Преобразователь линейных перемещений в цифровой код

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке различного рода систем контроля, в частности при проектировании автоматизированного измерительного комплекса, используемого для определения физико-механических свойств материалов методом кинетического индентирования. Техническим результатом изобретения является многофункциональное преобразование величин линейных перемещений в цифровой код. Новым является то, что преобразователь линейных перемещений в цифровой код содержит инструментальный усилитель с подключенным к нему резистором, а также измерительный мост, состоящий из первого и второго резисторов, датчика и компенсирующего элемента. Преобразователь также содержит источник питания, триггер, первое и второе устройство выборки-хранения, генератор импульсов, коммутатор, элемент задержки, преобразователь напряжения в частоту, счетчик, буферный регистр, первую и вторую входные шины, а также выходную шину. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке различного рода систем контроля, в частности при проектировании автоматизированного измерительного комплекса, используемого для определения физико-механических свойств материалов методом кинетического индентирования.

Известен инвариантный измерительный мост [1]. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является преобразователь механических величин в электрический сигнал [2]. Недостатком этого преобразователя является наличие на его выходе только одного аналогового напряжения. Целью предлагаемого изобретения является многофункциональное преобразование величин линейных перемещений в цифровой код.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь линейных перемещений в цифровой код (далее преобразователь), содержащий инструментальный усилитель 11 с подключенным к нему резистором 8, а также измерительный мост, состоящий из первого и второго резисторов 2 и 3 соответственно, датчика 5 и компенсирующего элемента 6, причем входы первого и второго резисторов 2 и 3 объединены между собой и являются первым входом питания измерительного моста, выход первого резистора 2 связан с входом датчика 5 и первым входом инструментального усилителя 11, выход второго резистора 3 соединен с входом компенсирующего элемента 6 и вторым входом инструментального усилителя 11, выходы датчика 5 и компенсирующего элемента 6 объединены между собой и являются вторым входом питания измерительного моста. Преобразователь дополнительно содержит источник 1 питания, триггер 7, первое устройство 9 выборки-хранения (далее УВХ), второе УВХ 10, генератор 4 импульсов, коммутатор 12, элемент 13 задержки, преобразователь 14 напряжения в частоту (далее ПНЧ), счетчик 15, буферный регистр 16, первую и вторую входные шины, выходную шину 17, 18, 19 соответственно. Первый выход источника 1 питания соединен с первым входом питания измерительного моста, а второй выход и второй вход питания измерительного моста подключены к общей шине, выход инструментального усилителя 11 связан с первыми входами коммутатора 12, первого и второго УВХ 9 и 10 соответственно, Q-выход триггера 7 соединен с вторым входом второго УВХ 10 и А₀-входом коммутатора 12, и D-вход триггера 7 объединены между собой и подключены к второму входу первого УВХ 9, R-вход триггера 7 связан с первой входной шиной 17. Второй и четвертый входы коммутатора 12 объединены между собой и связаны с выходом первого УВХ 9, третий вход коммутатора 12 подключен к выходу второго УВХ 10, первый вход ПНЧ 14 связан с выходом коммутатора 12, а выход - с С-входом счетчика 15, R-вход которого соединен с выходом элемента 13 задержки, а кодовый выход - с кодовым входом буферного регистра (далее регистра) 16, кодовым выходом подключенного к выходной шине 19. Выход генератора 4 импульсов связан с объединенными между собой С-входом триггера 7, входом элемента 13 задержки, вторым входом ПНЧ 14 и С-входом регистра 16.

Рассмотрим работу преобразователя на его конкретном применении в составе автоматизированного комплекса, предназначенного для определения физико-механических свойств материалов методом кинетического индентирования.

При сбалансированном измерительном мосте и отсутствии линейных перемещений, воздействующих на датчик 6, дифференциальное напряжение на выходе измерительного моста и соответственно на входе инструментального усилителя 11 будет равно нулю.

При линейном перемещении внутреннее сопротивление электрическому току датчика 5 изменяется, что приводит к появлению на выходах измерительного моста дифференциального напряжения, которое поступает на входы инструментального усилителя 11, усиливается им и выдается на первые входы первого УВХ 9, второго УВХ 10 и коммутатора 12.

При установке на первой и второй входных шинах 17 и 18 соответственно высокого уровня, т.е. лог. "1", преобразователь функционирует в режиме преобразования мгновенных (точечных) значений величин аналогового сигнала в цифровой код, причем триггер 7 выполняет функцию делителя на два поступающей на его С-вход частоты с выхода генератора 4 импульсов, а также управляет режимом работы первого и второго УВХ 9 и 10 соответственно. Одновременно с этим триггер 7, устанавливая лог. "0" или лог. "1" на А₀-входе коммутатора 12, обеспечивает подключение первого входа ПНЧ 14 через коммутатор 12 к выходам находящихся в режиме хранения первого УВХ 9 или второго УВХ 10. С приходом на С-вход триггера 7 первого после установки кода 11 на входных шинах 17 и 18 импульса на - и Q-выходах триггера 7 будут установлены лог. "0" и лог. "1" соответственно. Изменение лог. "1" на лог. "0" на втором входе первого УВХ 9 переключит это УВХ из режима выборки в режим хранения, а изменение лог. "0" на лог. "1" на втором входе второго УВХ 10 переключит это УВХ из режима хранения в режим выборки. Установившаяся лог. "1" на А₀-входе коммутатора 12 обеспечивает подключение первого входа ПНЧ 14 через коммутатор 12 к выходу находящегося в режиме хранения первого УВХ 9. ПНЧ 14 преобразует поступивший на его первый вход аналоговый сигнал в частоту. Эта частота поступает на С-вход счетчика 15 и до прихода очередного импульса суммируется (или вычитается) этим счетчиком. Очередной импульс с выхода генератора 4 импульсов устанавливает лог. "0" на и лог. "1" на триггера 7, при этом второе УВХ 10 переключается в режим хранения, а первое УВХ 9 - в режим выборки. Этим же импульсом выходной код счетчика 15 записывается в регистр 16. Для исключения неоднозначности выходного кода счетчика 15 во время его записи в регистр 16 ПНЧ 14 по его второму входу блокируется. Далее этим же импульсом, задержанным во времени элементом 13 задержки, счетчик 15 устанавливается в начальное состояние для очередного счета (или вычитания). Последующие циклы преобразования аналогичны выше описанным.

При установке на первой и второй входных шинах 17 и 18 соответственно лог. "0" (код 00) на Q-выходе треггера 7 и соответственно на А₀-входе коммутатора 12 будет установлен лог. "0", при этом коммутатор 12 обеспечивает непрерывное прохождение аналогового сигнала с выхода инструментального усилителя 11 на первый вход ПНЧ 14. Дальнейшее преобразование аналогового сигнала аналогично рассмотренному выше. Этот метод преобразования - "метод интегрирования" - является более информативным, по мнению авторов, относительно других методов, так как выходной код преобразователя представляет собой интегральную сумму состояний аналогового сигнала между соседними выборками.

При установке на первой входной шине 17 лог. "1", а на второй входной шине 18 лог. "0" (код 10) коммутатор 12 совместно с триггером 7 обеспечивают поочередное прохождение аналогового сигнала с выхода инструментального усилителя 11 и с выхода первого УВХ 9 на первый вход ПНЧ 14. При этом выходной код преобразователя будет представлять собой поочередно код интегральной суммы состояний аналогового сигнала между соседними выборками и код мгновенных (точечных) значений величин аналогового сигнала, зафиксированных первым УВХ 9. Для идентификации текущего метода преобразования можно использовать логические уровни Q-или триггера 7.

Источники информации:

1. Патент РФ №2117304 от 27.09.93 г.

2. Патент РФ №2071065 от 13.04.93 г.

Преобразователь линейных перемещений в цифровой код, содержащий инструментальный усилитель с подключенным к нему резистором, а также измерительный мост, состоящий из первого и второго резисторов, датчика и компенсирующего элемента, причем входы первого и второго резисторов объединены между собой и являются первым входом питания измерительного моста, выход первого резистора связан с входом датчика и первым входом инструментального усилителя, выход второго резистора соединен с входом компенсирующего элемента и вторым входом инструментального усилителя, выходы датчика и компенсирующего элемента объединены между собой и являются вторым входом питания измерительного моста, отличающийся тем, что дополнительно содержит источник питания, триггер, первое и второе устройство выборки-хранения, генератор импульсов, коммутатор, элемент задержки, преобразователь напряжения в частоту, счетчик, буферный регистр, первую и вторую входные шины и выходную шину, при этом первый выход источника питания соединен с первым входом питания измерительного моста, второй выход источника питания и второй вход питания измерительного моста подключены к общей шине, выход инструментального усилителя связан с первыми входами коммутатора, первого и второго устройств выборки-хранения, Q-выход триггера соединен с вторым входом второго устройства выборки-хранения и А₀-входом коммутатора, а -выход и D-вход триггера объединены между собой и подключены к второму входу первого устройства выборки-хранения, R-вход триггера связан с первой входной шиной, второй и четвертый входы коммутатора объединены между собой и подключены к выходу первого устройства выборки-хранения, третий вход коммутатора соединен с выходом второго устройства выборки-хранения, первый вход преобразователя напряжения в частоту связан с выходом коммутатора, а выход - с С-входом счетчика, R-вход которого соединен с выходом элемента задержки, а кодовый выход - с кодовым входом буферного регистра, кодовым выходом подключенного к выходной шине, выход генератора импульсов связан с объединенными между собой С-входом триггера, входом элемента задержки, вторым входом преобразователя напряжения в частоту и С-входом буферного регистра, A₁-вход коммутатора соединен с второй входной шиной.