Функциональный преобразователь

(19) (И) з(я) О 06 6 7/26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия ВеликойОктябрьской социалистическоч революции(54)(57) ФУНКЦИОНАЛЬНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, .содержащий источник эталонногонапряжения, подключенный первым выходом к сигнальному входу первогоключа соединенного выходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборкихранения, подключенного выходом кинформационному входу преобразователя напряжения. в длительность импульса, выход которого соединен с первымуправляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьегоключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом - к второму входу интегратора, причемсчетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающегогенератора, подключенного вторымвыходом к входу опорной частоты блока синхронизации, выходы которогосоединены с управляющими входамипервого и второго ключей, блока выборки-хранения и преобразователя напряжения в длительность импульса ис вторым управляющим входом выходного счетчика соответственно, а выходпервого ключа подключен к первойобкладке измерительного конденсатора,соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя, о т л и ч а ю-щ и й с я тем, что, с целью расшире-,ния класса воспроизводимых функцийи повышения быстродействия функционального преобразователя, в него до- Яполнительно введены коммутатор, распределитель импульсов и масштабирующая резисторная матрица, подключеннаявыходом к первому входу интегратора,а входами - к выходам коммутатора,соединенного информационными входами с выходами источника эталонногонапряжения, а управляющими входамис выходами распределителя импульсов,подключенного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя напряжения ф,в длительность импульса.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике,в частности к устройствам для функционального преобразования, и можетбыть использовано при построении 5информационно-измерительных системи систем автоматического контроля.Известен Функциональный преобразователь, содержащий источник эталонного напряжения, ключи, конденсаторы, интегратор, блок выборки-хранения и блок синхронизации 1.13.Известен также Функциональныйпреобразователь, содержащий источникэталонного напряжения, ключи, конденсаторы, интеграторы, блоки выборки-хранения, блок вычитания,масштабный преобразователь и блоксинхронизации 23.Недостатком известных преобразователей является ограниченностьФункциональных возможностей, таккак они не могут быть использованыдля прямого преобразования электри-.ческой емкости в цифровой код. 25Наиболее близким к предлагаемомуявляется Функциональный преобразователь, содержаший источник эталонного напряжения, подключенный первым выходом к сигнальному входу пер З 0вого ключа, соединенного выходомс сигнальным входом второго ключа,подключенного выходом к первомувходу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блокавыборки-хранения, подключенноговыходом к информационному входупреобразователя напряжения в длительность импульса, выход которого соединен с первым управляющим входомвыходного счетчика и с управляющимвходом третьего ключа, подключенногосигнальным входом к второму выходуисточника эталонного напряжения,а выходом - к второму входу интегратора, причем счетный (суммирующий).вход выходного счетчика соединен спервым выходом задающего генератора,подключенного вторым выходом квходу опорной частоты блока синхронизации, выходы которого соединеныс управляющими входами первого и второго ключей, блока выборки-храненияи преобразователя напряжения в длительность импульса и с вторым управляющим входом выходного счетчика 55соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулево. го потенциала функционального преобразователя, причем вычитающий вход выходного счетчика подключен через делитель частоты к третьему выходу задающего генератора, Блок синхронизации содержит формировательвременных сдвигов, счетчик-делитель частоты, дешифратор и элементы И и ИЛИ.Известный функциональный преобразователь позволяет осуществлять прямое преобразование емкости конденсатора в цифровой код с одновременной коррекцией погрешностей от токов утечки ключей и измерительного конденсатора ГЗ 3.Однако разделение работы на два этапа уменьшает быстродействие преобразователя по крайней мере в два раза, Кроме того, недостатком функционального преобразователя является оГраниченность класса воспроизводимых функций, не позволяющая произвводить линеаризацию характеристик различного рода емкостных датчиков которые находят применение в информационного-измерительных системах.Цель изобретения - расширение класса воспроизводимых функций и повышение быстродействия функционального преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобра-. зователь, содержащий источник эталонного напряжения, подключенный первым выходом к сигнальному входу первого ключа, соединенного вы- ходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборки-хранения, подключенного выходом к информационному входу преобразователя напряжения в длительность импульса, выход которого соединен с первым управляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом - к второмУ входу интегратора, причем счетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхронизации, выходы которого соединеныс управляющими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранения и преобразователя напряжения в длительность импульса и с вторым управляющим входом выходного счетчи ка соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального 1 О преобразователя, дополнительно введены коммутатор, распределитель импульсов и масштабирующая резисторная матрица, подключенная выходом к первому входу интегратора, а входами - 15 к выходам коммутатора, соединенного информационными входами с выходами источника эталонного напряжения, а управляющими входами - с выходами распределителя импульсов, подключен- гО ного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя напряжения в длительность импульса, г 5На фиг.1 изображена блок-схема функционального преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Функциональный преобразователь содержит источник 1 эталонного напряжения; первый 2 и второй 3 ключи интегратор 4, блок 5 выборки-хранения, преобразователь 6 напряжения в длительность импульса, третий 35 ключ 7., блок 8 синхронизации, задающий генератор 9, измерительный конденсатор 10, коммутатор 11, масштабирующую резисторную матрицу 12, распределитель 13 импульсов и выход ной счетчик 14. Блок 8 синхронизации содержит счетчики 15 и 16 и дешифратор 17.Источник 1 эталонного напряжения подключен первым выходом к сигналь ному входу ключа 2, соединенного выходом с сигнальным входом ключа 3. Ключ 3 подключен выходом к первому входу интегратора 4, соединенного выходом с информационным входом бло ка 5 выборки-хранения, Блок 5 подключен выходом к информационному входу преобразователя 6 напряжения в длительность импульсов, соединенного выходом с первым управояющим вхо дом выходного счетчика 14 и с управляющим входом ключа 7. Ключ 7 подкл.очен сигнальным входом к второму выходу источника 1 эталонного напряжения, а выходом - к второму входу интегратора 4.Гчетный вход счетчика 14 соединен с первым выходом задающего генератора 9, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока 8 синхронизации. Выходы блока 8 соединены с управляющими входами ключей 2 и 3, блока 5 выборки-хранения, преобразователя 6 и с вторым управляющий входом счетчика 14 соответственно. Выход ключа 2 подключен к первой обкладке измерительного конденсатора 10, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя. Резисторная матрица 12 подключена выходом к первому входу интегратора 4, а входами - к выходам коммутатора 11, соединенного информационными входами с выходами источника 1 эталонного напряжения, а управляющими входами - с выходами распределителя 13 импульсов. Входы распределителя 13 подключены к группе выходов блока 8 синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя 6.Функциональный преобразователь работает циклично. В каждом цикле осуществляется: заряд конденсатора 10 от источника 1 эталонного напряжения (положительной полярности +Ер) через ключ 2 с последующим разрядом его на интегратор 4 через ключ 3; интегрирование интегратором 4 отрицательного напряжения -Ео источника 1 эталонного напряжения, поступающего через ключ 7 в течение времени Т, пропорционального напряжению на выходе блока 5 выборки-хранения; поочередное подключение каждого из резисторов матрицы 12 при помощи коммутатора 11 к источнику 1 эталонного напряжения (положительной или отрицательной полярности) на время, задаваемое распределителем 13 импульсов, выборка выходного напряжения интегратора 4 блоком 5 выборки-хранения с последующим запоминанием в течение времени цикла Т, подсчет счетчиком 14 импульсов задающего генератора 9 в течение време" " ни Тх.Поочередное подключение каждого из резисторов матрицы 12 к источнику 1 эталонного напряжения осуществляется при помощи коммутатора 11, 1107138управляемого распределителем 13 импульсов, который может представлять собой, например, дешифратор. Подключение резистивной матрицы 12 прекращается по окончании интервала времени Тм.На фиг.2 в качестве примеров приведены временные диаграммы токов: 1 т - ток через реэистор Р интегратора 4 за время Т, 3 с - ток разряда конденсатора 10, Д, Дрлл 2В токи, поступающие на первый вход интегратора 4 соответственно через резисторы 1 л, , ,матрицы 12 при заданной емкости С = С л (в рассматри ваемом случае число резисторов в матрице 12 - восемь). Не зачернены импульсы тока, соответствующие значению С(Сх ( Сн,ахл а также приведены кривые функциональной зависимости кода йх на выходе преобразователя от входного параметра Р емкостного датчика, играющего роль конденсатора Сх. кривая 1 идеальная, 2 - без линеаризации, 3 с линеаризацией. В данном случае требуемая функциональная зависимость получена с помощью кусочно-линейной аппроксимации, имеющей восемь участков. В зависимости от угла наклона каждого участка кривой выбирается сопротив ЗО ление резистора и полярность подключаемого к нему напряжения. Протяженность участка определяется временем подключения соответствующего резистора. 35В установившемся режиме, который наступает в функциональном преобразователе по истечении нескольких циклов (4-6 циклов), код на выходе счетчика 14 определяется из следующего 40 выражения, получаемого из условия баланса зарядов интегратора 4; Йьлхф 1 ЯоСх+1 о 1 Е (1 Ъ-Ю Ь 1 ОМ. )ф 81 Ьм 1 к 1Ео л 1 ъ 2где Е - напряжение источника 1 эталонного напряженияочастота задающего генератора, сопротивление интегратора4 на втором входе (входе компенсации);напряжение источника 1 эталонного напряжения (+Е илиа-Ео), подключенного к ъ -мурезистору матрицы 12,сопротивление (,-го резистор:матрицы 12,время от начала интервалакомпенсации Тх до р, -гоучастка аппроксимации;знаковая функция зе х Г+1 при х)0,з 18 пх-1 при хс 0 Кроме того, преимуществом функционального преобразователя является повышение быстродействия (по:.крайней мере в 2-3 раза) за счет снижения длительности и цйкла работы и сокращения этапов уравновешивания до одного при сохранении погрешности преобразования на прежнем уровне; причем возникающая при снижении длительностй цикла работы собственная нелинейность преобразователя может быть линеаризована соответствующим выбором параметров резисторов матрицы 12, позволяющим также минимизировать погрешности от токов утечки измерительного конденсатора и ключей. Таким образом, предлагаемый функциональный преобразователь за счет соответствующего подбора резисторов матрицы 12 может воспроизводить различные функциональные зависимости, задаваемьк с требуемой точностью соответствующим числом участков кусочно-линейной аппроксимации, и, в частности, может быть использован для линеаризации характеристик емкостных датчиков. При этом матрица 12 может быть выполнена в виде сменного блока, в результате чего упрощается перестройка преобразования при смене вида воспроизводимой функции.1107138 т с ректор И.Шулла 5761/35 ИИПИ Го по дел 3035, Мраж б 99 нного к За писно итета СССткрытий арст изоб тении и о 35, Раушс наб.,ква,илиал Ха РЮ 87 1 Составитель С. КазиновРедактор С. Пекарь Техред Т. Маточка ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна