Аналого-цифровой интегратор

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 091 (11) 06 С 7 / 1 8 ОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ П 1 НТ ССО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) 1444832 (21) 4395045/24-24 (22) 22,03.88 (46) 07,01.90.Бюл. В 12) Э.С.Никулин и М.В,Шмаков (53) 681,335 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР В 1444832, кл. С 06 С 7/18, 1987. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАТОР ,57) Аналого-цифровой интегратор относится к области автоматики и может найти применение при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобретения является повышение точности восстановления информации. Сущность изобретения состоит в том, что в аналого-цифровой интегратор, построенный на основе последовательноф 2 соединенных преобразователя 3 напряжение-часто та, реверсивно го счетчика 5 импульсов и цифроаналогового преобразователя 6 и снабженный контуром восстановления информации и записи начальных условий с блоком 7 слежение-хранение, блоком 8 сравнения, усилителем 11, нуль-органом 12, реле 14 времени, сигнализатором 16 напряжений питания и пиковым детектором 17, введены сумматор 1 О и компаратор 18, соединенные с другими элементами интегратора так, что обеспечивается возможность существенного уменьше" ния порогов срабатывания и отпускания нуль-органа 12, в результате че-го достигается повышение точности восстановления информации в интеграторе. 1 ил.153473 Изобретение относится к автоийти=ке, предназначено для Формированиянапряжения, пропорционального интегралу от входного сигнала, может использоваться в системах автоматического управления различными объектамии является усовершенствованием ин"тегратора по авт.св.9 1444832.Цель изобретения - повышение точности восстановления инФормации.На чертеже приведена схема аналого-циФрового интегратора.Интегратор содержит последовательно включенные источник 1 входногосигнала трехпозиционный переключатель 2, преобразователь 3 напряжениечастота схему ИЛИ 4, реверсивныйсчетчик 5 импульсов, циФроаналоговыйпреобразователь 6 и блок 7 слеженияхранения,Выход блока 7 слежения-храненияФявляющийся выходом интегратора соединен с одним из входов блока 8сравнения, другой вход которого подключен к входу 9 задания начальныхусловий, .а выход блока 8 сравненияСоединен с вторым входом переключателя 2, третий вход которого соединенчерез сумматор 10 с выходом усилите"ля 11 и входом нуль-органа 12, выход которого подключен к первомувходу элемента ИЛИ 4, к первому упр"ляющему входу перекл 1 о".ателя 2 и кпервому входу элемента И-НЕ 13, второй вход которого соединен с вторымуправляющим входом переключателя. 2 иС выходом реле 14 времени, соедин 1 нвного по входу с источником 15 пита- Йияе40Выход элемента И-НЕ 13 подключенк входу. слежения блока 7 слеженияхранения,Вход задания опорного напряжениян вход записи инФормации подключенысоответственно к выходам сигнализатора 1 6 на 1 р 51 жений питания и пикового детектора 17, соединенных по входам с источником 15 питания,Между выходом усилителя 11 и вторым входом сумматора 10 включен ком"паратор 18, между выходом реле 14времени в вторым вхоцом элементаИЛИ 4 - инвертор 19, а между выходом циФроаналогового преобразователя и входом блока слежения-хране 55ния - масштабный резистор 20,Блок 7 слежения-хранения содержитоперационный усилитель 21, запоминающий конденсатор 22 в цепи отрицательной обратной связи, ключ 23, переключатель 24, МОП-транзистор 25, масштабные резисторы 26 - 28Для предлагаемого интегратора ха-, рактерны следуюшие режимы работы: запись начальных условий, интегрирование и восстановление инФормации после сбоев счетчика и кратковременных перерывов в подаче питания,Интегратор в режиме записи начальных условий работает следующим образом.Если после длительного нахождения интегратора в обесточенном состоянии он подключается к питающей сети, то в первый момент времени выходной сигнал реле 14 времени име,т нулевое значение, При этом переключатель 2 устанавливается в сред 1-:.;е положение, переключатель 24 - в кер:1.1 ее положение, а ключ 23 - в замкнутое состоя.ние, Рассогласовани , П, = 0111 цоьа с выхода блока 8 срав 1 ениг поступает через переключатель 2 на вход преобразователя 3 напряжение-частота, который настраивается на повышенную частоту следования импульсов (1. т 1) сигналом с выхо,.а реле 14 вр: мениПо нулевому значению сигнала реле 14 времени переключатель 24 отключает конденсатор 22 от инвертирующего входа усилителя 21 и подключает его к резистору 28, в резупьтате чего блок 7 слежения"хранения переходит в режим аналогового инвертора, коэфФициент передачи которого определяет". ся отношением сопротивлений реэисторов 26 и 20. Конденсатор 22 при этом заряжается до выходного напряжения усилителя 21 через резистор 28, переключатель 24 и открытый МОП-транзистор 25. В результате в этом режиме преобразователь 3 напряжение-частота, работая на повышенной частоте 1 обеспечивает быстрое изменение кода в счетчике 5 до тех пор, пока рассогласование 01, на выходе блока 8 сравнения не станет равным нулю, т,е, до 1 выполнения условия Уы= Ьц, Время, которое требуется для достижения этого условия (т.е., Фактическое время записи начальных усдовий й), опре" деляется, в основном, частотой импульсов К на выходе преобразователя 3 напряжение-частота и значением запи" сываемого в счетчик 5 кода.5 15344Обеспечение нормальной работы интегратора в режиме записи начальныхусловий связано с выполнением соотношений ьрь С н макси "рв "Зф5т - временнаязадержка, формируемая реле 14 времени, а ь - постоянная времени заряда конденсатора 22.При выполнении этих соотношений конденсатор 22 в конце выдержки о оказывается заряженным до уровня выходного напряжения усилителя 21 соответствующего условию оыу = нцПосле окончания задержки С выход-,ной сигнал реле 14 времени принимаетединичное значение, что приводит кпереключению переключателя 2 в верхнее положение, переключателя 24 - внижнее, и интегратор переходит в режим интегрирования входного сигнала,При этом переключении выходное напряжение блока 7 слежения-хранения не изменяется, так как левая обкладка конденсатора 22 переключается между точками, напряжения в которых практически равны (равны нулю),В режиме интегрирования устройство работает после окончания переходных процессов в цепях питания и прихода реле 14 времени во включенноесостояние, характеризующееся тем, чточто его выходной сигнал имеет ециничное значение, по которому переключатель 24 удерживается в нижнем положении. 1 ри этом выходные напряженияисточника 15 питания имеют номинахьные значения, сигнализатор 16 напряжений питания и пиковый детектор 17удерживают МОП-транзистор 25 в откры"том состоянии. Исходное состояниеконтура восстановления информации,включающего в себя блок 7 слеженияхранения, усилитель 11 и нуль-орган12, соответствует равенству нулюнапряжения на входе блока 7, в результате чего выходной сигнал нульоргана 12 имеет нулевое значение,переключатель 2 соединяет вход преобразователя 3 напряжение-частотас источником 1 входного сигнала (о ), 50ключ 23 находится в замкнутом состоя-.нии и блок 7 слежения-хранения работает в режиме слежения за напряжениемс выхода цифроаналогового преобразователя б,55При наличии входного сигнала.ф 0 преобразователь 3 напряжение-частота генерирует импульсы с частотойх 1, пропорциональнь.й , которые в 73 6зависимости от знакапоступают .на один из входов реверсивного счетчика 5 импульсов. За каждый периодработы преобразователя 3 в счетчике5 фиксируется величина и знак приращения интеграла входного напряжения, т,е, осуществляется квантованиеинтеграла входного сигнала по уровню.Таким образом, в счетчике 5 формируется цифровой код И, характеризующийЦ, Й, который с помощью цифроанаЪлогового преобразователя б преобразуется в эквивалентное электрическоенапряжение,При нормальной работе аналогоцифрового интегратора (без сбоевсчетчика) блок 7 слежения-храненияУнаходится в режиме слежечия за сигналом с выхода цифроаналогового преобразователя б, причем скорость слежения выбирается выше максимальнойскорости изменения напряжения на выходе преобразователя б, а приведенная к входу усилителя 11 зона нечувствительности нуль-органа 12 не менее одного кванта сигнала с выходапреобразователя б и контур восстановления информации находится в исходном состоянии, рассмотренном выше.Если в процессе интегрирования(или хранения интеграла при= С)произойдет сбой счетчика 5 то из-заограниченной скорости слеженияблока 7 слежения-хранения сигнал навходе блока 7, а следовательно, ина входе усилителя 11 будет отличаться от нуля на величину, превышающуюзону нечувствительности нуль-органа12, При этом нуль-орган 12 формирует независимо от знака рассогласования единичное значение логическогосигнала, по которому элемент И-НК 13переводит ключ 23 в разомкнутое состояние и блок 7 слежения-хранения пе.",реходит в режим поддержания напряжения, предшествующего сбою, счетчика 5(режим хранения),Одновременно по сигналу с нульоргана 12 переключатель 2 соединяетчерез сумматор 10 вход преобразователя 3 напряжение-частота с выходомусилителя 11, а преобразователь 3настраивается на повышенную частотуследования импульсов, Под действиемсигнала с выхода сумматора 10 преобра"зователь 3 восстанавливает информацию в счетчике 5, так как подача им"1534473пульсов на один из входов счетчика 5осуществляется до тех пор, пока напряжение на входе блока 7 не снизится до величины при которой произойФ5дет отключение нуль-органа 12, Послеэтого его выходной сигнал принимаетнулевое значение, а следовательно,переключатель 2 подключает входпреобразователя 3 к источнику 1 входного сигнала, ключ 23 переходит взамкнутое состояние, блок 7 слеженияхранения - в режим слежения эа сигналом У, преобразователь 3 настраивается на нормальную частоту следова нйя импульсов и схема врзвращается впрежнее .состояние, обеспечивающее,дальнейшее формирование интеграла отвходного сигнала,Интегратор в режиме. восстановления 20информации при кратковременных перерывах питания работает следующимобразом,При исчезновении напряжения Б впитающей сети выходные напряжения 25источника 15 питания уменьшаются донулевых уровней с различными постоянными времени, Пока они близки к номинальным значением, сигнализатор 16напряжений питания псддерживает МОПътранзистор 25 в открытом состоянии.Но как только хотя бы одно из выходньГх напряжений источника 15 литани:выйдет иэ допустимои зо.ы,. вьп:односигнал сигнализатора 16 релейно и.:меняет свою полярность что приводит кзакрыванию МОП-транзистора 25 3 результате этого запоминающий конденсатор 22 оказывается отключенным отоперационного усилителя 21 и напряжение на нем за время перерыва гитания изменяется относительно первоначального уровня (Б ) на незначительную величину,Поскольку сигнализатор 16 напряжений питания обеспечивает отключениезапоминающего конденсатора 22 приусловии выхода из допустимой зоныхотя бы одного напряжения питания,нарушения нормальных состояний узловинтегратора, возникающие после этого 9не приводят к изменению заряда на,запоминающем онденсаторе 22, Необходимые значения напряжений на подложке МОП-транзистора 25 и на выходе45сигналиэатора 16 сохраняются в течение перерыва питания за счет пикового детектора 17, Кратковременные перерывы питания не приводят к запускуреле 14 времени,Появление напряжения П в питаюсщей сети после кратковременного егоисчезновения вызывает увеличение выходных напряжений блока 15 питания.При этом состояние сигнализатора 16,соответствующее закрыл ому МОП-транзистору 25, сохраняется до тех пор,пока хотя бы одно из этих напряженийнаходится вне допустимой зоны. Кактолько последнее иэ них примет. допустимое значение, при котором ва всеузлы интегратора поступают напряженияпитания, близкие к номинальным, сигнализатор 1 б релейно изменяет голярность своего выходного сигнала,МОП-транзистор 25 открывается и иавыходе блока 7 слежения-хранения устанавливается напряжение Б, опрецеля 1емое потенциалом на конденсаторе 22и близкое по значению напряжению Бкоторое было на нем до перерыва в подаче питания. Если напряжение навходе блока 10 не равно нулю, тосрабатывает нуль-орган 12 и .в интеграторе происходит восстановление инфоркацни подобно тому, как это имеет:.есто нри сбоях счетчика.В предлагаемом интеграторе погрешй:.;сть восстановления информации, каки в известном интеграторе, определяется суммойабсолютных значений порогов срабатывания и отпускания нульоргана.Ф о р и у л а изобретенияАналого-цифровой интегратор по авт.св, У 1444832, о т л и ч а ю - . щ и й с я тем, что, с целью повыше-, ния.точности восстановленИя информации, в него введены сумматор и компаратор, вход которого подключен к . выходу усилителя, соединенному с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу компаратора, а выход соединен с третьим информационным входом трехпозиционного переключателя, второй управляющий вход которого соединен с выходом нуль-органа а вход усилителя соединен с входом блока слежения-хранения.