Устройство для автономных измерений физических величин

 

Использование: в измерительной технике, в частности при построении измерительных систем для очувствления роботов. Сущность изобретения: устройство для автономных измерений физических величин содержит два блока 1 и 2 измерительных преобразователей, подключенных соответственно к первым и вторым входам первого 3 и второго 4 коммутаторов, компаратор 5, прямой вход которого подключен к выходу первого блока 1 измерительных преобразователей, а инверсный - к выходу второго блока 2 измерительных преобразователей. Выход компаратора 5 подключен напрямую к управляющему входу коммутатора 3 и через инвертор 6 - к управляющему входу коммутатора 4, выход которого подключен ко входу делителя 7, имеющего N выходов и выполненного в виде резистивной матрицы. Устройство содержит также N групп, каждая из которых включает в себя блок 8 вычитания, компаратор 9 и коммутатор 10, где выход блока 8 вычитания соединен с прямым входом компаратора 9 и первым входом коммутатора 10, со вторым входом которого соединен вход уменьшаемого блока 8 вычитания. Инверсный вход каждого компаратора 9 соединен с нулевой шиной, а выход - с управляющим входом коммутатора 10 соответствующей группы. Выход первого коммутатора 3 устройства соединен со входом уменьшаемого блока 8 вычитания первой группы, а входы вычитаемого блоков 8 вычитания каждой последующей группы соединен с выходами коммутаторов 10 предшествующей группы. Входы вычитаемого блоков 8 вычитаемого каждой группы соединены с соответствующими выходами делителя 7. Выходы компараторов 5, 9 и коммутатора 10 последней группы являются выходами устройства. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении измерительных систем для очувствления роботов, функционирующих автономно от человека на всех этапах от восприятия до обработки и использования измерительной информации.

Известно устройство для автономных измерений физических величин, содержащее два блока измерительных преобразователей, три коммутатора, два компаратора, инвертор, делитель и блок вычитания.

Недостатком известного устройства является недостаточное быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

На чертеже показана схема устройства для автономных измерений физических величин.

Устройство содержит два блока 1 и 2 измерительных преобразователей, подключенных соответственно к первым и вторым входам первого 3 и второго 4 коммутаторов, компаратор 5, прямой вход которого подключен к выходу первого блока 1 измерительных преобразователей, а инверсный к выходу второго блока 2 измерительных преобразователей. Выход компаратора 5 подключен напрямую к управляющему входу компаратора 3 и через инвертор 6 к управляющему входу коммутатора 4, выход которого подключен ко входу делителя 7, имеющего N выходов и выполненного в виде резистивной матрицы. Устройство содержит также N групп, каждая включает в себя блок 8 вычитания, компаратор 9 и коммутатор 10, где выход блока 8 вычитания соединен с прямым входом компаратора 9 и первым входом коммутатора 10, со вторым входом которого соединен вход уменьшаемого блока 8 вычитания. Инверсный вход каждого компаратора 9 соединен с нулевой шиной, а выход с управляющим входом коммутатора 10 соответствующей группы. Выход первого коммутатора 3 устройства соединен со входом уменьшаемого блока 8 вычитания первой группы, а входы вычитаемого блока 8 вычитания каждой последующей группы соединены с выходами коммутаторов 10 предшествующей группы. Входы вычитающего блока 8 вычитания каждой группы соединены с соответствующими выходами делителя 7. Выходы компараторов 5, 9 и коммутатора 10 последней группы являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Вследствие работы блоков 1 и 2 измерительных преобразователей на их выходах получаем соответственно значения U1 и U2, несущие информацию об измеряемых величинах, которые характеризуют какое-либо свойство объектов. Значения U1 и U2 с выходов блоков 1 и 2 поступают соответственно на прямой и инверсный входы компаратора 5, который осуществляет операцию их сравнения. При этом его выходной сигнал несет информацию о том, какое из двух значений U1 и U2 измеряемых величин больше (или меньше) по отношению друг к другу. Сигнал с выхода компаратора 5 управляет работой первого и второго коммутаторов 3 и 4. При этом на управляющий вход коммутатора 3 он поступает непосредственно, а на управляющий вход коммутатора 4 через инвертор 6. Если U1<U2, то на выход первого коммутатора 3 с его первого входа подается значение U1, а на выход второго коммутатора 4 с его второго входа подается значение U2. Если U1>U2, на выход первого коммутатора 3 с его второго входа подается значение U2, а на выход второго коммутатора 4 с его первого входа значение U1. Таким образом, на выходе первого коммутатора 3 всегда находится меньшее из двух значений U1 и U2, в то время как на выходе второго коммутатора 4 всегда находится большее из них.

Пусть для определенности U1<U2. Тогда на выходе первого коммутатора 3 будет присутствовать значение U1, а на выходе второго коммутатора 4 значение U2. Последнее поступает на вход делителя 7, который осуществляет N раз деление U1 на основание системы счисления, в которой будет представлен результат измерения, возведенное в соответствующую степень. При двоичной системе счисления на выходах делителя 7 будут присутствовать N значений U2/2¹, U2/2²,U2/2^N. Число выходов делителя 7 соответствует числу разрядов представления результата измерения. При этом точность представления результата измерения будет определяться младшим разрядом, вес которого равен U2/2^N. Таким образом, чем больше N, тем выше точность измерения и лучше разрешающая способность.

Сигнал U2/2^N с первого выхода делителя 7 поступает на вход уменьшающего блока 8 вычитания первой группы элементов 8, 9, 10, на вход уменьшаемого которого поступает сигнал U1. В результате на его выходе получаем сигнал S1= U1-U2/2¹. Если U1<U2/2, то на выходе (обозначим его а1) компаратора 9 первой группы будет уровень логического нуля. Если U1>U2/2¹, то на выходе а1 будет уровень логической единицы. Этот сигнал поступает на управляющий вход коммутатора 10 первой группы, на выход которого при а1=0 подается с выхода коммутатора 3 сигнал U1, а при а1=1 с выхода блока 8 вычитания сигнал S1. Сигнал с выхода коммутатора 10 первой группы подается на вход вычитаемого блока 8 вычитания второй группы, на вычитающий вход которого со второго выхода делителя 7 подается сигнал U2/2². Если на вычитаемом входе названного блока 1 вычитания получено значение U1, то на его выходе получаем сигнал S2= U1-U2/2². Если U1<U2/2, то дальнейшая работа второй группы элементов 8, 9, 10 будет аналогична работе первой группы элементов 8, 9, 10, когда выполнялось условие U1<U2/2. Если U1>U2/2², дальнейшая работа второй группы будет аналогична работе первой группы, когда выполнялось условие U1>U2/2¹. При этом уровень логического нуля или единицы будет зафиксирован на выходе компаратора 9 второй группы, который обозначим а2. Если на вычитаемом входе блока 8 вычитания второй группы получено значение S1, то на его выходе получаем сигнал S2=S1 U2/2². При этом если S1<U2/2, то на выходе компаратора 9 второй группы будет зафиксирован уровень логического нуля, если же S1>U2/2², на выходе названного компаратора будет зафиксирован уровень логической единицы.

Аналогично работают последующие группы элементов 8, 9, 10. При этом на выходе аN компаратора 9 последней N-й группы будет зафиксирован бит информации (нулевой или единичный), соответствующий младшему разряду результата измерения. А на выходе коммутатора 10 данной группы будет представлено значение R абсолютной погрешности измерения.

В итоге двоичный код, зафиксированный на выходах компараторов 5, 9, будет соответствовать результату измерения. Дальнейшая обработка может быть выполнена в цифровом виде. Математически результат измерения, связывающий значения U1 и U2, записывается в виде: если U1<U2, если U2<U1,

Информация о представлении результата измерения в виде (1) или (2) записана в компараторе 5.

Данное устройство позволяет повысить быстродействие по сравнению с аналогом [1] в 2^N раз, а по сравнению с прототипом [2] в N раз, если суммарное время переходных процессов в группах элементов 8, 9, 10 не превышает периода тактовой частоты их стробирующих генераторов.

Формула изобретения

Устройство для автономных измерений физических величин, содержащее два блока измерительных преобразователей, два управляемых коммутатора, компаратор, инвертор, делитель и блок вычитания, где выход первого блока измерительных преобразователей соединен с первыми входами первого и второго коммутаторов и прямым входом компаратора, выход второго блока измерительных преобразователей соединен с вторыми входами первого и второго коммутаторов и инверсным входом компаратора, выход которого является одним из выходов устройства и соединен с управляющим входом одного из названных коммутаторов напрямую, а через инвертор с управляющим входом другого, выход которого соединен с входом делителя, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительными группами из блока вычитания, компаратора и управляемого коммутатора, причем выход блока вычитания в каждой группе соединен с прямым входом компаратора и первым входом коммутатора, с вторым входом которого соединен вход уменьшаемого блока вычитания, инверсные входы компараторов групп соединены с нулевой шиной, а выходы с управляющими входами соответствующих коммутаторов и одновременно являются выходами устройства, выход первого коммутатора устройства соединен с входом уменьшаемого блока вычитания первой группы, входы уменьшаемого блоков вычитания каждой последующей группы соединены с выходами коммутаторов предшествующей группы, входы вычитаемого блоков вычитания каждой группы соединены с соответствующими выходами делителя, который выполнен в виде резистивной матрицы, а выход коммутатора последней группы является выходом для контроля погрешности устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1