Аналого-частотный преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскнк Соцнапнстнческ ни Респубпнк(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) АНАЛОГО-ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к области приборостроения, а именно к аналого- частотным преобразователям, реализующим операцию извлечения квадратного корня из функции аналоговых вход ных сигналов, и может быть использовано для вычисления текущего значения и цифрового интегрирования массового расхода газа.Известен преобразователь, реали зующий операцию извлечения квадратного корня из функции двух аналоговых входных сигналов, содержащий интегратор первого входного сигнала (интегрирующий конденсатор), порого вое устройство, вход которого соединен с выходом интегратора, амплитудный компаратор, два эталонных конденсатора, первые соединенные выводы которых через резистор подключены к 20 источнику питания и к первому входу компаратора, а вторые выводы через разделительные диоды подключены к интегрирующему конденсатору, фильтр, вход которого через разделительный 25 диод подключен к второму выводу второго эталонного конденсатора, а выход последовательно с источником второго сигнала подключен к второму входу компаратора, триггер, первый вход 30 которого подключен к выходу порогового устройства, а второй вход - к выходу компаратора, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом триггера, а выходные контакты включены между соединенными выводами эталонных конденсаторов и общей шиной 11 .Этот преобразователь работает по принципу периодического заряда интегрирующего конденсатора входным сигналом и дополнительным количеством электричества, формируемым как произведение емкости первого эталонного конденсатора на напряжение второго входного сигнала, и периодической компенсацией этого заряда количеством электричества, формируемым как произведение емкости второго эталонного конденсатора на сумму напряжений второго входного сигнала и выходного аналогового сигнала, пропорционального выходной частоте преобразователя и напряжению второго входного сигнала.Преобразователь формирует два выходных сигнала: частотно-импульсный пропорциональный квадратному корню из отношения входных сигналов, и ана" .логовый, пропорциональный квадратноВ предлагаемом преобразователе компенсация .заряда конденсатора интегратора первого входного сигнала производится импульсом тока постоян ной амплитуды и переменной управляемой длительности, прямо пропорциональ ной выходной частоте преобразователя и обратно пропорциональной второму входному сигналу. При этом выходная частота преобразователя и напряжение аналогового выходного сигнала будут 55бО65 му корню из произведения входных сигналов.Различный характер функциональной зависимости выходных сигналов от входных. ограничивает Функциональные возможности преобразователя, так как эти сигналы нельзя одновременно использовать для вычисления текущего значения Функции входных сигналов и для цифрового интегрирования этой Функции путем прямого подсчета количества выходных импульсов. Поэтому указанный преобразователь не может, в частности, исПользоваться для одновременного вычисления текущего значения массового расхода газа и для циФрового интегрирования расхо да - определения количества газа,Цель изобретения - расширение Функциональных воэможностей аналого- частотного преобразователя.Это достигается тем, что в ана лого-частотный преобразователь, содержащий интегратор первого входного сигнала, первый вход которого соединен с первой входной шиной, а выход - с входом порогового устройства, 25 вход которого соединен с выходом этого интегратора, амплитудный компаратор, триггер, первый вход которого соединен с выходом порогового устройства, а второй вход - с выходом амплитудного компаратора, пер вый ключ, первый вход которого соединен с первым выходом триггера, и фильтр, введены генератор эталонного тока, формирователь импульсов постоянной длительности, интегратор второго входного сигнала и второй ключ, причем второй вход первого ключа соединен с выходом генератора эталонного тока, а выход - со вторым входом интегратора первого вход ного сигнала, второй выход триггера подключен к входу второго ключа, выход формирователя импульсов постоянной длительности соединен со входом Фильтра и с пеРвой выходной шиной, выход фильтра подключен к первому входу амплитудного компаратора и ко второй выходной шине, выход интегратора второго входного сигнала соединен с вторым входом амплитудного компаратора, а первый и второй входы - соответственно с второй входной шиной непосредственно и через второй ключ с общей шиной. иметь одинаковые функциональные зависимости от входных сигналов.На чертеже представлена функциональная схема аналого-частотного преобразователя.Преобразователь содержит интегра-. тор 1 первого входного сигнала, пороговое устройство 2, вход которого соединен с выходом интегратора 1,амплитудный компаратор 3, триггер 4, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам порогового устройства 2 и амплитудного компаратора 3, первый ключ 5, управляющий вход которого соединен с первым выходом триггера 4, генератор б эталонного тока,формирователь 7 импульсов постоянной длительности, интегратор 8 второго входного сигнала, второй ключ 9 и фильтр 10.Вход формирователя 7 и управляющий вход ключа 9 соединены с вторым выходом триггера 4, выход Формирователя - с входом Фильтра 10 и с частотным выходом преобразователя, а выход Фильтра - с аналоговым выходом преобразователя.Выходные контакты ключа 5 включены между выходом генератора б тока и общей точкой КС-цепи интегратора 1, а выходные контакты ключа 9 между общей точкой ВС-цепи интегратора 8 и общей шиной. Первый вход компаратора 3 подключен к выходу фильтра 10, а второй вход - к выходу интегратора 8.Преобразователь работает следующим образом.В исходном состоянии триггер 4 находится в положении, при котором ключ 5 разомкнут, а ключ 9 замкнут. При замыкании ключа 9 устанавливаются нулевые начальные условия в интеграторе 8.Первый входной сигнал интегрируется интегратором 1. Когда выходной сигнал интегратора достигает напряжения, соответствующего порогу срабатывания устройства 1, последнее срабатывает, переводя триггер 4 в положение, при котором ключ 5 замыкается, подключая генератор эталонного тока б к конденсатору интегратора 1, а ключ 9 размыкается, вызывая при наличии второго входного сигнала функционирование интегратора 8. Одновременно в момент переключения триггера срабатывает Формирователь 7, в результате чего на вход фильтра 10 и на частотный выход преобразователя поступает нормированный по амплитуде и длительности импульс, а на выходе Фильтра появляется напряжение, подаваемое на первый вход компаратора 3 и на аналоговый выход преобразователя.Начинается процесс формирования разрядного импульса, вызывающего изменение направления интегрирования . интегратора 1. Амплитуда тока разряд 7660ного импульса определяется эталоннымтоком генератора 6 и выбирается большей максимального значения тока заря.да конденсатора интегратора 1. Длительность разрядного импульса послеокончания переходного процесса в преобразователе определяется временемвозрастания выходного сигнала интегратора 8 до напряжения срабатываниякомпаратора 3, соответствующего напряжению на выходе фильтра, согласновыражениюо "о выл живых1 йК У Ц"а ) вх "въ,где О , Со - соответственно амплитуда и длительность нормированного импульса Формирователя,выходная частота преобразователя;Т 2 - постоянная времени интегрирования интегратора 8;О ь - выходной сигнал интеграьхтора 8.При срабатывании компаратора 3 триггер 4 переключается в исходное состояние, при котором ключ 5 размыкается, отключая от интегратора 1 генератор 6, а ключ 9 замыкается, устанавливая нулевые начальные условия в интеграторе 8.При наличии сигналов на входах интеграторов 1 и 8 процесс периодически повторяется.Выходная частота преобразователя в установившемся состоянии определяется "выражением Овх7р"р)огового выходногоэователя прямо провходного сижет использо а ервого еля мо где Оьх - входной сигнал интегратоЬх,ра 1;К - сопротивление КС-цепиинтегратора 1;.1- соответственно амплитуУда тока и длительностьразрядного импульса.С учетом выражения (1) выходная частота и напряжение выходного аналогового сигнала преобразователя имеет соответственно следующие Функциональные зависимости: ваться электрический сигнал, пропорциональный перепаду давления газа,в качестве второго сигнала - электрический сигнал, пропорциональный абсолютному давлению газа, а в качестве сопротивления ВС-цепи второго интегратора - последовательно включенные параметрическое сопротивление4термометра сопротивления и нормирую"щее сопротивление, пропорциональныеабсолютной температуре газа. Тогданапряжение аналогового выходного сигнала преобразователя будет соответствовать текущему значению массовогорасхода газа, а после подсчета количества выходных импульсов частотного 15 сигнала получится интегральное значение расхода - количество газа.Таким образом, при помощи одногопреобразователя обеспечивается воэможность вычисления сразу двух парамет ров расхода газа, что расширяет Функциональные воэможности предлагаемогопреобразователя по сравнению с известными устройствами.25Формула изобретенияАналого-частотный преобразователь,содержащий интегратор первого входного сигнала, первый вход которого соединен с первой входной шиной, а выход - с входом порогового устройства,амплитудный компаратор, триггер, первый вход которого соединен с выходомпорогового устройства, а второйвход - с выходом амплитудного компаратора, первый ключ, первый вход которого соединен с первым выходомтриггера, и фильтр, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в40 него введены генератор эталонноготока, формирователь импульсов постоянной длительности, интегратор второго входного сигнала и второй ключ,причем второй вход первого ключа сое 45 динен с выходом генератора эталонного тока, а выход - со вторым входоминтегратора первого входного сигнала,второй выход триггера подключен квходу второго ключа, выход формирователя импульсов постоянной длительности соединен со входом фильтра и спервой выходной шиной, выход фильтраподключен к первому входу амплитудного компаратора и ко второй выходнойшине, выход интегратора второго входного сигнала соединен с вторым входом амплитудного компаратора, а первый и второй входы - соответственнос второй входной шиной непосредственно и через второй ключ с общей шиной,60 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Баранов Л.А. и др. Конденсаторные преобразователи в автоматике исистемах управления. М., Энергия,5 1969, с. 44-45 (прототип).766008Составитель В. Солодова Редактор О. Стенина Техред А.Ач Корректор С. Шекмар Заказ 6527/53 Тираж 995 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4