Многоканальное устройство для ввода информации

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Социалистнческик Республик(22) Заявлено 1%10,81 (21) 3347920/18-24с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 070 383 ф Бкзллетень Мо 9 Р 11 М К з С Об Е 3/00 Государственный комитет СССР но ледам изобретений н открытийЩУДК 681327. ,11(088.8) Дата опубликования описания 070383 Г "3 -т:.щюэА.В.Липень, В.Ф.Прокофьев и Ю.Н.Торопкин(54) ИНОГОКАНАПЬНОР. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИИзобретение относится к автома- тике, измерительной информационной и вычислительной технике и предназначено для коммутации и преобразо- вания аналоговых сигналов низкого уровня от датчиков при проведении экспериментальных научных исследований и при управлении технологическими процессами.Известны устройства, используете для сбора и преобразования сигналов с большего количества датчиков в измерительных информационных системах, и содержащие датчики, коммутатор с ключевыми элементами, управ- ляемыми через разделительные трансформаторы, усилитель постоянного тока и аналого-циФровой преобразователь 1).Недостатком этих устройств является невысокая надежность, которая в частности ограничивается снижением точности устройства из-за малой стабильности тока управления при заныкании ключевого элемента. Наиболее близким к изобретению является устройство, в котором для повышения точности в цепи вторичных обмоток разделительных трансформаторов введены токостабилиэирующиеэле менты, обеспечивающие стабильный токуправления при замыкании ключевогоэлемента 1 2 1.Однако известное устройство необеспечивает высокой надежности приприменении датчиков с изменяющимсявод воздействием Физического. параметра сопротивлением при наличии на вы-ходах этих датчиков синфазных йойех,возникающих из-за наличия разностипотенциалов между шиной нулевогопотенциала (корпусом) измерительногоустройства и корпусом изделиянакотором установлены датчики,15 В частности точность этого устройства снижается из-за паразитногосигнала, возникающего на выходе датчика при протекании по изменяющемуся сопротивлению датчика входного2 О тока усилителя.Кроме того, снижение надежностиизвестных устройств вызывается ихнедостаточной помехоустойчиростью,которая при отсутствии в этих уст 25 ройствах полной гальванической развязки измерительных и управляющихцепей., ограничивается разбалансомсинфаэных емкостей на входе каждогоканала и на выходе коммутатора, атакже способностью усилителей по 1003059давлять синфазный сигнал помех навходе усилителя.Цель изобретения - понышение надежности и помехоустойчивости устройства при применении датчиков сизменяющимся сопротивлением и на 5личии синфазных помех.Поставленная цель достигаетсятем, что н многоканальное устройство для внода информации, содержащее распределитель импульсов, вы Оходы которого соединены с первымивходами разделительных элементов,выходы которых соединены с управляющими входами коммутатора, первый ивторой выходы которого соответственно соединены с первыми и вторымивходами усилителей группы, выходыкоторых соединены с информационными входами соответствующих аналоговых ключей группы, выходы которыхсоединены с первым входом аналогоцифрового преобразователя, генератортактовых импульсов, вход которогосоединен с первым выходом блока выбора диапазона, а выход - с входамираспределителя импульсов и элементазадержки, первый аналоговый ключ, ин.Формационный. вход которого соединенс первым выходом коммутатора, шинунулевого потенциала и датчики,. введены иннертор, второй, третий и четвертый аналоговые ключи, первый, второй, третий и четвертый элементыгальванической развязки и группаэлементов гальванической разнязки,буферный повторитель, источник стабилиэированных токов, согласующиеэлементы и первый и второй ограничительные элементы, причем нторые входы разделительных элементов соединены с вторым входом аналого-цифрово Ого преобразователя, с третьими входами усилителей группы, входом источника стабилизированных токов, выходы которого соединены с первыми вторым выходами коммутатоРа, и с 45выходом буферного повторителя,первый вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а его второй вход подключенк второму выходукоммутатора, выход первого аналогового ключа соединен с информационным входом второго аналогового ключа и через первый ограничительныйэлемент - с информационным входомтретьего аналогового ключа, выходкоторого соединен с входом источникастабилизированных токов, второй выход коммутатора соединен с выходомвторого аналогового ключа, информационный вход которого через второйограничительный элемент соединен с 60информационным входом четвертогоаналогового ключа, выход которогосоединен с шиной нулевого потенциала, выход аналого-цифоового преобразователя через первый элемент гальва нической развязки соединен с входом блока выбора диапазона, управляющие входы первого и второго аналогоных ключей соединены между собой и через второй элемент гальванической развязки подключены к выходу элемента задержки, управляющий вход третьего аналогового ключа через третий элемент гальванической развязки соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу элемента задержки, управляющий вход четвертого аналогового ключа через четвертый элемент гальванической развязки соединен с выходом генератора тактоных импульсов, управляющие входы аналоговых ключей группы через группу элементов гальванической развязки соединены соответственно с выходами группы блока выбора диапазона, входы согласующих элементов соединены с выходами датчиков, а выходы согласующих элементов подключены к информационным нходам коммутатора, выход первого элемента гальванической развязки является выходом устройства,На чертеже приведена Функциональная схема многоканального. Устройства .цля ввода информации.Устройство содержит аналоговые ключи 1 группы, усилители 2 группы, первый аналоговый ключ 3, первый ограничительный элемент 4, третий аналоговый ключ 5, аналого-цифровой преобразователь 6, источник 7 стабилизированных токов, второй аналоговый ключ 8, второй ограничительный элемент 5, четвертый аналоговый ключ 10, буферный повторитель 11,шину 12 нулевого потенциала, первый элемент 13 гальванической развязки, группа элементов 14 гальванической развязки, второй 15, третий 16 и четвертый 17 элементы гальванической развязки, распределитель 18 импульсов, разделительные элементы 19, коммутатор 20, согласующие элементы 21, датчики 22, элемент 23 задержки, инвертор 24, блок 25 диапе. эона, генератор 26 тактовых импульсов и выходные шины 27 устройства. Ограничительные элементы 4 и 9 могут выполняться на резисторах, включенных между входом и выходом, разделительные элементы 19 - на импульсных трансформаторах, первичная обмотка которых подключена к первому входу, вторичная - к выходу, а проводящий сердечник - к второму нходу разделительного элемента, согласующие элементы 21 - в виде линии с двумя соединяющими первые два.входа с выходами элемента сигнальными проводами, скрученными с малым шагом и помещенными в изолированную экранирующую оболочку, соединенную с третьим входом элемента, Элементыгальванической развязки 13-17 могутвыполняться в виде оптоэлектронныхпар.Датчиками 22 низкого уровня могут являться термопарыили тензометрические датчики, термометры сопро.5тивлення и т.п., включенные по мостовой схеме, Третьим выходом датчика является при этом точка спая эле ментов термопары или средняя точкаисточника питания датчиков, включенных по мостовой схеме. Эта точка соединяется с корпусом изделия,на котором установлены датчики.Источник 7 стабилизированныхтоков может выполняться в виде высокоомных резисторов, включенныхпоследовательно с источником стабильного напряжения, буферныйповторитель 11 представляет собойусилительный каскад с единичнымкоэффициентом передачи выполненный,например, на операционном усилителес полевым транзистором на входе имощным выходом.Для уменьшения влияния наводокот внешних полей и уменьшения паразитных емкостей сигнальных цепейотносительно земли. аналого-цифровойпреобразователь б, аналоговые ключи1 группы, усилители 2 группы, всеотдельные аналоговые ключи 3,5,8 и10, ограничительные элементы 4 и 9,источник 7 стабилизированных токов,буферный повторитель 11, разделительные элементы 19 и коммутатор20 помещаются в изолированный защит- З 5ный экран, подключенный к цепи,объединяющей второй вход аналогоцифрового преобразователя б с третьими входами усилителей 2 группы,выход третьего аналогового ключа 5, 40вход источника 7 стабилизированныхтоков, выход буферного повторителя11 и вторые входи разделительныхэлементов 19, Назовем эту цепь общейшиной. 45Устройство работает следующим образом,По сигналу запуска с регистратора(чаще всего это ЗВИ), поступающего пошинам 27, через блок 25 выбора диапа зона запускается генератор б тактовых импульсов.При поступлении импульса с генера-тора 26 тактовых импульсов на распределитель 18 на одном из выходов распределителя 18 вырабатывается импульс,юкоторый через соответствующий разделительный элемент 19 открывает одиниз ключей коммутатора 20. Пройдя через элемент 23 задержки и второй .элемент 15 гальванической развязкиэтот тактовый импульс закрывает первый 3 и второй 8 аналоговые .ключи,Одновременно этот тактовый импульс через инчертор 24 и третий эле мент галь в аниче ской раз вя з ки 16 з амякает третий аналоговый ключ 5 ичерез четвертый элемент гальванической развязки 17 размыкает четвертыйаналоговый ключ 10. При этом выход-.ной сигнал соответствукщего датчика22 на сннфазном потенциале помехи через один из согласующих элементов21 и коммутатор 20 поступает на объединенные входы усилителей 2 группыи на второй вход буферного повторителя 11. Емкость защитного экранаи проводящих сердечников разделительных элементов 19 на шину нулевогопотенциала 12 (землю) заряжаются досинфазного потенциала подключенногодатчика 22, потенциал общей шиныустанавливается равным синфазному.потенциалу датчика 22, емкости выходных шин коммутатора 20 относительно общей шины остаются разряженными,входные токи усилителей 2 группыи компенсирующие их токи источника7 стабилизированных токов протекаютчерез плавающий на синфазном потенциале датчик 22 и замыкаются черезкорпус иэделия на котором установлены датчики 22, и шину нулевого потенциала 12 на общую шину.По сигналус блока 25 выбора диапазона через элементы 14 гальванической развязкигруппы открывается один из аналоговых ключей 1 группы, подключая выход соответствующего усилителя 2 группы к входу аналого-цифрового преобразователя б. Цифровой код с аналогоцифрового преобразователя 6 через первый элемент гальванической развязки13 поступает на вход блока 25 выбора диапазона и на выходную шину 27устройства.В предлагаемом устройстве повышена точность, так как в нем скомпенсированы входные токи усилителей ипрактически исключена погрешностьот протекания этих токов по изменяющемуся сопротивлению датчиков,так как входной ток усилителей черездатчик в данном случае не протекает,а замыкается на источник стабилизированных.токов,В предлагаемом устройстве такжеповышена помехоустойчивость, так какв нем цепь измерительного трактаизолирована,от земли и привязана кпотенциалу синфазной помехи, чтообеспечивает работу усилителей практически без синАазных помех и устраняет влияние синфазных помех на компенсацию входных токов усилителей. Кроме того, помехоустойчивость предлагаемого устройства повыаена за счет устранения заряда синфазной помехой емкбстей выходных шин коммутатора относительно общей шины, чем знаЧительно ослаблен эффект преобразования синфазной помехи в дифференци"альную, обусловленную разбалансом сопротивлений плеч датчиков и разбалансом емкостей выходных шин коммутатора относительно шины нулевого потенциала.При этом третий аналоговый ключ5 замыкается в момент размыкания первого 3 и второго 8 аналоговых ключей, осуществляя привязку потенциала точки их соединения к потен-циалу общей шины, что предотвращает 1 О накопление параэитного заряда в этой точке, могущего создавать помехи на выходах коммутатора,Кроме того, повышение помехоустой чивости обеспечивает также четвертый аналоговый ключ 10, замякаемый на время размякания ключевых элементов коммутатора 20 и подключающий вход буферного повторителя 11 к шине 12 нулевого потенциала через первый аналоговый ключ 3 и ограничительный эле мент 9.1Наличие третьего 5 и четвертого 10 аналоговых ключей сохраняет быстродействие устройства на уровне нескольких тысяч измерений в секунду, так как предотвращает. наличие в устройстве точек свободного потенци ала; что исключает возможность накопления паразитных зарядов и снижает время протекания переходных процессов, элементы 4 и 9 служат для ограничения токов при замыкании ключей 5 и 10, 35В результате повышения точности и помехоустойчивости предлагаемое устройство обеспечивает повышение дос товеоности регистрируемой или вводимой в ЭВМ аналоговой информации с 4 р датчиков в условиях меняющегося сопротивления датчиков и при наличии синфазных помех.формула изобретенияМногоканальное устройство для вво" да информации, содержащее распредели тель импульсов, выходы которого сое,динены с первыми входами разделитель ных элементов, выходы которых соеди- зо нены с управляющими входами коммутатора, первый и второй выходы которогс соответственно соединены с первыми и вторыми входами усилителей груптщ, выходы которых соединены с информа ционными входами соответствующих аналоговых ключей группы, выходы которых соединены с первым входом аналогоцифрового преобразователя, генератор тактовых импульсов, вход которо- о го соединен с первым выходом блока выбора диапазона, а выход - с входами распределителя импульсов и эле.мента задержки, первый аналоговый ключ, информационный вход которого соединен с первым выходом коммутатора, шину нулевого потенциала идатчики, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения надежности и жмехоустойчивости устройства, в него введены инвертор, второй, третий и четвертый аналоговыеключи, первый, второй, третий и четвертый элементы гальванической развязки и группа элементов гальвани"ческой развязки, буферный повтори"тель, источник стабилизированныхтоков, согласующие элементы и первый и второй ограничительные элементы, причем вторые входы разделитель-ных элементов соединены с вторымвходом аналого-циФрового преобразователя, .с третьими входами усилителей группы, входом источника стабилизированных токов, выходы которого соединены с первым и вторым выходами коммутатора, и с выходомбуферного повторителя, первый входкоторого соединен с шиной нулевогопотенциала, а его второй вход подключен к второму выходу коммутатора, выход первого аналогового ключасоединен с информационным входом второго аналогового ключа и через первый ограничительный элемент с информационным входом третьего аналогового ключа, выход которого соединенс входом источника стабилизированных токов, второй выход коммутаторасоединен с выходом второго аналогового ключа, информационный вход которого через второй ограничительныйэлемент соединен с информационнымвходом четвертого аналогового ключа,выход которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход аналогоцифрового преобразователя через пер"вый элемент гальванической развязкисоединен с входом блока выбора диапазона, управляющие входы первогои второго аналоговых ключей соединены между собой и через второй элемент гальванической развязки подключены к выходу элемента задержки,управляющий вход третьего аналогового ключа через третий элемент гальванической развязки соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу элемента задержки,управляющий вход четвертого аналогового ключачерез четвертый элементгальванической развязки соединен свыходом генератора тактовых импульсов, управляющие входы аналоговыхключей группы через группу элементовгальванической развязки соединенысоответственно с выходами группы блока выбора диапазона, входи согласующнх элементов соединены с вйходами датчиков, а выходы согласующихэлементов подключены к информационным входам коммутатора, выход первого элемента гальванической раз10 1003059 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе"Патент г,ужгород, ул.Проектная, 4 лиал П вязки является выходом устройства,1, Авторское свидетельство СССРФ 374742, кл . Н 03 К 17/56, 1971.2. Авторское свидетельство СССРР 615602, кл. Н 03 К 17/56, 1978