Устройство для формирования напряжения, пропорционального логарифму интервала времени

3869 А 9) ИИ РЕСПУ 6 ЗСЮ С 01 й 23 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ Е ИЗОБРЕТЕНИ ОПИСАН К АВТОРСКОМ ЬСТ(21) 3257803/18-21 начала и конца измерения соединены с (22) 09.03.81 входами устройства, о т л и ч а ю- (46) 23.04.83. Бюл. 9 15 щ е е с я тем, что, с целью расши- (72) А.В.Богословский рения функциональных возможностей, (71) Киевский институт, автоматики , в .формирователь характеристики логаим.ХХЧ съезда КПСС рифма введен генератор импульсов (53) 621317(088.8) эталонной частоты, выход которого со(56) 1. Авторское свидетельство СССР единен с вторым входом элемента И, а 9 516967, кл, 8 01 К 23/06, 1974. формирователь мантиссы логарифма вы-. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ полнен в виде управляемого резистнв- НАПРЯЖЕНИЯ, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ЛОГАРИФ- ного делителя, средняя точка которого Му ИНТЕРВАЛА ВРЕИЕНИ, содержащее блок соединена через ключ с входом опера- управления, формирователь характерис- . ционного усилителя, выход которого тики логарифма, формирователь мантис- через параллельное соединение М цепей сы логарифма, блок суммирования, пер- из последовательно включенных резисвый вход которого соединен с выходом торов и ключей соединен о входом ининтегратора формирователя мантиссы тегратора с параллельно включенными Е логарифма, а второй вход соединен с М конденсаторами и ключами сброса, выходом преобразователя код-аналогпричем управляющие входы .ключей сброформирователя характеристики логариф- са соединены с вторим выходом блока ма, третий вход соединен с первым управления,.управляющие входы ключей С, выходом блока управления, первый вы- К реэистивных цепей соединены с вхо.- ход которого соединен через-элемент дами преобразователя код-.аналог, а Ы И со счетным входом счетчика форми-. управляющий вход ключа операционного рователя характеристики логарифма, а усилителя соединен с третьим выходом второй выход соединен с входом сбро- блока управления, два плеча управля- ф са упомянутого счетчика, третий выход емого реэистивногоделителя образовасоединен с управляющим входом логи- ны постоянно включенными. резисторами ческого блока формирователя характе- и подключенными параллельно им через фф ристики логарифма, причем выходы счетчи- ключи управляемым компаратором,дополка формирователя характеристики лога- нительными резисторами, первый вход ,фф рифма через логический блок Формирова- компаратора соединен с выходом ин-. ф) теля характеристики логарифма соединены тегратора, с первым входом управляе- щ с входами преобразователя код-аналог, мого реэистивного делителя, второй управляющий выход упомянутого логи- вход которого соединен с источником ческого блока соединен с одним из опорного напряжения, при этом. второй вхрдов блока управления, два других вход компаратора является установочвхода которого через формирователи ным.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования сигналов датчиков интервалов времени в аналоговый сигнал.Известно устройство для формирова ния напряжения, пропорционального логарифму частоты импульсов, содержащее блок управления, формирователи характеристики и мантиссы логарифма, соединенные с блоком суммирования 11. 10Однако известное устройство не позволяет обрабатывать единичные интервалы.Цепь изобретения - расширение функциональных возможностей. 15Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования напряжения, пропорционального логарифму интервала времени, содержащее блок управления, формирователь характеристики логарифма, формирователь мантиссы логарифма, блок суммирования, первый вход которого соединен с выходом интегратора формирователя мантиссы логарифма, а второй вход соединен с выходом преобразователя код-аналог формирователя характеристики логарифма, третий вход соединен с первым выходом блока управления, первый выход которого соединен через элемент И со счетным входом 30 счетчика фор."ирователя характеристики логарифма, а второй выход соединен с входом сброса упомянутого счетчика, третий выход соединен с управляющим входом логического блока Формирова теля характеристики логарифма, причем выходы счетчика Формирователя характеристики логарифма через логический блок формирователя характеристики логарифма соединены с входами преобра О эователя код-аналог, управляющий выход упомянутого логического блока соединен с одним из входов блока управления, два других входа которого через Формирователи начала и конца из мерения соединены с входами устройст 45 ва, в формирователь характеристики логарифма введен генератор импульсов эталонной частоты, выход которого соединен с вторым входом элемента И, а Формирователь мантиссы логарифма выполнен в виде управляемого резистивного делителя, средняя точка которого соединена через ключ с входом операционного усилителя, выход кото-, рого через параллельное соединение Й цепей из последовательно включенных резисторов и ключей соединен с входом интегратора с параллельно включенными й конденсаторами и ключами сброса, причем управляющие входы ключей сброса соединены с вторым выходом блока управления, управляющие входы ключей М резистивных цепей соединены с входами преобразователя код-аналог, а управляющий вход ключа операционного усилителя соединен с третьим выходом блока управления, два плеча управляемого реэистивного делителя образованы постоянно включенными резисгорами и подключенными параллельно им через ключи управляемым комгаратором дополнительными резисторами, первый вход компаратора соединен с выходом интегратора, с первым входом управляемого резистивного делителя, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения,при этом второй вход компаратора является установочным.На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для формирования напряжения, пропорционального логарифму интервала времени; на фиг.2 - временная диаграмма работы устройства.Устройство для формирования на.пряжения, пропорционального логарифму интервала времени содержит входной блок 1, включающий Формирователь 2 начала измерения, Формирователь 3 конца измерения, блок 4 управления формирователь 5 характеристики логарифма, включающий элемент И 6, генератор 7 высокочастотных импульсов эталонной частоты, счетчик 8, логический блок 9, преобразователь 10 код-аналог, Формирователь 11 мантиссы логарифма, включающий ключи 12-15, источник 16 опорного напряжения, резистор 17, ключ 18, операционный усилитель 19, резистор 20, ключ 21, резисторы 22-24, ключ 25, компаратор 26, источник 27 стабильного напряжения, резисторы 28-29, интегратор 30 конденсаторы 31-32, блок 33 суммирования, включающий резистор 34, ключ 35, резистор 36, операционный усилитель 37, конденсатор 38, Резисторы 17, 20, 23, 24, ключи 21 и 25 образуют управляемлй резистивный делитель., Работа устройства может быть раз -бита на 4 такта (фиг.2),-с - с момента поступления начального импульса до момента поступления импульса, соответствующего концу измеряемого интервала,с-с 2 - с момента поступления импульса, соответствующегоконцу измеряемого интервала времени, до момента,когда на вход счетчика 8поступит импульс от генератора 7, имеющий номерМ 2 ., где и - целое число.с 2-с - с момента поступления навход счетчика 8 импульса8=2" до момента окончанияперезаписи информации вблок 33 суммирования и запоминания. Интервал3 спостоянен и огределяетсяпараметрами устройства.с -с - с момента окончания переэ +записи измерительной информации до момента окончания подготовки к работе 5в следующем измерительномцикле. Интервал с 3-с постоянен и определяетсявременем, необходимым дляподготовки устройства.При поступлении на вход формирователя 2 импульса, соответствующего началу измеряемого интервала, он срабатывает и через блок 4 подает логическую "единицу" на элемент И 6. 15 После этого импульсы с выхода генератора 7, имеюцие частоту повторения1н ачин ают поступ ат ь на счетчико8, который был предварительно установлен в нулевое исходное состояние. Счетчик 8 управляет логическим блоком 9, который построен так, что на одном из его выходов формируется логическая "единица". Это происходит тогда, когда в счетчик 8 двоичным кодом записано число, большее или равное 2 и меньшее, чем 2Сигналы с выходов логического блока 9 поступают на входы преобразователя код-аналог 10 и устанавливают его в положение, при котором его выходной ток будет равен пЪ . Те же сигналы, замыкая соответствующий ключ из группы 14-15, подключают ко входу интегратора 30 цепь, состоящую из резистора, входящего в группу 28- 35 29, исоединенного с ним конденсатора из группы 31-32. Постоянная времени включенной ЙС -цепи выбирается равной с Т 2 , где еС р постоянныйи. коэффициент. 40При поступлении импульса, соответствующего концу измеряемого интервала, срабатывает формирователь 3 и через блок 4 включает ключ 18. Воздействук. через управляющий вход блока 9, блок 4 подготавливает его к срабатыванию при поступлении на счетчик 8 импульса, имеющего номер 2После включения ключа 18 на вход операционного усилителя 19 через резистор 17 начинает поступать постоянный ток от источника 16 опорного напряжения. На выходе усилителя 19 устанавливается начальное напряжение 09, под действием которого напряжение Оэо на выходе интегратора 30 начинает возрастать. Начальная скорость нарастания напряжения определяется опорным напряжением и постоянной времени подключенной яг в , цепи, сос- . тоящейиз резистора, вхсдящего в 60 группу 28-29, и конденсатора, входящего в группу 31-32. Вследствие положительной обратной связи с выхода интегратора 30 на вход операционногоусилителя 19 напряжение Оэо будет 65 н араст ат ь со все увеличи вающейся скоростью. Процесс продолжается до поступления на вход счетчика 8 импульса, имеющего И =2 , после чего ключ 18 и ключ из группы 14-15 отключается. В результате интегратор 30 переводится в режим запоминания. Одновременно под действием сигнала, поступающего с блока 4, замыкается ключ 35 блока 33. При этом информация, поступающая с выхода интегратора 30 и с выхода преобразователя код-аналог 10, суммируется и перезаписывается в блок 33 и, после отключения ключа 35, запоминается. Отключение ключа 35 осуществляется по команде блока 4, выдаваемой по истечении времени, которое достаточно для перезаписи.Затем блок 4 выдает команду на ус- тановку счетчика 8 в исходное нулевое состояние и включение ключей 12-13, предназначенных для разряда конденса- торов 31-32. По истечении заданного времени сигнал "Установки на фноль" снимается и устройство переводится в режим ожидания очередного начального импульса для работы в следующемизмерительном цикле.Компаратор 26 совместно с источником 27 стабильного напряжения резисторами 20 и 24 ключами 21 и 25 корректирует. характеристику интегратора, уменьшая погрешность формирования мантиссы.Математические соотношения, лежацие в основе действия устройства.Примем следующие обозначения:частота следования импульсовна выходе генератора 7;Т - период следования импульсовна выходе генератора 7;Т - время между начальным и конечным импульсами измеряемогоинтервала;8 - время с момента поступленияконечного импульса до моментапоступления на вход счетчика8 импульса с номером 2 ;РЬ - символ бинарного при основании 2 ) логарифма)Т - интервал времени, принятыйэа условную единицупостоянная времени РС -цепиинтегратора;8 - масштабный коэффициент в формулеО:8 РЬ тТ 1 которая о писыв ает но мин аль ную ст атическую характеристику устройстра.Как следует из диаграммы фиг.2), время преобразования без учета времени перезаписи и подготовкистройства к работе в следующем измерительном цикле равно Т 2".0С другой стороны, оно равно Т+О.Поэтому можно записатьТ+8=То 2 ф 12)3 1013869,б Т и 6 - =2 1-напряжение источника опорно. т,2"го напряжения ,и, после элементарных преобразований, получить6 , Для упрощения выкладок цепи, свя- фЬ Т ="+и , ф) ,эанные с компаратором 26, не рассмато , 5 риваются. учитывая, что сумма токовна входе интегрирующего операционно- Аргумент О функции, Т 2го усилителя 30 равна нулю, запишем меняется в пределах от 0 до То 2 1. 19 зо010 +С =О. (8) пои этом выражение 1,.стоящеей 3 Ф, 2 То, Подставив в 8) 01 э из 17), попод знаком бинарного логариФма, изме- лучаем дифферен и . няется от 1 до 0,5, а функция У - отлучаем ди еренциальное уравнение нуля до минус единицы.15 1 22 30 22 зо Устройство должно формировать на С Ь -О, (9)+ выходе напряжение 0 , связанное сП 23 длительностью измеряемого интервала . которое при начальных условиях О о)= соотношением 1), которое можно перв- =0 имеет решениеЗозаписать такО=ВЕЙ - +ЕЬ -. (6)ЯПоПодставив в (5) выражение ОЬ.- из4 ), получим Т о, где Р 11. К 22. Кдъ - сопротивление ре25, эисторов 17, 22,23 ),)=В и+01- +8 2 Т иСпостоянная времео22 ни интег ато а16 ) следует, чт для полученияни интегратора, ) необходимо сформировать напряжения учитывающая коэффициент передачи операктеристике бинарьное ха- Как видно, схема формирует напряного логарифма;жение, изменяющееся по экспоненциаль 3 5ному закону с положительным показатепропорциональноеВ лем.-ВВЬ 1 в мантиссе бинарного Т 2 о .логариФма; ненни 0 в пределах от 0 дое О постоянное напряже- , о "., . и ппрокт 2 п ) нкцияУ=8 Ь 1-а ние, величина кото 2 рого зависит от выб- Ф -9 раиной частоты эаполсимируется функцией:С 1-р ) при няющих импульсов иА величины интервала . Условии, что Т =0,7285 и С=1,01374. принятого за единицу Ошибка аппроксимации не превышает Напряжение О формируется с по,5. Ошибку аппроксимации можно1 мощью преобразователя код-аналог 10 45 Уменьшить в 5-10 раз, если Функциюи блока 33. Напряжение 02 вырабатывается Формирователем 11 мантиссы.Т 2 ппредставлять двумя эксНап яжение О а ряжение О 3 формируется путем по- понентами сразными параметрами и, о дачи постоянного смещения на вход переходом с одной экспоненты на дру 50 гую в середине участка т.е. приНапряжение 02 снимается с выхода ЩХ 2 п =1/4. Переключенйе экспонент интегратора 30. Оно пропорционально выполияет компаратор 26, управляющий интегралу напряжения на выходе опера- . ключами 21 и 25. ционного усилителя 19, взятому эа Изобретение может быть эффективвремя с момента замыкания ключа 18 55 но использовано, в частности, прию а иэ гРУПпы 14 15, и обратноавтоматизации специальных газодинамиоропорционально постоянной времени ческих научно-исследовательских устай с, где Р - сопротивление резистора новок, в. которых датчики основных из группы 28-29, а С - емкость кон-технологических параметров имеют час- Р гРУппы 3 3 , соединен- ,60 .тотно-импульсный или время-импульсныйым ключом из РУппы 14- выход и должны обеспечить высокую Чые с замкнутым ключом из г уппы 15. Напряжение О определяется из19 точность и высокое быстродействие в выражения0 е О. широком диапазоне изменения регулирук + - +:О (7) 1 Я . 1 0емых параметров .и динамических харакЪ22 11 2 Ъ 65 теристик объектов управления.