Устройство для измерения отношения двух временных интервалов

 

Сущность изобретения: устройство для измерения отношения двух временных интервалов содержит 1 источник опорного напряжения, инвертирующий усилитель 2, два электронных ключа 3, 4, цифроаналоговый преобразователь 5, инвертор 6, дифференцирующую цепь 7, интегратор 8, компаратор 9, реверсивный счетчик 10, две входные шины 11, 12. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых измерителей отношений временных интервалов.

Известен измеритель временных интервалов, содержащий генератор постоянного тока, зарядный ключ и разрядный резистор, причем незаземленный полюс генератора постоянного тока соединен со средним контактом зарядного ключа, первый контакт которого соединен со входом усилителя постоянного тока, одной обкладкой накопительного конденсатора и одним выводом разрядного резистора, вторая обкладка накопительного конденсатора соединена с выходом усилителя постоянного тока и одним из контактов разрядного ключа, второй контакт второго соединен с другим выводом разрядного резистора, а входы управления разрядного и зарядного ключей являются входами устройства [1].

Недостатками измерителя являются недостаточная точность, поскольку выходное напряжение содержит пульсации, вызванные неодновременным действием зарядной и разрядной цепей, отсутствие отображения результата измерения в цифровом виде.

Наиболее близким к заявляемому относится измеритель отношения двух временных интервалов [2], содержащий генератор постоянного тока, конденсатор, зарядный, разрядный и дополнительный ключи, одновибратор, генератор, преобразователь напряжение-ток.

К недостатку прототипа следует отнести отсутствие возможности отображения результата измерения в цифровом виде.

Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности отображения результата в цифровом виде при одновременном повышении точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемое устройство введены компаратор, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем вход компаратора соединен с выходом интегратора, а выход - с управляющим входом реверсивного счетчика (прямой-обратный счет) выходная шина которого соединена со входной шиной цифроаналогового преобразователя, причем выходная шина счетчика является выходной шиной устройства.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, инвертирующий усилитель 2, электронные ключи 3 и 4, цифроаналоговый преобразователь 5, инвертор 6, дифференцирующая цепочка 7, интегратор 8, компаратор 9, реверсивный счетчик 10. Измеряемые сигналы поданы на входные шины 11 и 12.

Выход источника 1 опорного напряжения соединен со входами первого электронного ключа 3 и инвертирующего усилителя 2, а выход последнего соединен со входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 5, выход ЦАП 5 соединен со входом второго электронного ключа 4. Выходы первого и второго электронных ключей 3 и 4 соединены со входом интегратора 8, выход которого соединен со входом компаратора 9, выход компаратора 9 соединен с управляющим входом реверсивного счетчика 10. Первая входная шина 11 соединена с управляющим входом первого электронного ключа 3, вторая входная шина 12 соединена с управляющим входом второго электронного ключа 12 и со входом инвертора 6, выход которого через дифференцирующую цепочку 7 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 10. Выходная шина счетчика 10 является выходной шиной всего устройства и соединена со входной шиной ЦАП 5.

Устройство работает следующим образом.

На шину 11 подана последовательность импульсов длительностью Т, а на шину 11 - длительностью Т₂.

Под действием i-того импульса длительностью Т₁ электронный ключ 3 открывается и на вход интегратора 8 поступает постоянное напряжение U_о с выхода источника I U_u1= - U₀dt= - U₀·T₁, (1) где U_u1 - выходное напряжение интегратора после действия i-того импульса длительностью Т₁; τ - постоянная времени интегратора 8.

Под действием импульса длительностью Т₂ второй электронный ключ 4 открывается и на вход интегратора 8 поступает постоянное напряжение U_n с выхода преобразователя 5 U_u2= - U_ndt= - U_n·T₂, (2) где U_u2 - выходное напряжение интегратора после действия i-того импульса длительностью Т₂.

Ввиду того, что напряжение U_n формируется на основе кода счетчика N_x и напряжения с выхода инвертирующего усилителя 2, то U_n= , (3) где К - коэффициент передачи инвертирующего усилителя 2; N_х - значение выходного кода реверсивного счетчика 10; N - разрядность цифроаналогового преобразователя 5.

Напряжение U_о и U_n имеют противоположную полярность по отношению друг к другу, поэтому после воздействия их на ввод интегратора, последний на выходе формирует разность напряжений Δ U ΔU=U_u1-U_u2,(4) В зависимости от того, какое значение будет иметь разность (положительное или отрицательное) компаратор 9 на выходе выработает сигнал, управляющий работой счетчика 10 (сложение или вычитание). В данном случае, если значение Δ U больше нуля, то компаратор 9 устанавливается в единичное состояние и счетчик 10 работает в режиме суммирования.

По окончании действия импульса Т₂ инвертор 6 совместно с дифференцирующей цепочкой 7 формирует короткий импульс (т.е. импульс формируется по заднему фронту Т₂), который поступает на счетный вход реверсивного счетчика 10. В зависимости от сигнала на управляющем входе счетчика 10, последний либо увеличивает ( Δ U> 0), либо уменьшает ( Δ U< 0) значение выходного кода N_х на единицу. Алгоритм работы выбран так, что система второй электронный ключ 4 - интегратор 8 - компаратор 9 - реверсивный счетчик 10 - ЦАП 5 будет стремиться к тому, чтобы в результате действия (i+ 1) - пары импульсов напряжение Δ U будет близко к нулю, т.е.

U_u1-U_u2≈0 ⇒ - U₀·T₁= - U_n·T₂, (5) С учетом (3)
U₀·T₁= T₂
или
N_x= (6)
Из последнего равенства следует, что выходное значение кода N_xопределяется отношением .

Знак приближенного равенства в уравнении (5) означает то, что компаратор 9 не может зафиксировать значение точного равенства, ввиду того, что система автоматического регулирования будет находиться "вблизи" значения Δ U= 0 вследствие релейных свойств компаратора.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащее источник опорного напряжения, выход которого соединен с входом первого электронного ключа, управляющий вход которого соединен с первой входной шиной, второй электронный ключ, управляющий вход которого соединен с второй входной шиной, интегратор, выходную шину, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности отображения результата в цифровом виде при одновременном повышении точности, в устройство введены компаратор, реверсивный счетчик, инвертор, дифференцирующая цепь, инвертирующий усилитель, цифроаналоговый преобразователь, причем выходы первого и второго электронных ключей соединены с входом интегратора, выход которого через компаратор соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, выходы которого соединены с соответствующими выходными шинами и с соответствующими цифровыми входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом второго электронного ключа, управляющий вход которого соединен через инвертор с входом дифференцирующей цепи, выход которой соединен со счетным входом реверсивного счетчика, причем выход источника опорного напряжения через инвертирующий усилитель соединен с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1