Преобразователь сигнала дифференциального частотного датчика в код
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.12.80 (21) 3227425/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .
Н 03 К 13/20
Гееударетвеиимв комитет
СССР (53) УДК 681.325..3 (088.8) Опубликовано 07.08.82. Бюллетень № 29
Дата опубликования описания !7.08.82 ло делам иэвбретеиий и вткрытий (72) Авторы изобретения
А. А. Уманский, Н. В. Хазанова и Д. И. Мель (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕ,ЛЬ СИГНАЛА ДИФФЕРЕНЦИА,ЛЬНОГО
ЧАСТОТНОГО ДАТЧИКА В КОД
Изобретение относится к кодированию непрерывных неэлектрических величин и может быть использовано в измерительной технике для создания датчиков различных физических величин с кодовым выходом.
Известен преобразователь, содержащий генератор образцовой частоты, счетчики, элементы управления (ключи), элементы совпадения, элементы задержки и выходной регистр (1).
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и невыСокая точность.
Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий формирователи, овязанные выходами соответственно с первым и вторым счетчиками (по числу генераторов дифференциального частотного датчика), элементы совпадения, первый и второй ключи, элемент ИЛИ, элемент задержки и выходной регистр (2).
Недостатком известного преобразователя является нелинейность и несимметричность амплитудной характеристики, что снижает его точность, а также усложняет эксплуатацию, поскольку затрудняет практическое использование выходных кодов преобразователя, которые. при несимметричной и нелинейной амплитудной характеристике связаны с измеряемым параметром сложной функциональной зависимостью.
Цель изобретения — повышение точности, удобства эксплуатации за счет увеличения линейности и симметричности амплитудной характеристики и расширение функциональных возможностей.
Указанная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий два формирователя, выходы которых подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков, два элемента совпадения, два ключа, элемент ИЛИ, элемент задержки и регистр, введены два шифратора и дешифратор, причем выходы первого и второго счетчиков непосредственно поразрядно соединены с входами соответственно первого и второго элементов совпадения и через первый и второй ключи — с входами инфорго мационных разрядов регистра, выходы которого через дешифратор подключены к входам первого и второго шифраторов, выходы которых соединены с входами начальной установки кодов соответственно первого и второго счетчиков, выход первого элемента совпадения соединен с первым входом элемента ИЛИ, входом знакового разряда регистра и управляющим входом второго ключа, выход второго элемента совпадения соединен с управляющим входом первого ключа и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого через элемент задержки подключен к синхронизирующим входам первого и второго счетчиков.
В предлагаемом преобразователе в каждом цикле преобразования время счета определяется тем из двух счетчиков, который заполняется раньше, а выходной код снимается с другого счетчика, при этом выходному коду присваивается знак, зависящий от того, какой именно из двух счетчиков заполняется.
Оба измерительных канала дифференциального частотного датчика, для которого предназначен преобразователь, выполняют идентичными для наилучшей компенсации влияния дестабилизирующих факторов и для улучшения линейности, поэтому симметрия предлагаемого преобразователя при работе с таким датчиком обеспечивает полную симметричность сквозной амплитудной характеристики измеряемый параметр — выходной код.
В дифференциальном частотном датчике с идентичными измерительными каналами выходные частоты равны друг другу в середине диапазона изменения измеряемого параметра: в одной половине диапазона большей является выходная частота одного из измерительных каналов датчика, в другой половине диапазона — частота другого измерительного канала. Вследствие этого при переходе от одной половины диапазона к другой счетчик, определявший время счета, становится выходным, и наоборот. Таким образом, в предлагаемом преобразователе диапазон изменения измеряемого параметра делится на две половины, причем внутри каждой из половин преобразователь работает так же, как и известный, но поскольку на каждую из половин приходится вдвое меньшее относительное изменение частот датчика, чем на весь диапазон, предлагаемый преобразователь обеспечивает лучшую линейность амплитудной характеристики, чем известный. Благодаря этому повышается точность преобразования.
Во многих случаях применения и такой повышенной точности, и улучшенной линейности может оказаться недостаточно, кроме того, для расширения функциональных возможностей преобразователя полезно иметь возможность варьировать форму амплитудной характеристики. Такая возможность у преобразователя появляется благодаря введению дешифратора и двух шифраторов.
На чертеже приведена логическая схема преобразователя.
Преобразователь содержит формирователи 1-1 и 1-2, счетчики 2-1 и 2-2; элементы
Зо
З5
3-1 и 3-2 совпадения, ключи 4-1 и 4-2, регистр 5, элемент ИЛИ 6, элемент 7 задержки, дешифратор 8, шифраторы 9-1 и 9-2.
Преобразователь работает следующим образом.
Формирователи 1-1 и 1-2 формируют из частотных сигналов измерительных каналов дифференциального частотного датчика последовательности импульсов, которые подаются на счетные входы счетчиков 2-1 и 2-2.
В момент заполнения какого-либо из счетчиков, например 2-1, на всех его разрядных выходах появляются логические единицы, что заставляет сработать элемент 3-1 совпадения, который открывает ключ 4-2, так что код, сформировавшийся к этому моменту на разрядных выходах счетчика 2-2, заносится в регистр 5 преобразователя. Поскольку выход элемента 3-1 совпадения связан также и со знаковым разрядом регистра 5, в последнем появляется логическая единица. Сигнал с выхода элемента 3-1 совпадения, пройдя через элемент ИЛИ 6 и элемент 7 задержки, необходимый для того, чтобы процесс переноса кода со счетчика 2-2 в регистр 5 успел закончиться, устанавливает счетчики 2-1 и 2-2 в нуль, после чего цикл преобразования повторяется. Так происходит преобразование сигнала дифференциального частотного датчика в код, если частота следования импульсов на выходе формирователя 1-1 больше, чем на выходе формирователя l 2, т.е. в одной половине диапазона. В противном случае (в другой половине диапазона) в регистр 5 заносится код с разрядных выходов счетчика 2-1, а в знаковом разряде регистра 5 логическая единица не появляется.
Допустим, что 1,>tz, тогда первым заполняется счетчик 2-1, и время счета т = 1 11 где f, и f2 — частоты следования импульсОв на выходе формирователей 1-1 и
1-2;
N3ù — числовой объем каждого из счетчиков; — время счета.
3а это время в счетчике 2-2 сосчитываются импульсы f> — "-в " —, и соответствуюФ ш,ий код с выхода счетчика 2-2 заносится в регистр 5 г
1 1вых 1" заЙ, где N,„— выходной код преобразователя.
Для практического использования удобнее инверсный код
1 1вых = (N 0 1 (вых) = — 1 15ап (1 —, )О)
Знак « — » перед полученными выражениями поставлен потому, что, как было показано выше, при f1 > 1гв знаковый разряд регистра заносится логическая единица, что принято считать признаком отрицательного числа.
Если f, = f2, то Мах = О а при 1г> 1, 1 вых = 1 1зап (1 y ). (2) 9498
Выходные частоты измерительных каналов дифференциального частотного датчика можно представить выражениями:
4= g u n — параметры, зависящие от конструкции датчика, а(1, п>1; — частота следования импульсов на выходе формирователей 1-1 и 1-2 при х=О. Учитывая выражения (1) и (2), получаем i п 1-ax вых = sign узап Т а ) i5 В предлагаемом преобразователе выходной код определяется отношением меньшей частоты к большей, а в зависимости от того, какая именно из частот fi или fz — меньшая, результату автоматически присваивается тот или иной знак, поэтому в выражение 20 (3) знакопеременная величина х входит своим абсолютным значением, а знак результата совпадает со знаком х. Наличие дешифратора и шифраторов дает возможность производить начальную ус- 25 тановку кодов в счетчиках для воздействия на форму амплитудной характеристики. В этом случае при fi ) -„"-„"- — 12, где Инч1 и Йиу — инверсные значеййя кодов начальной установки счетчиков 2-1 и 2-2, Зо 1ЬаП -1" иЧ1 г1нЧ1 . 7i f1 13 количество участков, можно для каждого Участка опРеделить значениЯ Янч1 и 1Чнуг, при которых амплитудная характеристика преобразователя проходит через две точки, являющиеся концами этого участка. В результате получают множество пар значений Жнч1 и Хйчг, взаимно-однозначное множеству участков. Выбор участка осуществляется дешифратором 8, а значения Йнч1 и Инчг хранятся в памяти шифраторов 9;! и 9-2. В процессе работы преобразователя код на выходе регистра 5 при переходе от участка к участку изменяется, в соответствии с этим дешифратор 8 управляет шифраторами 9-1 и 9-2 так, что на каждом участке устанавливается соответствующая этому участку пара значений N„» и 1Чнуг и, таким образом, обеспечивается-желаемый вид амплитудной характеристики. Предлагаемый преобразователь обеспечивает при работе с дифференциальным частотным датчиком повышение линейности и симметричности сквозной амплитудной характеристики измеряемая величина-код, что увеличивает точность измерений и упрощает последующую обработку кодов; кроме того, преобразователь позволяет получить заданную форму амплитудной характеристики, что в частности, обеспечивает дальнейшее снижение погрешности нелинейности, дает возможность реализовать наиболее удобный для эксплуатации масштаб преобразования сигнала датчика в код и исключает какуюлибо последующую обработку кода. Формула изобретения г 1 1нуг+ — 7 N fp) где NÄÄi и N НУ вЂ” прямые значения кодов начальной установки счетчиков 2-1 и 2-2. и†N = узап Вых)= цып нуг нч1); г1 1вых = - 1, нчг — f 1чич1) . (5) При 1 - 7"ж1 1ч нч2 71 BblX Níч1 7 4 нч2 . (б) Знак к — » перед скобкой в выражении (5) поставлен на том же основании, что и в выражении (1). Выражения (5) и (6) показывают, что, изменяя Мну и Янчг, можно воздействовать как на угол наклона амплитудной характеристики, так и на ее постоянную составляющую, другими словами, поворачивать амплитудную характеристику и смещать ее параллельно самой себе. При этом можно заставить амплитудную характеристику проходить через какие-либо две заранее выбранные точки. Разбив требуемую амплигудную характеристику на достаточное Преобразователь сигнала дифференциального частотного датчика в код, содержащий два формирователя, выходы которых подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков, два элемента совпадения, два ключа, элемент ИЛИ, элемент задержки и регистр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, удобства эксплуатации за счет увеличения линейности и симметричности амплитудной характеристики и расширения функциональных возможностей, в него введены два шифратора и дешифратор, причем выходы первого и второго счетчиков непосредственно поразрядно соединены с входами соответственно первого и второго элементов совпадения и через первый и второй ключи — с входами информационных разрядов регистра, выходы которого через дешифратор подключены к входам первого и второго шифраторов, выходы которых соединены с входами начальной установки кодов соответственно первого и второго счетчиков, выход первого элемента совпадения соединен с первым входом элемента ИЛИ, входом знакового разряда регистра и управляющим входом второго ключа, выход второго элемента совпадения соединен с управляющим 949813 входом первого ключа и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого через элемент задержки подключен к синхронизирующим входам первого и второго счетчиков. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Новицкий П. В. и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., «Энергия», 1970, с. 52. 2. Gallo М., Winkler 1. Mikroprozessoren im Waugenban. — «Feinwerktechnik und Messtechnik», 1978, № 1, s. 30 — 35. Составитель Л. Плетнева Редактор А. Огар Техред А. Бойкас Корректор В. Синицкая Заказ 5495/47 Тираж 959 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оз крытий 113035, москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4
