Диагностическое устройство и способ для амперометрического определения тока

 

Изобретение относится к диагностическому устройству для амперометрического определения тока, текущего через датчик. Устройство содержит источник тока для пропускания постоянного тока через указанный датчик, переключающее средство для выборочного включения указанного источника тока, сравнивающее средство для сравнения разности потенциалов на указанном датчике с опорным напряжением и выдачи управляющего сигнала, управляющее средство для управления указанным переключающим средством в ответ на указанный управляющий сигнал и средство измерения времени для измерения времени, в течение которого указанный переключающий сигнал имеет первый логический уровень в течение выбранного интервала времени, чтобы обеспечить выходной сигнал, показывающий среднее значение тока, текущего через указанный датчик. Техническим результатом является упрощение устройства и повышение точности определения тока. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится в основном к амперометрическим цепям и способам анализа, а более конкретно - к диагностическим устройствам и способам анализа для амперометрического определения тока, проходящего через датчик. Изобретение пригодно для использования в амперометрическом анализе, использующем перемещаемый электроаналитический преобразователь для количественного определения биологических составов, таких как глюкоза в жидкостях тела, и будет удобно показать изобретение в связи с этим приложением. Однако следует принять во внимание, что изобретение не ограничивается этим приложением.

Диабет является болезнью обмена веществ, отличающейся недостаточной выработкой инсулина поджелудочной железой, результатом чего является ненормальный уровень глюкозы в крови. Ежедневными инъекциями инсулина и строгим контролем за питанием уровень сахара в крови пациента может поддерживаться на должном уровне. Однако уровень глюкозы в крови должен прослеживаться либо путем клинического лабораторного анализа, либо путем ежедневного анализа, который пациент может проводить, используя относительно простые нетехнические способы.

Один такой способ мониторинга уровня сахара в крови пациента заключается в использовании датчика, содержащего, как минимум, опорный электрод и рабочий электрод, покрытые смесью каталитически активного фермента и состава-посредника (и, возможно, дополнительно покрытый удерживающей проницаемой мембраной). Когда такой покрытый электрод вводится в контакт со средой, содержащей вещество, для которого фермент вызывает каталитический эффект, состав-посредник переносит заряд на электрод. Эффективное измерение заряда, перенесенного в определенное конкретное время после момента приложения постоянного потенциала к датчику, пропорционально концентрации глюкозы в пробе крови.

Фиг. 1 показывает существующую диагностическую цепь 1 для измерения тока, проходящего через такой датчик 2. Диагностическая цепь 1 содержит источник 3 опорного напряжения, операционный усилитель 4, фильтр 5 нижних частот и аналогово-цифровой преобразователь 6. Источник 3 опорного напряжения содержит три резистора 7, 8, 9 и диод 10. На один вывод резистора 7 подается напряжение V⁺, а другим выводом он соединен с анодом диода 10. Катод диода 10 заземлен, а резисторы 8 и 9 последовательно соединены между собой и параллельны диоду 10. Диод 10, таким образом, проводит ток, резисторы 8 и 9 действуют как делитель напряжения между зажимами диода 10 так, чтобы к неинвертирующему входу операционного усилителя 4 прикладывалось опорное напряжение V_ref = 300 mV.

Один электрод датчика 2 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 4, а другой электрод заземлен. Резистор 11 цепи обратной связи, имеющий значение R₁₁, подключен между выходом и инвертирующим вход операционного усилителя 4. Ток I, текущий в резисторе 11, тогда равен V_ref/R₁₁. Благодаря виртуальному заземлению между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя 4, тот же ток I, текущий через резистор 11, течет также через датчик 2. Из значения величины R₁₁ резистора 11 может быть определено значение тока I, текущего через датчик 2, путем измерения падения напряжения на резисторе 11.

Фильтр 5 нижних частот содержит конденсатор 12 и резистор 13, которые последовательно соединены с резистором 11 для удаления шума или других помех из сигнала напряжения на резисторе 11.

Аналого-цифровой преобразователь 6 содержит логический элемент И 14, компаратор 15, двоичный счетчик 16 и цифроаналоговый преобразователь 17. Падение напряжения на конденсаторе 12 подается на инвертирующий вход компаратора 15, а выход компаратора 15 соединен с входом логического элемента И 14. Тактовый сигнал, обозначенный CLOCK, прикладывается к другому входу логического элемента И 14 при помощи подходящей схемы синхронизации (не показана). Счетчик 16 считает выходные импульсы, полученные из логического элемента И 14, количество сосчитанных импульсов представляется в двоичной форме логическим состоянием выходов 16a, 16b, 16c и 16d. При таком включении состояние выхода 16a представляет старший разряд, а 16d представляет младший разряд.

Цифроаналоговый преобразователь 17 содержит 4 цифровых переключателя 18, 19, 20 и 21, каждый из которых имеет управляющий вход, соединенный с одним из выходов 16a-16d счетчика 16, а два входа соответственно соединены с землей и с напряжением V⁺ питания. Каждый из этих цифровых переключателей 18-21 устроен так, что в соответствии с высоким или низким логическим уровнями выходов 16a-16d, поданными на его управляющий вход, его выход соединен либо с напряжением V⁺ питания, либо с землей.

Выход каждого из переключателей 18-21 соединен резисторами 22, 23, 24 и 25 соответственно с инвертирующим входом операционного усилителя 26. Неинвертирующий вход этого операционного усилителя соединен с землей, а его выход соединен как с его инвертирующим входом через резистор 27 обратной связи, так и с инвертирующим входом компаратора 15.

Резисторы 22, 23, 24 и 25 имеют значения R, 2R, 4R и 8R, так что высокий уровень на выходах 16a, 16b, 16c и 16d дает напряжение 8V, 4V, 2V и V соответственно, которые прикладываются к инвертирующему входу операционного усилителя 26, где V является значением напряжения, приложенного к инвертирующему входу операционного усилителя 26, когда только выход 16d счетчика 16 находится в логически высоком состоянии. Напряжение, соответствующее сумме напряжений, приложенных к инвертирующему выходу, подается на выход операционного усилителя 26. Это напряжение сравнивается компаратором 15 с напряжением на конденсаторе 12.

Сначала счетчик 16 установлен на 0, и каждый из его выходов 16a, 16b, 16c и 16d находится на низком уровне. Сумма напряжений прикладывается к инвертирующему входу операционного усилителя 26, а напряжение на инвертирующем входе компаратора 15 равно 0V. При этих условиях выход компаратора 15 находится на высоком уровне, а логический элемент И 14 передает тактовый сигнал CLOCK в счетчик 16. Счетчик 16 считает количество тактовых импульсов, полученных от логического элемента И14. Двоичное число на выходах 16a, 16b, 16c и 16d, представляющие число сосчитанных импульсов, линейно возрастает во времени и используется, как вход цифроаналогового преобразователя 17. Выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 17 пошагово увеличивается и имеет в каждый момент значение, соответствующее сумме напряжений, приложенных к инвертирующему входу операционного усилителя 26.

До тех пор, пока напряжение на конденсаторе 12 больше, чем напряжение на выходе операционного усилителя 26, выход компаратора 15 находится на высоком логическом уровне, а логический элемент И 14 передает тактовые импульсы сигнала CLOCK в счетчик 16. Когда напряжение на выходе операционного усилителя 26 превышает напряжение на конденсаторе 12, выход компаратора переходит на низкий логический уровень, который блокирует логический элемент И 14 и прерывает подсчет тактовых импульсов CLOCK. В этот момент напряжение на конденсаторе 12 и напряжение на выходе операционного усилителя 26 примерно равны, а логические состояния выходов 16a, 16b, 16c и 16d счетчика 16 представляют двоичное число 28, которое является измерением напряжения на выходах конденсатора 12. Если известно значение резистора 11, двоичное число 28 равно значению тока 1, проходящего через датчик 2.

Диагностическая цепь 1, показанная на фиг.1, требует использования двух операционных усилителей 4 и 26 в дополнение ко множеству других элементов цепи, описанных выше, для выработки цифрового выходного сигнала, характеризующего сопротивление датчика 2. Для точного измерения уровня глюкозы в крови проба помещается на датчик, операционные усилители 4 и 26 должны иметь отличные характеристики по постоянному току и току утечки и характеристику переходного процесса, а также должны иметь в высокой степени линейную передаточную характеристику. Для достижения таких характеристик часто требуются 20 или более транзисторов, несколько резистивных и емкостных элементов для реализации каждого из операционных усилителей 4 и 26. Такие конструкции, которые сохраняют требуемые параметры усилителя, также сложны в исполнении, как и интегральные схемы.

В основу настоящего изобретения положена задача создать диагностическое устройство для амперометрического определения тока, текущего через датчик, которое преодолевает недостатки прототипа.

Поставленная задача решается тем, что согласно изобретению диагностическое устройство для амперометрического определения тока, текущего через датчик, содержит источник тока для прохождения постоянного тока через указанный датчик, переключающее средство для выборочного включения указанного источника тока, средство сравнения для сравнения разности потенциалов на указанном датчике с опорным напряжением и для выдачи управляющего сигнала, имеющего первый логический уровень, когда указанная разность потенциалов меньше, чем указанное опорное напряжение, и второй логический уровень, когда указанная разность потенциалов больше, чем указанное опорное напряжение, управляющее средство, обеспечивающее переключающий сигнал с указанным первым логическим уровнем или указанным вторым логическим уровнем в зависимости от указанного управляющего сигнала с указанным первым или указанным вторым логическим уровнем, указанное средство переключения срабатывает, когда указанный переключающий сигнал имеет указанный первый логический уровень, и средство синхронизации для измерения суммарного времени, когда указанный переключающий сигнал имеет указанный первый логический уровень в течение выбранного интервала времени, чтобы обеспечить выходной сигнал, указывающий среднее значение указанного тока, текущего через датчик.

Таким образом, обеспечивается диагностическая цепь, в которой уменьшено количество компонентов цепи и которая не требует сложной и высокоточной схемы, как в существующих диагностических цепях. Диагностическая цепь настоящего изобретения, соответственно, гораздо проще реализуется в форме интегральной схемы.

В основу настоящего изобретения положена также задача создать способ амперометрического определения тока, текущего через датчик, при помощи вышеописанной диагностического устройства, имеющего источник тока, переключающее средство, сравнивающее средство, управляющее средство и средство тактирования. Поставленная задача, согласно изобретению, решается тем, что способ содержит следующие операции: (a) заменяют указанный датчик калибровочным элементом с известным сопротивлением, (b) измеряют первое суммарное время, когда указанный переключающий сигнал имеет первый логический уровень в течение указанного выбранного интервала времени, чтобы определить калибровочный коэффициент.

(c) заменяют указанный калибровочный элемент указанным датчиком, (d) измеряют второе суммарное время, когда указанный переключающий сигнал имеет первый логический уровень в течение указанного выбранного интервала времени, (e) умножают указанное второе суммарное время на указанный калибровочный коэффициент, чтобы обеспечить выходной сигнал, показывающий среднее значение тока, текущего через указанный датчик.

Таким образом, диагностическое устройство может быть откалибровано так, что выходной сигнал не зависит от действующей величины тока, подаваемого источником постоянного тока.

Последующее описание более подробно объясняет различные признаки настоящего изобретения. Для облегчения понимания изобретения в описании делаются ссылки на сопровождающие чертежи, где диагностическое устройство проиллюстрировано в предпочтительном варианте выполнения. Понятно, что устройство и способ настоящего изобретения не ограничиваются предпочтительным вариантом выполнения, иллюстрированным на чертежах, на которых: Фиг. 1 изображает упрощенную принципиальную схему существующего диагностического устройства, Фиг. 2 - упрощенную принципиальную схему варианта выполнения диагностического устройства по настоящему изобретению, Фиг. 3 - временную диаграмму, показывающую взаимосязь различных сигналов цепи по фиг. 2.

На фиг. 2 показаног в общих чертах диагностическое устройство 40 для амперометрического определения тока, текущего через датчик 41. Устройство 40 содержит компаратор 42, источник 43 опорного напряжения, D-триггер 44, аналоговый вентиль 45, резистор 46, конденсатор 47, счетчик 48 и логический элемент И 49. Резистор 46 одним выводом подключен к напряжению V⁺ питания, а другим выводом - к одному электроду датчика 41 через аналоговый вентиль 45. Другой электрод датчика 41 заземлен. Конденсатор 47 подсоединен параллельно датчику 41. Когда аналоговый вентиль 45 проводит ток, ток течет через датчик 41 и конденсатор 47.

Разность потенциалов V_BS на датчике 41 сравнивается компаратором 42 с опорным напряжением, к примеру, в 300 mV, поступающим от источника 43 опорного напряжения. Выход компаратора 42 находится на высоком уровне, когда разность потенциалов V_BS на датчике 41 меньше 300 mV, и на низком уровне, когда разность потенциалов V_BS на датчике 41 больше опорного напряжения в 300 mV.

Выход компаратора 42 соединен со входом DD-триггера 44. Тактовый сигнал CLOCK, содержащий серию импульсов, равномерно распределенных по времени, и имеющий, к примеру, частоту 32768 импульсов/секунду, подается на тактовый вход CLK D-триггера 44. Выход QD-триггера 44 принимает в конце каждого тактового импульса CLOCK высокий или низкий логический уровень сигнала, подаваемого на вход D в начале данного тактового импульса. Состояния выхода Q сохраняется в промежутке между следующими друг за другом тактовыми импульсами.

D-триггер 44 имеет также вход обнуления, к которому приложен разрешающий сигнал ENABLE при помощи управляющей цепи (не показано на фиг. 2). Когда разрешающий сигнал имеет низкий уровень, выход QD-триггера 44 остается на низком уровне. Наоборот, когда разрешающий сигнал ENABLE становится высокого уровня, состояние сигнала на входе DD-триггера 44 в начале каждого тактового импульса переносится на выход Q в конце данного тактового импульса.

Выход QD-триггера 44 подключен к аналоговому вентилю 45 для управления его работой. Аналоговой вентиль 45 открыт, при этом ток течек через датчик 41, когда выход QD-триггера 44 находится на высоком уровне. В этом состоянии сопротивление аналогового вентиля 45 значительно меньше, чем у резистора 46. Ток, подаваемый на датчик 41, тогда определяется значением напряжения V⁺ и сопротивлением резистора 46.

Когда выход QD-триггера 44 находится на низком уровне, аналоговый вентиль 45 остается закрытым и предотвращает протекание тока через датчик 41. Таким образом, действие аналогового вентиля 45 управляется так, что он остается либо открытым, либо закрытым на, как минимум, тактовый период. Можно видеть, что напряжение V⁺ и резистор 46 формируют источник тока, который управляется аналоговым вентилем 45 и сигналом, присутствующим на выходе QD-триггера 44. Использование D-триггера 44 предохраняет диагностическое устройство 40 от входа в режим состязаний, когда выход компаратора и открытое/закрытое состояние аналогового вентиля быстро колеблются вперед и назад, и потому являются неопределенными. Понятно, что альтернативные средства, такие, как R-S-триггер или другая подходящая цепь, могут быть использованы для управления работой переключающего средства источника тока.

Выход QD-триггера 44 и тактовый сигнал CLOCK логически комбинируются логическим элементом И 49, выход которого соединен со счетчиком 48. Счетчик 48 считает количество тактовых периодов, когда выход QD-триггера находится на высоком уровне. Выход 50 счетчика 48 обеспечивает двоичное число суммарного времени, в течение которого выход Q находится в логически высоком состоянии. Это суммарное время характеризует сопротивление датчика 41, как будет ясно из сказанного ниже. Другие средства измерения времени для измерения продолжительности высокого состояния выхода Q очевидны для специалиста.

Работа диагностического устройства 40 теперь будет описана с отсылкой к фиг. 3, которая показывает временную диаграмму тактового сигнала CLOCK, разрешающего сигнала ENABLE, выхода QD-триггера 44, разности потенциалов V_BS на датчике 41 и входа входа QD-триггера 44, описанных по фиг. 2. В момент времени t_o разрешающий сигнал ENABLE переходит из низкого в высокое состояние. Если аналоговый вентиль 45 закрыт, ток не течет через датчик 41, и разность потенциалов V_BS на нем равна нулю. При этих условиях выход компаратора 42 находится на высоком уровне.

В конце следующего тактового импульса, в момент t₁, высокое состояние входа D переносится на выход Q, и аналоговый вентиль 45 становится проводящим. Ток течет через резистор 46, конденсатор 47 и датчик 41. Пока ток продолжает течь, конденсатор 47 заряжается, и разность потенциалов V_BS на датчике 41 увеличивается со временем. Пока эта разность потенциалов меньше, чем опорное напряжение в 300 mV, вход D остается на высоком уровне, как и выход Q, а аналоговый вентиль 45 продолжает проводить ток. Вдобавок к этому, в течение этого времени счетчик 48 считает тактовые импульсы, передаваемые ему логическим элементом И 49.

В других вариантах выполнения настоящего изобретения конденсатор 47 может быть исключен из диагностического устройства 40, увеличение во времени разности потенциалов на датчике 41 будет следовать из внутренней емкости самого датчика.

В момент t₂ разность потенциалов V_BS на датчике 41 достигает значения 300 mV. Выход компаратора 42 и, следовательно, вход D переходит на логически низкий уровень. В конце следующего тактового импульса, в момент t₃, выход Q переходит на логически низкий уровень, чем блокируется аналоговый вентиль 45 и ток прекращает течь через датчик 41. Вдобавок, логический элемент И49 блокирует передачу тактовых импульсов счетчику 48, который временно останавливает подсчет.

Т. к. ток больше не течет от источника напряжения V⁺ и резистора 46, конденсатор 47 разряжается во времени, пока в момент t₄ разность потенциалов V_BS на датчике 41 не падает до опорного напряжения 300 mV. Поэтому выход компаратора и вход D переходят с низкого на высокий уровень. В конце следующего тактового импульса, в момент t₅, выход Q переходит на высокий уровень, что заставляет аналоговый вентиль 45 проводить ток, который опять течет через сопротивление 46 к конденсатору 47 и датчику 41. Логический элемент И 49 опять может передавать тактовый сигнал CLOCK счетчику 48, который возобновляет подсчет. Конденсатор 47 опять заряжается током, приложенным от источника напряжения V⁺ через резистор 46, так что разность потенциалов V_BS на датчике 41 опять возрастает со временем.

Этот процесс продолжается, аналоговый вентиль 45 переходит от состояния блокирования в проводящее состояние и наоборот в моменты t₆ - t₁₂, как представлено на фиг. 3. Разность потенциалов V_BS на датчике 41 колеблется около значения 300 mV.

В течение периодов, когда аналоговый вентиль 45 проводит ток I_BS, текущий через резистор 46, после момента t₀ задается так I_BS = (V⁺ - V_ref)/R₄₆, где V_ref - опорное напряжение в 300 mV, а R₄₆ - значение сопротивления резистора 46. Значение R₄₆ постоянно, так что эффективно обеспечивается источник постоянного тока для подачи постоянного тока к датчику 41. Действие этого источника постоянного тока управляется аналоговым вентилем 45. В других вариантах выполнения изобретения могут быть использованы другие реализации переключаемого источника постоянного тока вместе показанной на фиг. 2, как понятно специалисту. Далее, переключающее средство для выборочного действия источника постоянного тока может быть реализовано иначе, нежели в виде аналогового вентиля 45.

Пропорция времени, в течение которого аналоговый вентиль 45 открыт, может быть найдена из отношения NQ1/(NQ1 + NQ0), где NQ1 - общее количество тактовых импульсов, которые подсчитаны счетчиком 48 в течение времени измерения, таким образом это число NQ1 представляет время, в течение которого аналоговый вентиль 45 был открыт за период измерения, а NQ0 - число тактовых импульсов, не посчитанных счетчиком 48 в течение периода измерения, это число NQ0 представляет суммарное время, в течение которого аналоговый вентиль 45 был закрыт в течение периода измерения. Сумма числа NQ1 и NQ0 представляет продолжительность периода измерения.

Средний ток I_BSсред., текущий через датчик 41 и конденсатор 47, тогда задается так
I_{BSсредн.}=[(V⁺ - V_ref/R₄₆]·[NQ1/(NQ1 + NQ0)].

Если значения V⁺, V_ref, R₄₆ и (NQ1 + NQ0) определены, то число NQ1 определяет средний ток I_{BS, средн.} текущий через датчик 41 в течение выбранного интервала измерения.

Предпочтительно диагностическое устройство 40, показанное на фиг. 2, может быть откалибровано для учета возможных изменений значения постоянного тока из-за изменения значения V⁺ во времени и/или любых допусковых отклонений в значении резистора 46. К примеру, если напряжение V⁺ подается источником типа батареи, известно, что действующее значение напряжения V⁺ будет значительно падать за конечный период времени. Точно так же, точное значение R₄₆ резистора 46 может варьироваться в разных цепях на ± 5% или более в зависимости от допусковых отклонений. Даже хотя абсолютные значения V⁺ и R₄₆ могут быть в точности неизвестны, они тем не менее стабильны в течение периода в несколько тактов. В течение периода измерения в несколько дюжин секунд эти значения принимаются неизменными.

Для калибровки диагностической цепи 40 для уменьшения эффекта изменений значений V⁺ и R₄₆, датчик 41 может быть заменен точным резистором 51, имеющим значением R_cal. Таким резистором может быть, к примеру, проволочный, и он может иметь точность ± 0,05% и выше. Средний ток I_calср., текущий через резистор 51, задается так
I_calср. = [(V⁺ - V_ref/R₄₆)·(NQ1_cal/(NQ1_cal + NQ0_cal)],
где NQ1_cal - общее число тактовых импульсов, подсчитанных, пока аналоговый вентиль 45 проводит ток в течение периода измерения, а NQ0_cal - общее число тактовых импульсов, когда аналоговый вентиль 45 блокирован в течение периода измерения. Из этого следует, что
(V⁺ - V_ref)/R₄₆ = (V_ref · NQ_cal)/(R_cal · NQ1_cal)=X_cal,
где NQ_cal = (NQ1_cal + NQ0_cal), а X_cal - коэффициент калибровки диагностического устройства 40. Если V_ref и R_cal известны, коэффициент X_cal калибровки берется прямо с выхода счетчика 48 для выбранного времени измерения, соответствующего NQ_cal тактовым импульсам.

После определения коэффициента X_cal калибровки точный резистор 51 заменяется датчиком 41, и средний ток I_{BS ср.}, текущий через датчик 31, измеряется, как описано выше. Действующее значение сопротивления датчика 41, которому соответствует двоичное число 50, получается делением двоичного числа 50 на коэффициент X_cal калибровки. Предполагается, что средний ток I_{BS ср.}, текущий через датчик 41, задается так
I_{BS ср.} [(V⁺ - V_ref)/R₄₆] · (NQ1_mes/NQ_mes)=X_cal · (NQ1_mes/NQ_mes),
где NQ1_mes - число тактовых импульсов, подсчитанных с того момента, как резистор 51 был заменен датчиком 41, в течение всего времени, когда аналоговый вентиль 45 проводит ток в течение времени измерения, а NQ0_mes - соответствующее число тактовых импульсов, когда аналоговый вентиль 45 блокирован. Средний ток I_{BS ср.}, текущий через датчик 41, следовательно, может быть измерен способом, не зависящим от любых вариаций значений V⁺ и R₄₆.

Если значение R₄₆ резистора 46 в точности известно, описанная выше операция калибровки, на которой определяется X_cal, позволяет дополнительно определить действующее значение V⁺ путем следующего расчета
V⁺ = (X_cal · R₄₆) - V_ref,
значение V⁺ может быть использовано как определитель конца работы батареи для определения, когда значение V⁺ упадет ниже выбранной границы, показывающего, что батарея должна быть заменена.

Диагностическое устройство 40 может также быть использовано в приложениях для измерения температуры. Датчик с отрицательным температурным коэффициентом (ОТК), имеющий сопротивление, которое известным образом изменяется с температурой, может быть использован вместо датчика 41. Двоичное число 50 на выходе счетчика 48 в этом случае будет представлять сопротивление датчика ОТК и температуру вокруг датчика ОТК.

Хотя настоящее изобретение принципиально описано в связи с измерением уровня глюкозы в крови, диагностическое устройство и способ амперометрического определения тока, текущего через датчик, использующий диагностическое устройство настоящего изобретения, также подходит для использования в связи с количественным определением других биологически важных составов, таких, как TSH, T4, гормоны типа HCG, глюкозиды сердца, такие как диоксигин, антиаритмические составы типа лидокаина, антиэпилептики - типа фенобарбитала, антибиотики типа гентамицина, холестерол, нетерапевтические препараты и т.п.

Наконец, предполагается, что различные модификации и/или дополнения могут быть сделаны к диагностической цепи и способу без амперометрического определения тока, текущего через датчик, использующему диагностическое устройство, без выхода из объема настоящего изобретения, как оно описано в приложенной формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Диагностическое устройство с амперометрическим определением тока, текущего через датчик, содержащее источник, состоящий из источника напряжения V⁺ и резистора, соединенного с одним электродом датчика через аналоговый вентиль, другой электрод датчика заземлен, компаратор, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения и с датчиком, выполнен с возможностью сравнения разности потенциалов V_BS на датчике и опорного напряжения (V_ref), D-триггер, выполненный с возможностью получения на выходе Q сигналов высокого или низкого уровня, отличающееся тем, что выход компаратора соединен со входом D D-триггера, на два другие входа D-триггера прилагаются разрешающий сигнал ENABLE и тактовый сигнал CLOCK, а выход Q D-триггера подключен к аналоговому вентилю с возможностью перевода его в открытое или закрытое состояние, при этом выход Q-триггера соединен со входом логического элемента И, на другой вход которого подаются тактовые сигналы CLOCK, выход логического элемента И соединен со счетчиком тактовых импульсов, который выполнен с возможностью подсчета количества тактовых импульсов и получения выходного сигнала, показывающего среднее значение тока (I_BSср).

2. Диагностическое устройство по п.1, отличающееся тем, что на тактовый вход D-триггера подаются тактовые сигналы (CLOCK), имеющие известное количество импульсов в секунду, при этом D-триггер, выполнен с возможностью сохранения логического уровня сигналов на выходе Q D-триггера в течение каждого тактового импульса, счетчик для подсчета количества тактовых импульсов, в течение которых указанный на выходе Q сигнал D-триггера имеет первый логический уровень в течение интервала времени.

3. Диагностическое устройство по п.2, отличающееся тем, что указанный источник содержит источник напряжения V⁺ для подачи постоянного напряжения, резистор, соединенный между указанным источником напряжения (V⁺) и датчиком, аналоговый вентиль, выполненный с возможностью избирательного срабатывания для сохранения разности потенциалов на указанном датчике на постоянном уровне и подачи постоянного тока (I_BS) на датчик, когда аналоговый вентиль приведен в действие.

4. Диагностическое устройство по п.3, отличающееся тем, что аналоговый вентиль соединен последовательно с указанным элементом резистором.

5. Диагностическое устройство по п.4, отличающееся тем, что аналоговый вентиль имеет значительно меньшее сопротивление, чем резистор.

6. Диагностическое устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что D-триггер имеет вход D и выход Q, указанный управляющий сигнал подается на указанный вход D, а переключающий сигнал задается указанным выходом Q.

7. Диагностическое устройство по п.6, отличающееся тем, что счетчик и логический элемент выполнены с возможностью подсчета количества тактовых периодов в течение интервала времени, когда выход Q находится на первом логическом уровне.

8. Диагностическое устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что дополнительно содержит конденсатор, соединенный параллельно с датчиком.

9. Способ амперометрического определения тока, текущего через датчик диагностического устройства, по любому из предыдущих пунктов содержит следующие операции: заменяют датчик точным резистором с известным сопротивлением, измеряют первое время (NQ1cal), в течение которого указанный сигнал на выходе Q-триггера находится на указанном первом логическом уровне в течение указанного интервала времени, так, что определяется коэффициент (X cal) калибровки, осуществляют замену указанного точного резистора указанным датчиком, измеряют второе время (NQ1mes), в течение которого указанный сигнал на выходе Q-триггера находится на первом логическом уровне в течение указанного интервала времени, умножают указанное второе время (NQ1mes) на указанный коэффициент (X саl) калибровки для обеспечения выходного сигнала, показывающего средний ток (I_BSср), текущий через указанный датчик в течение указанного интервала времени.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3