синхронизации которых соединены с выходами блока управления, соединенными с входами разрешения аналоговых коммутаторов входных сигналов, входы предварительной установки и вход разрешения установки счетчиков являются входами выбора входного сигнала уст- ройства, а выходы счетчиков соединены с входами управления соответствующих аналоговых коммутаторов входных сигналов, выходы блока формирования соединены с шестью входами блока управления, а также с вторыми входами перемножителей, первый выход делителя частоты соединен с входом синхронизации АЦП, а второй выход соединен с седьмым входом блока управления, восьмой вход которого соединен с выходом АЦП, который является выходом устройства требования прерывания, введены второй регистр данных, информационные входы и вход управления которого являются соответственно входами данных и вторым входом управления устройства, цифроаналоговой преобразователь (ЦАП), входы которого соединены с выходами.второго регистра данных, демультиплексор, вход которого соединен с выходом ЦАП, а выходы демультиплексора соединены с рвходами вторых мультиплексоров соответствующих аналоговых коммутаторов входных сигналов, мультиплексор опорного напряжения, выход которого соединен с соответствующим входом ЦАП, информационные входы соединены соответственно с каждым вторым выходом блока формирования, узел управления демультиплексором и мультиплексором опорного напряжения, входы которого соединены с соответствующими выходами M счетчиков, а выходы — с управляющими входами демультиплексора и мультиплексора опорного напряжения.

Использование регистра данных, ЦАП, демультиплексора и мультиплексора опорного напряжения позволяет повысить надежность функционирования устройства и точность измерения..Это обусловлено тем, что обратная связь позволяет осуществлять контроль работоспособности устройства и проводить по результатам преобразования опорных напряжений коррекцию измеренных значений.

На фиг.1 дана структурная схема многоканального измерительного устройства; на фиг.2 — структурная схема узла.синхронизации; на фиг.3 — временные диаграммы., Многоканальное измерительное устройство ввода (фиг.1) состоит из нескольких аналоговых коммутаторов 1 входных сигналов, каждый из которых содержит два р-входа вых мул ьтиплексора 2, (р — 1) входов первого и (р — 1) входов второго мультиплексоров являются входами устройства, р-вход первого мультиплексора соединен с выходом второго, выход первого мультиплексора является выходом аналогового коммутатора входных сигналов, аналогового коммутатора 3, к выходу которого подключен аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 4, выходы которого соединены с входами буферного регистра 5, выходы и вход. управления которого являются выходами данных и первым входом управления устройства соответственно. Между выходом каждого аналогового коммутатора 1 и соответствующей парой входов аналогового коммутатора 3 включен преобразователь 6 напряжений, который содержит два аналоговых перемножителя 7, первые входы которых объединены и являются входом преобразователя, а выходы перемножителей соединены с входами двух интеграторов 8 соответственно, выходы которого являются выходами преобразователя. Выходы блока 9 управления соединены с входами обнуления интеграторов 8, входами управления аналогового коммутатора 3, входом запуска АЦП 4, входами разрешения аналоговых коммутаторов 1 соответственно. Выходы блока управления, подключенные к входам разрешения аналоговых коммутаторов 1, соединены также с входами синхронизации нескольких счетчиков 10, входы предварительной установки и вход разрешения установки которых являются входами выбора входного сигнала устройства, а выходы счетчиков соединены с входа1728857

45

55 ми управления аналоговых коммутаторов 1 соответственно. Входы формирователя 11 опорных напряжений являются входами трехфазных напряжений, а выходы соединены с шестью входами блока 9 управления, а также с вторыми входами перемножителей 7. К выходу генератора 12 импульсов подключен делитель 13 частоты, первый выход которого соединен с входом синхронизации АЦП 4, а второй выход соединен с седьмым входом блока 9 управления, восьмой вход которого соединен с выходом АЦП

4, который является выходом устройства требования прерывания. Остальные входы блока

9 управления соединены с соответствующими выходами нескольких счетчиков 10, Информационные входы и вход управления регистра 14 данных являются соответственно входами данных и вторым входом управления устройства, а выходы соединены с входами цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 15, выход которого соединен с входом демультиплексора 16, входы управления которого соединены с соответствующими выходами блока 9 управления, а выходы соединены с р-входами вторых мультиплексоров 2 аналоговых коммутаторов 1 соответственно. Информационные входы мультиплексора 17 опорного напряжения соединены с каждым вторым выходом формирователя 11, выход соединен с соответствующим входом ЦАП 15, а входы управления соединены с соответствующими входами управления демультиплексора 16.

Конкретное выполнение элементов 1-8, 10-13 структурной схемы предлагаемого устройства аналогично описанному в известном. Блок 9 управления выполнен по схеме с включением узла 18 синхронизации (фиг.2). Узел 18 синхронизации строится с использованием известных законов комбинационной логики и содержит элементы ИНЕ 19 — 22. Входы узла 18 синхронизации соединены с входами блока 9 управления, к которым подключены выходы счетчиков 10, а выходы соединены с выходами блока 9 управления, к которым подключены входы управления демультиплексора 16 и мультиплексора 17.

Рассмотрим формирование управляющих сигналов узлом 18 синхронизации. При использовании в качестве мультиплексора

17 и демультиплексора 16 микросхем типа

590КН6 управляющие сигналы можно представить таким образом:

Разр. = Qi х Q2 x ... x Qy x 012 х С122 х ...Оу х01 х02 x...Qó, где Q1...Qy — выходы счетчика 10;

35 у — количество выходов счетчика 10, у =

2lOg2P; р — число входов мультиплексора 2, Сигналы а ных вх, -- гПри этом косинусное опорное напряжение второй фазы подается на вход D3, третьей фазы — на вход D5, первой фазы — на вход

D6 мультиплексора 17, а выходы D3, D5, D6 демультиплексора 16 соединяются соответственно с р-входами вторых мультиплексоров 2 соответствующих аналоговых коммутаторов 1.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемые сигналы Ui ... U2p-2, ..., 1 1

V1 ... U2p-2 подаются на входы устройства, м м

Работа устройства по обработке сигналов и вводу оцифрованных значений в ЦВМ подробно описана в известном устройстве.

Блок 9 управления вырабатывает сигналы обнуления Обн. 1 ... Обн. М, Обн. 1 ...

Обн. М интеграторов 8„сигналы разрешения Разр. 1 ... "Разр. М, сигналы управления Упр. MX аналогового коммутатора 3, сигнал "Запуск АЦП 4", а также сигналы управления демультиплексором 16 и мультиплексором 17. Формирователь 11 вырабатывает синусные и косинусные сигналы трехфазных напряжений А, В, С, Делитель

13 частоты вырабатывает сигнал синхронизации блока 9 управления и сигнал синхронизации "СИ АЦП 4", Рассмотрим работу устройства по повышению надежности функционирования и точности измерения. Цифровой код образцовой амплитуды считывается в регистр 14 данных при наличии на втором входе управления устройства сигнала низкого уровня

"В ы вод". Этот код умножается на опорное напряжение в ЦАП 15, и сигнал с его выхода поступает на демультиплексор 16. Мультиплексор 17 формирует опорное напряжение

ЦАП из косинусных напряжений трех фаз под воздействием сигналов управления, вырабатываемых блоком 9 управления. С выходов демультиплексора 16 косинусные напряжения образцовой амплитуды поступают на р-входы вторых мультиплексоров 2 соответствующих аналоговых коммутаторов

1, преобразуются в преобразователе 6 в два взаимно ортогональных сигнала, которые проходят поочередно через аналоговый коммутатор 3, преобразуются в АЦП 4 в цифровой код и выдаются на выход устройства при наличии на управляющем входе регистра 5 сигнала "Ввод" низкого уровня. Сигнал конец преобразования (КП) является выход10

1728857

10 р = arctg—

0г

55 ным сигналом устройства требования прерывания "Тр. А". По цифровым значениям ортогональных сигналов возможно определение амплитудного значения и фазового сдвига относительно опорного напряжения 5 посредством выполнения в цифровой вычислительной машине операций:

Этот процесс может повторяться несколько раз для определения средних значений амплитудного значения и фазового сдвига по известному способу измерения среднего значения периодических сигналов, либо по другим способам. Средние значения амплитуды и фазового сдвига сравниваются с образцовыми значениями. По результатам сравнения делается вывод о работоспособности устройства и состоянии р-входов вторых мультиплексоров 2, а также проводится определение корректирующих коэффици- 25 ентов: где Uep, p

Uo, p 0 — образцовые значения амплитуды и фазового сдвига.

В результате применения корректирующих коэффициентов при измерении параметров входного сигнала повышается точность измерения. Оценка состояния остальных входов устройства может проводиться путем .4 повторного прохождения входных сигналов посредством обратной связи через р-входы вторых мультиплексоров 2. В итоге сравниваются результаты измерений первого и второго проходов. По результатам сравне- 45 ния возможен вывод о работоспособности каждого входа и устройства в целом.

На фиг.3а приведена временная диаграмма сигнала разрешения, а на фиг,3б,в,г— временные диаграммы сигналов, поступаю- 50 щих на адресные входы А1, А2, А4 демультиплексора 1б и мультиплексора 17. Интервал времени, в течение которого подается опорное напряжение на ЦАП, равен периоду Т трехфазной сети.

Применение предлагаемого технического решения позволяет по сравнению с известным повысить надежность функционирования за счет осуществления возможности проведения контроля работоспособности устройства, повысить точность измерения. Повышение точности измерения связано с возможностью проведения коррекции измеренных значений, необходимость проведения которой обусловлена низкой температурной и временной стабильностью параметров перемножителей и интеграторов преобразователя, Так, только погрешность перемножения составляет 1—

5, а применение корректирующих коэффициентов позволяет снизить погрешность всего преобразователя до погрешности ЦАП, которая составляет 0,1%.

Формула изобретения

Многоканальное измерительное устройство по авт. св. М 1617430, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности и точности измерения устройства, в него введены регистр данных, цифроаналоговый преобразователь, демультиплексор, мультиплексор опорных напряжений, а блок управления дополнительно содержит узел синхронизации, причем, информационные входы и вход управления регистра данных являются соответственно входами данных и вторым управляющим входом устройства, выходы регистра данных соединены с группой входов цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к выходу мультиплексора опорных напряжений, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами формирователя опорных напряжений, выход цифроаналогового преобразователя подключен к информационному входу демультиплексора, адресные входы которого соединены с адресными входами мультиплексора опорных напряжений и подключены к выходам узла синхронизации, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчиков, выходы демультиплексора подключены к соответствующим информационным входам вторых мультиплексоров.

1728857

Фиг,2

Раз

50

Составитель В.Маркин

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревскэя

Редактор Е.Папп

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1409 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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