Преобразователь сигнала дифференциального 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 1 о 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 инфор 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 эле5 1 О 15 20 25 зо З 5 40 45 5 О 55 мента совпадения соединен с первым входомэлемента ИЛИ, входом знакового разрядарегистра и управляющим входом второгоключа, выход второго элемента совпадениясоединен с управляющим входом первогоключа 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, которыйзаполняется раньше, а выходной код снимается с другого счетчика, при этом выходному коду присваивается знак, зависящий оттого, какой именно из двух счетчиков заполняется.Оба измерительных канала дифференциального частотного датчика, для которого предназначен преобразователь, выполняют идентичными для наилучшей компенсации влияния дестабилизирующих факторови для улучшения линейности, поэтому симметрия предлагаемого преобразователя приработе с таким датчиком обеспечивает полную симметричность сквозной амплитуднойхарактеристики измеряемый параметр - выходной код,В дифференциальном частотном датчикес идентичными измерительными каналамивыходные частоты равны друг другу в середине диапазона изменения измеряемогопараметра: в одной половине диапазонабольшей является выходная частота одногоиз измерительных каналов датчика, в другой половине диапазона - частота другогоизмерительного канала. Вследствие этогопри переходе от одной половины диапазонак другой счетчик, определявший время счета, становится выходным, и наоборот. Таким образом, в предлагаемом преобразователе диапазон изменения измеряемого параметра делится на две половины, причемвнутри каждой из половин преобразовательработает так же, как и известный, но поскольку на каждую из половин приходитсявдвое 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 такойповышенной точности, и улучшенной линейности может оказаться недостаточно, крометого, для расширения функциональных возможностей преобразователя полезно иметьвозможность варьировать форму амплитудной характеристики. Такая возможность упреобразователя появляется благодаря введению дешифратора и двух шифраторов.На чертеже приведена логическая схемапреобразователя,Преобразователь содержит формирователи 1-1 и 1-2, счетчики 2-1 и 2-2; элементы 3-1 и Ъсовпадения, 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 изчастотных сигналов измерительных каналовдифференциального 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 разрядныхвыходах 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 логическаяединица. 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 2-2в регистр 5 успел закончиться, устанавливает счетчики 2-1 и 2-2 в нуль, после чего циклпреобразования повторяется. Так происходит преобразование сигнала дифференциального частотного датчика в код, если частота следования импульсов на выходе формирователя 1-1 больше, чем на выходе формирователя 1-2, т.е. в одной половине диапазона. В противном случае (в другой половине диапазона) в регистр 5 заносится кодс разрядных выходов счетчика 2-1, а в знаковом разряде регистра 5 логическая единица не появляется.Допустим, что 1,1 г, тогда первым заполняется счетчик 2-1, и время счета т = 1 ффгде 1, и 1 г - частоты следования импульсовна выходе формирователей 1-1 и1-2;Мзщ - числовой объем каждого из счетчиков;- время счета.За это время в счетчике 2-2 сосчитываются импульсы 1 г - "-вд" - , и соответствуюш,ий код с выхода счетчика 2-2 заносится врегистр 5г11 вых = узап,где Хвы - выходной код преобразователя.Для практического использования удобнее инверсный код11 вых = - (11 ап 11 вых)= - 115 ап (1 - , )(1) Знак-перед полученными выражениями поставлен потому, что, как было показано выше, при 11 ". 1 гв знаковый разряд регистра заносится логическая единица, что принято считать признаком отрицательного числа.Если 1,=(г, то Мах = 0 а при 1 г 1,1 вых= 11 зап (1 - ф ) Р)9498 5Выходные частоты измерительных каналов дифференциального частотного датчика можно представить выражениями:)=1 нЛ+ах,г = н 7 Г: ах,е: Х - относительное значение измеряемой величины, - 1 х%1;я и л - параметры, зависящие от конструкции датчика, а(1, п)1;- частота следования импульсовна выходе формирователей 1-1и 1-2 при х=О.Учитывая выражения (1) и (2), получаем гд Г п 1-ахМаых =дах ЫгапТнпТк 7гвых ну+ 1 Яу 3)35 где Мн, и 1 ч ну, - прямые значения кодов начальной установки счетчиков 2-1 и 2-2.аых ггыып ыаыхгг= гыып-Мннг г Ынп);1 ЧВЫХ = - х 1 нуугЧНу 1/ (Б)40При 1 : "И1 ну 2Вых 11 НЧ 1 1. 14 нУ 225Знак к вперед скобкой в(5) поставлен на том же основв выражении (1).Выражения (5) и (6) показывают, что, изменяя Му, и Януг, 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 характерис тику проходить через какие-либо две заранее выбранные точки. Разбив требуемую амплигудную характеристику на достаточное Гб) выражении ании, что и 5В предлагаемом преобразователе выходной код определяется отношением меньшейчастоты к большей, а в зависимости от того,какая именно из частот 11 или 1 г - меньшая, результату автоматически присваивается тот или иной знак, поэтому в выражение20(3) знакопеременная величина х входит своим абсолютным значением, а знак результата совпадает со знаком х.Наличие дешифратора и шифраторов дает возможность производить начальную установку кодов в счетчиках для воздействияна форму амплитудной характеристики. Вэтом случае при 11 ) -" - 12, где Мну иЙиу - инверсные значеййя кодов начальной установки счетчиков 2-1 и 2-2,30"здП -1 Чи количество участков, можно для каждого участка определить значения Йну, и 1 Чнуг, при которых амплитудная характеристика преобразователя проходит через две точки, являющиеся концами этого участка. В результате получают множество пар значений 11 ну 1 и Хйуг, взаимно-однозначное множеству участков. Выбор участка осуществляется дешифратором 8, а значения 11 ну 1 и Януг 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 Яну, и 1 Чнуг 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 какую- либо последующую обработку кода. ормула изобретенаПреобразователь 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 управляющим949813 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 81. Новицкии П. В, и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., Энергия, 1970, с. 52.2. баПо М., %1 пЫег 1, Мйгоргокеззогеп ип ЖацдепЬап. - Ге 1 пъегИесЬпй цпс 1 МеззесЬпй, 1978,1, 3. 30 - 35.Редактор А. ОгарЗаказ 5495/47ВН Состав Техред А Тираж 9 ИПИ Государствен по делам изобрет. Бойкас Корректор59 Подписноного комитета СССРений и оз крытийРаушская наб., д, 4/Ужгород, ул. Проектна