Устройство для измерения скорости изменения сигнала

Изобретение относится к измери=тельной технике, в частности к устройствам для исследования медленнои монотонно убывающего во временипроцесса, и может быть использованов микробиологии, биохимии и медицине.. Целью изобретения является повышение точности измерений скоростиизменения сигнала за счет измерения временных интервалов, пропорциональных скорости изменения фиксированных относительных малых значенийперепадов тока Ферментнрго датчика.,На фиг.1 приведена функциональнаясхема предлагаемого устройства, наФиг.2 - диаграммы его работы, наФиг,З - алгоритм работы вычислителя.Устройство содержит преобразователь 1 тока в напряжение, предварительный усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 3, цифроаналоговый преобразователь 4, усилитель 5относительных приращений источникб опорных напряжений, двухпороговыйкомпаратор 7, формирователь 8 импульсов, генератор, 9 тактовых импульсов, счетчик 10 импульсов и вычислитель 11.На Фиг.2 обозначены; 1 - временная зависимость преобразованного иусиленного входного сигналов", 2 -временная зависимость, работы цифроаналогового преобразователя, 3 -временная зависимость работы усилителя относительных приращений 1 4временная зависимость работы формирователя импульсов.Вычислитель 11 выполнен на микропроцессорном комплекте серии 580.Устройство работает следующимобразом,1 О2025 Преобразованный сигнал с выхода преобразователя 1 тока в напряжение усиливается предварительным усилителем 2. В момент йо по сигналу "Управ.1" происходит преобразование абсолютного значения входного сигнала н двоичный код на аналого-циф-. ровом преобразователе 3. По сигналу "Управ.2" этот двоичный код подается в вычислитель 11, где происходит определение напряжения Е 1 , пропорционального входному току, По команде "Управ,З происходит обнуление1155 счетчика 10 импульсов, На цифроаналоговом преобразователе 4 выставляется напряжение Б , близкое, но меньше Е 1, так, чтобы разность 1 с 1 - По щ 60 быпа больше нуля,При этом усилитель 5 относительных приращений находится в ограничении и.на его выходе присутствуетнебольшой отрицательный потенциал, Так как характеристика входйого сиг"нала имеет вид монотонного убывающего во времени процесса, то в момент Е напряжение 11 на выходе предварительного усилителя 2 становится равным напряжению Б , выставленному на выходе цифроаналогового преобразоватеЛя 4. При дальнейшем уменьшении напряжения Е 1 разность 11-Бостановится меньше нуля. Эта разностьнапряжений начинает усиливаться усилителем 5 относительных приращений. Напряжение на выходе усилителя 5 относительных приращений начинает линейно возрастать пропорционально скорости изменения входного сигнала При достижении этим. напряжением значения П , в моментсрабатывает первая половина двухпорогового компаратора 7, Формируется передний фронт импульса "ворот" на формирователе 8 импульсов и начинается счет импульсов на счетчике 10 импульсов.с генератора 9 тактовых импульсов, В момент С напряжение на выходе уси 3лителя 5 относительных приращений достигает значения П , при этом срабатывает вторая половина двухпорогового компаратора 7, Формируется задний фронт импульса "ворот" на формирователе 8 импульсов и прекращает" ся счет импульсов на.счетчике 10 импульсов. Количество насчитанных импульсов пропорционально ширине временного интервала 1 -С , который в свою очередь, пропорционален скорости изменения входного сигнала;Во временном интервале- происходит считывание значений со счетчика 10 импульсов в вычислитель 11 и обработка полученной информации. В момент С на выходе цифроаналогового преобразователя 4 устанавливается нулевое напряжение, при этом на выходе усилителя 5 относительных приращений устанавливается небольшой отрицательный потенциал, двухпороговый компаратор 7 возврашается в исходное состояние и заканчивается первый цикл измерений. В моментпосле того, как закончились переходные процессы в усилителе 5 относительных прираще5 " 15753 ний, по сигналу "Управ.1" начинается, следующий цикл измерений, Процесс измерения временных интервалов продолжается до тех пор, пока не будет най" дено минимальное значение временного5 интервала Ь й,янТаким образом, процесс измерения сводится к измерению временных интервалов, пропорциональных скорости изменения фиксированного перепада входного сигнала. Величина этого перепада формируется опорными напряжениями Б , и П источника 6 опорных напряжений. Так как коэффициент уси" линия усилителя 5 относительных приращений большой, то величине этого перепада ставится в соответствие относительно малое изменение тока ферментного датчика, при этом происходит более точная выборка линейного участка с максимальной скоростью изменения входного сигнала, за счет чего повышается точность измерения и расширяется диапазон измерения. 2Коэффициент преобразования изме.рительного тракта выбирается таким, .что на выходе усилителя 5 относительных приращений изменение тока на 1 нА вызывает изменение напряжения на 4 В, 30 При изменении скорости входного сигнала от 1 до 12 нА/с и установке разности опорных напряжений на двух- пороговом компараторе 7, равной," 8,19 В, длительность импульса "ворот" на выходе формирователя 8 импульсов изменяется в пределах 2,05-0, 171 с. При заполнении шестнадцатиразрядного счетчика 10 импульсов тактовой частотой, равной 25 кГц с генератора 9 40 количество импульсов заполнения им= пульса "ворот" меняется в пределах. 12 6опорных напряжений не хуже +5 шЧ,точность установки напряжения .навыходе цифроаналогового преобразователя 4 не хуже +2,5 ш Ч. Определяяобщую ошибку по закону сложения случайных ошибок, находим: 42+42+10+ Ч)= у = +2 шЧ - ошибка срабвания двухпорогового копаратора 7 по первому ирому порогам;73= +5 шЧ - ошибка, установкиопорного напряжения ОпП ,+2,5 шЧ - ошибка установки20 напряжения на цифроаналогпреобразователе 4Максимальная погрешность измерения б , обусловленная ошибкой ртервале опорных напряжений, рав= 0,0477. Максимальная погрешность счета бпри ошибке счета +1 импульс равна Точность срабатывания двухпорог вого компаратора по каждому порогу не хуже +2 ш Ч, точность установки опорных напряжений на источнике 6 Устроиство для измерения скорости изменения сигнала, содержащее преобразователь тока в напряжение, выход которого соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерения, в него введены усилитель относительных приращений, источник опорных напряжений, двухпороговый компаратор, формирователь импульсов, генератор тактовых импульсов, счетчикимпульсов, вычислитель и цифроаналоговый преобразователь, вход которого подключен к первому выходу вычислителя, а выход - к первому входу усилителя относительных приращений, второи вход которого соединенвыходом предварительного усилителяа выход подключен к первому входудвухпорогового компаратора, второйи третий входы которого подключенысоответственно к первому и второмувыходам источника опорных напряжений, первый и второй выходы двухпорогового компаратора соединены соответственно с первым и вторым вхо%, натаниер ди Ирн очи. аадинйй аде считИо еначений анака Ю четник но е,вУеаар аедФа Ю Вовикениеи заонианиедрененнв ант каююаеМ еиенар,хааа. ф ет аи ада АидОмар аниеокончииа ра.Воаю Рона Я Вопр нинин неео Вртнн ге игердт еде ааееаенаарон. е иев яанилр4 иПа ача д аич нрео кода на нана лет очиааааа и акт РРнананчааярна дами формирователя импульсов, третий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход соединен со счетным входом счетчика импульсов, вход обнуления которого соединен с вторым выходом вычислителя, выход счетчика импульсов соедин(инф лУил нен с первым информационным входом вычислителя, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с выходами "Пуск" и "Считывакие" аналого-цифрового преобразователя, выход которого подкпючен к второму информационному входу нычислителя.