Интегрирующее устройство

(51)4 С 06 С 7/ ЕЛЬСТВ убкин В. Н. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ(71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им.60-летия СССР Институт кибернетики им.В.Г.Глушкова и Центральное конструкторско-техноло гическое бюро приборостроения (72) В.Я.Голубчик, Б.Е.Фишман и Ф.С.Яновский(56) Анисимов В.В., ГолАналоговые вычислительные машины.1971, с. 161.Авторское свидетельство СССР В 842868, кл. С 06 С 7/18, 1979, (54) ИНТЕГРИРУ)0 ЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения интегралов фнзи ческих величин, преобразованных в электрическое напряжение (ток).Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона входных сигналов. Устройствосодержит генератор 1 импульсов, интегратор 3, цифроаналоговый преобразователь 2, компаратор 4, демультиплексор 5, счетчик 6 коэффициентаумножения, делитель 7 частоты, счетчик 8 результатаВ интегрирующемустройстве. длительность одного циклаинтегрирования определена заранее всоответствии с параметрами эталонного напряжения и характеристиками интегрирующего блока. Значит, она независит от формы и амплитуды интегрируемой физической величины и можетбыть выбрана достаточно большой, сопоставимой по порядку величины сполной длительностью интегрирования.Таким образом, в устройстве рассматриваемая ошибка интегрирования появляется достаточно редко, так чтоее накопление практически не сказывается на точности результата.,1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению иможет быть использовано для измерения интегралов физических величинпреобразованных в напряжение (ток). 5Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона входных сигналов.На чертеже представлена функциональная схема интегрирующего устройства,Устройство содержит генератор 1импульсов, цифроаналоговый преобразователь 2, интегратор 3, компаратор 4, демультиплексор 5, счетчик 6коэффицинта умножения, делитель 7частоты, счетчик результата 8,Устройство функционирует следующим образом.Входное интегрируемое напряжениепоступает на аналоговый вход цифроаналогового преобразователя 2, передающего входное напряжение на входинтегратора 3 с переменным коэффициентом передачи. Численное значениекоэффициента передачи цифроаналогового преобразователя 2 обратно пропорционально текущей амплитуде входного напряжения и задается кодом коэффициента умножения с выхода счетчика б,Так, при текущем значении входного напряжения, равном минимальновозможному в пределах динамическогодиапазона интегрирования, код коэффициента умножения на цифровом входецифроаналогового преобразователя 2равен единице; при текущем значении,равном максимально возможному, кодкоэффициента умножения равен минимально возможному.Интегратор 3, представляющий собой, например, операционный усилитель постоянного тока с конденсатором в цепи обратной связи, с параллельно подключенным конденсаторуключом для разряда конденсатора перед новым циклом интегрирования, интегрирует входное напряжение,Выходное напряжение интегратора3 сравнивается компаратором 4 с эталонным пилообразно-импульсным напряжением с входа порогового значения.Вместо пилообразно-импульсногонапряжения можно формировать пилооб, разно-ступенчатое импульсное напряжение с помощью последовательновключенных генератора импульсов счетчика и цифроаналогового преобразователя, При этом пилообразноступенчатое импульсное напряжениеимеет более высокую линейность истабильность в течение длительныхвременных интервалов, чем пилообразно-импульсное,Компаратор 4 в зависимости отрезультата сравнения формирует насвоем выходе логический "0" или "1"При логическом "0" на входе демуль -типлексора 5 (напряжение на выходеинтегратора 3 больше эталонного пилообразно-импульсного напряжения)на вход прямого счета счетчика бчерез демультиплексор 5 поступаетсчетная единица, при логической " 1"(напряжение на выходе интегратора 3меньше эталонного пилообразно-импульсного напряжения) - счетная единица поступает на вход обратногосчета счетчика.Благодаря описанной аналого-цифровой отрицательной обратной связив контуре цифроаналогового преобразователя 2: интегратор 3, компаратордемультиплексор 5 и счетчик б,выходное напряжение интегратора 3 почти полностью совпадает по форме вовремя прямого хода с эталонным пилообразно-импульсным напряжением, т.е.интеграл от входного напряжения сучетом изменения входного напряженияцифроаналогового преобразователя 2 иэталонный интеграл, образованный пилообразно-импульсным напряжением,равны по величине,Поделенные делителем 7 частотыимпульсы поступают как счетные единицы на вход счетчика 8,на которомнакапливается цифровое значение интеграла входного напряжения.В конце цикла интегрирования импульсом установки в исходное состояние сбрасываются интегратор 3 и счетчик 8, при сохранении состояния делителя 7 и счетчика б, устанавливаемых в исходное состояние в начальныймомент времени,Коэффициент деления делителя 7обратно пропорционален текущей амплитуде входного напряжения. Так, притекущем значении входного напряжения,равном максимально возможному, кодкоэффициента деления делителем 7равен единице, т.е. на счетчик 8счетные импульсы поступают с максимальной частотой и код на счетчике(10) 3 13005 8 возрастает с максимальной скоростью. При текущем значении входного напряжения, равном минимально возможному в пределах динамического диапаэона интегрирования, код коэффициента деления делителем 7 равен максимально возможному, т.е. на счетчик 8 счетные импульсы постугают с минимальной частотой и код на счетчике 8 возрастает с минимальной скоростью. 10С выхода счетчика 6 на цифровой вход цифроаналогового преобразователя поступает прямое значение кода счетчика 6,Предложенное устройство осущест вляет адал определение значения (1,( интеграла измеряемой физической величины Г(й), т.е. Если сигнал У , поступающийвхс датчика измеряемой физической величины, пропорционален Г(С), то определение (1) эквивалентно выражению1 (г.) = а П(С ) Йй . (2)огде а - коэффициент пропорциональности между значениями Б (г) и30 Г(1), который постоянен для каждого счетчика и может считаться известным.Описанная аналого-цифровая обратная связь реализует алгоритм адап тации, целевой функцией которойявляется равенство где 1 - значение эталонного пилоэтобразно-импульсного напряжения в момент времени С;1 (г.) - выходной сигнал снимаеа Э мый с интегратора. 45При этом адаптация обеспечивается вариациями значения 0,(с) - сигнала, который подается на вход интегратора, обязанными изменениям К (11 )- .коэффициента умножающего ЦДП 2: 50 11 вхК (1,1 эт (4) Пусть равенство (3) выполняетсяв течение некоторого времени. Это 55означаетчто1ц(с) к,(х д) а= Ь (с - с. ) при С с С а С. (5) 1 - 1 1-1- 1 где Ь - среднее (за много периодов) значение углового коэффициента эталонного пилообразно-импульсного напряжения.Поскольку по условию равенство (3) выполняется в течение времени- то согласно используемому алгоритму одновременно величина К,(1 , 1,) сохраняет свое значение, так что из (5) получаем1, (с) - 1 (с ) = ац,(с )а=С1-1 аЬ(е -)К(11)1 - 1эт где С. С а1-1 1Если- частота импульсов, снимаемых с выхода делителя 13 частоты на интервале с -г, то формула (6) может быть переписана следующим образом: аЪ--------- и ( е. ), К (1,1 )1 1 11 х (7) где п(, , ) - количество счетных плюс единиц, поступивших на вход счетчика-регистра 8 за времяВ соответствии с алгоритмом функционирования предложенного устройства делитель 7 частоты преобразует частоту генератора 1 (Г) следующим образом: тогда из (7) и (8) получаем С учетом равенства (3) для момента й имеем а с учетом уравнений (4)-(8) получаемЗаказ 1151/49 Тираж 673 ПодписноеВНИИПИ Госуцарственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 В правой части выражения (11) стоит суммарное число счетных плюс единиц, накопленных счетчиком-регистром 8 за все время интегрирования от= 0 до с, которое и определяет код искомого интеграла 1 (с),1Формула изобретения Интегрирующее устройство, содержащее счетчик результата, выход которого является выходом устройства, генератор импульсов, счетчик коэффициента умножения и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого является входом устройства, и интегратор, подключенный выходом к первому входу компаратора, о т л и ч,а -ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности интегрирования и расширения динамического диапазонавходных сигналов, в него введены делитель частоты и демультиплексор,первый и второй выходы которого подключены к входам прямого и обратногосчета счетчика козффициента умножения, соединенного выходом с цифровым 10 входом цифроаналогового преобразователя и управляющим входом делителячастоты, информационный вход которого соединен с информационным входомдемультиплексора и с выходом генера тора импульс.ов, управляющий вход демультиплексора подключен к выходукомпаратора, второй вход которогосоединен с шиной задания пороговогоуровня, входы сброса интегратора, де лителя частоты, счетчика коэффициента умножения и счетчика результатасоединены с входом установки устройства в исходное состояние, выход делителя частоты подключен к счетному 25 входу счетчика результата.