Устройство для логарифмирования отношения сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 С 06 С 7/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СР 2 г. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К А 8 ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(7 1) Специальное конструкторско-технологическое бюро специальной электроники и аналитического приборостроения СО АН СССР(56) Авторское свидетельствб СС У 1112374, кл. С 06 С 7/24, 198Авторское свидетельство СССР В 1112375, кл. С 06 С 7/24, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОГАРИФИРОВАНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может использоваться в фотометрах и спектрофотометрах. Устройство измеряет логарифм отношения (ЛО) сигналов, при этом время измерения не зависит от знака ЛО, а автоматическая компенсация нестабильностей элементов устройства выполняется в ходе цикла изме 801300506 А 1 рения. Работа устройства основана наэкспоненциальном законе разряда емкости через активное сопротивление.Входной сигнал предварительно интегрируется интегратором, затем его емкость разряжается от полученногоуровня П, до некоторого уровня П, авремя разряда измеряется с помощьюсчетчика и тактового генератора. После установки устройства в начальноесостояние второй сигнал также интегрируется и емкость вновь разряжаетсяот уровня 0до П. ЛО вычисляется вмикропроцессорном блоке управлениякак разность этих времен разряда. Впроцессе второго разряда в устройстве дополнительно фиксируются моменты прохождения напряжения на конденсаторе через уровни К и К/ 16, гдеК - калибровочный уровень. Время между этими моментами, пропорциональное18 1/16, используется для вычисленияпоправочного коэффициента, на которыйумножается выходная величина ЛО. 4 ил.1 13Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для использования в электроиэмерительных и информационно-измерительных установках различного назначения, в частности в фотометрах испектрофотометрах.Целью изобретения является сокращение времени измерения и выравнивание времен измерения в случае знакопеременной выходной величины,На фиг.1 изображена функциональная схема предложенного устройства,на фиг.2 - временная диаграмма егоработы для случая, когда отношениесигналов больше единицы (логарифмположительный); на фиг.3 - то же,когда отношение сигналов меньше единицы (логарифм отрицательный); нафиг.4 - блок-схема алгоритма работы блока управления и устройства в целом,Устройство (фиг.1) состоит из усилителя 1 с регулируемым коэффициентом передачи, связанного с ним цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 2 и интегратора 3. Выход интегратора 3соединен с входом компаратора 4, на второй вход которого подключен выход цифроаналогового преобразователя(ЦАП) 5, а выход признака равенствакомпаратора 4 связан с входом запуска счетчиков 6 и 7 и входом внешнихпрерываний блока 9 управления. Насчетные входы счетчиков 6 и 7 поступают тактовые импульсы с блока 9 управления. Кроме этого, выход усилителя 1 соединен с входом компаратора 8, на второй вход которого подается:опорное напряжение П , а выход признака равенства связан с входом внешних прерываний блока 9 управления.Блок 9 управления обеспечивает управление ключами, ЦАП и счетчиками, вьдает цифровой код на ЦАП, получает информацию от компараторов и счетчи -ков. Он состоит из центрального процессора (ЦП) 10, тактового генератора 11, системного контроллера 12,буфера и дешифратора 13 адресов, оперативного 14 (ОЗУ).и постоянного 15(ПЗУ) запоминающих устройств. Управляющие сигналы на операционную частьустройства передаются через универсальный интерфейс 16 вводы-выводы,через такой же интерфейс 17 вьдаетсярезультат измерения, Информация об изменении состояния компаратора передается в ЦП 10 через контроллер 18прерываний, через который все устрой 0050 ь 2ство синхронизируется частотой 50 Гцпитающей сети по сигналам, поступающим от формирователя 19. Системныйконтроллер 12, буфер и дешифратор 13адресов выполняют роль согласователей общей шины и входных и выходныхсигналов ЦП 10.Входы ключей 20 и 21 являются первым и вторым информационными входамиустройства. Выход усилителя 1 с регулируемым коэффициентом передачи черезключ 22 подключен к входу интегратора3, в состав которого входят масштабный резистор Е, интегрирующий конденсатор С, времязадающий резисторК , ключ 23 сброса интегратора, ключ24 разряда интегратора и операционныйусилитель 25.Работа устройства иллюстрируетсяФиг,2 и 3, где:- тактовая частота50 Гц; 8 - сигнал на выходе интегратора; 6 - сигналы на выходе ЦАЛ 5;- сигнал включения ключа 22;сигнал включения ключа 23; е - сигналвключения ключа 24;- разрешениеработы счетчика 7;- разрешениеработы счетчика 6.Предлагаемое устройство работаетследующим образом.30 ЦП 10 работает по программе, хранящейся в ПЭУ 15. Работа блока 9 управления через контроллер 18 прерыванийсинхронизирована с частотой питающейэлектрической сети 50 Гц, что позволяет добиться максимального подавленияпомех, имеющих частоту 50 Гц иликратную ей. До момента , блок управления через ЦАП 2 и компаратор 8 устанавливает такой коэффициент передачи 0 усилителя 1, чтобы уровень сигналаЧ , условно принятого за опорный, наего выходе был ранен опорному напряжению П Это необходимо для того,чтобы основная измерителвная частьустройства работала в оптимальном режиме, Перестройка коэффициента передачи осуществляется па принципу поразрядного уравновешивания (кодирования), т.е. сначала включается старший 50 РазРяд ЦАП, о разности напряжений навыходе элемента 1 и Бкомпараторсигнализирует через контроллер 18прерываний в ЦП 10, последний принимает решение о старшем разряде и под ключает следующий Разряд ЦАПа и т.д,В дальнейшем полученный код сохраняется, тем самым неизменным сохраняется и коэффициент передачи усилителя 1.3 130050После этого по сигналам с интерфейса 16 ключи 20 и 22 замыкаются, 21, 23 и 23 34 - размыкаются и в течение времени С - С интегратор инДтегрирует входное напряжение Ч К моменту С , когда размыкается ключ 22 и интегратор 3 переходит в режим хранения, напряжение на его выходе равно 10 Ска Тц(6) Этот код считывает ЦП 10 и он вычисляет величину(7) . 1Ч = -- -Ч (С- С ).ит.За время С - Сз блок 9 управления, ЦАП 5 и второй компаратор 4 осуществляют аналого-цифровое преобразование этого напряжения, реализуя алгоритмы поразрядного уравновепивания как в первом случае. ЦП 10 вычисляет величину 3/4 от полученного результата Р, и этот код выдает на ЦАП 5. Таким образом, на вход компаратора подается напряжение Чкоип, = 3/4 Чин (2) В момент С включаются ключ 24 и счет эчик 7, напряжение на емкости интегратора падает по экспоненциальному закону, пока не сравняется в момент С с напряжением Ч. В это время счетчик прекращает счет тактовых импуль сов. Время разряда емкости С, определяется выражением-К С 1 п -ф-" (3) Чнмт.35 За это время в счетчик 7.поступит Иимпульсов тактовой частоты к64Ч 2 преобразуется в цифровой код Р. Этот код в ЦП 1 О сравнивается с константой Я, и, если Р(, то код, равный величине Я выдается на ЦАП 5, при этом на вход компаратора 4 с него подается напряжение Чо. В момент Свключается ключ 24 и емкость интегратора начинает разряжаться, в этот же момент включается счетчик 7. Когда напряжение на емкости сравняется с напряжением Ч , срабатывает компаратор 4 (момент С ) и по его сигналу включается счетчик 6, а блок управления выдает на ЦАП 5 код 3/4 Р , т,е. на входе компаратора 4 - напряжение Ч . В момент С компаратор 4 зафиксирует момент равенства напряжений на своих входах и счетчик 7 останавливается. Время его счета равно времени разряда конденсатора от напряжения Ч до Ч или- С = -К С Хп - -- . (5)Ч оЧинт. д За это время счетчик насчитает Мимпульсов, а именно(4) Сх х Т. к и 40 где Т период следования импульсовтактового генератора 11 блока 9 управления.Величина М считывается со счетчиках7 и запоминается в блоке 9 управления, а счетчик 7 обнуляется.К моменту С интегратор 3 приводится в исходное состояние ключом 23, а во время С- С интегрируется второй входной сигнал. К моменту С напО ряжение на выходе интегратора 3 равноЧ= --- Ч(С-С)1инта К С 1 6 5 После преобразований и подстановкивеличин Ч и Ч,. получимК С ЧЯ= -- 1 п-Фт.е. искомую величину, так как ЧЧЭвеличина Х положительна,За время С - С, ЦП 10 выдает на ЦАП 5 новый код С, равный 1/16 ( т.е. на вход компаратора подается напряжение Ч = 1/16 Чк . В моментФкаС вновь наступает равенство напряжений на входе, и компаратор прерывает работу счетчика 6, который работал время С = С - С . Так как эток о авремя равно времени разряда от напряжения Чц до Ч , той кс=-к с 1 п-к=-к с 1 п 1/16.Ч(13)25 5Счетчик 6 за это время насчитал Ькимпульсов, а именно- 1 п 1/16 (10)В СТ, Тф К С И И 2к (11) Т 1 п 1/16 1 п 16 Подставляя это выражение в формулу8, получим т.е, величину, не зависящую от значе ний времязадающих параметров К , К С и Т.В соответствии с этим после момента й, ЦП 10 вычисляет поправочный коэффициент И =-- , после чегоЕ,1 п 16 получается выходная величина Таким образом, в результате авто- калибровки, которая выполняется в то же время, что и собственно измерение, получается результирующий код, не зависящий от воздействия дестабилизации 30 факторов (температуры, старения и пр,) на времязадающие цепи.Отметим, что в момент Т код 3/4 Р сравнивается с величинами Я, и Ц в случае их примерного равенства калиб ровка запрещается, так как моменты (С , з) или С , С попарно сближают ся, что может привести к неоднозначности работы схемы, В случае, если Я3/4 Р, калибровка также запре- ф щается и в расчетах участвует старый калибровочный коэффициент.В случае, когда Ч, ) Ч , т.е. результат преобразования в соответ-. 45 ствии с (7) получается отрицательным, устройство работает аналогично описанному. На фиг.З показан случай, когда 3/4 Р, примерно равно О, и. калибровка запрещена. Кроме этого, ког да величина 3/4 Р, равна или превосходит величину Р , (это анализируется в момент С), измерение вообше не производится, так как величинах в (5) в этом случае принимает отрицательное значение, В таком случае результату присваивается максимально возможное отрицательное значение. Если же величина 3/4 Р, близка к нулю, измерение также не производится,так как при этом время С в (5)стремится к со и результату присваивается максимальное значение.Полученный результат через интерФейс 17 передается на выход устройства, причем отрицательное значениевыдается в виде абсолютной величинысо знаком. После выдачи результатаработа устройства повторяется.Как было указано, блок 9 управления работает по программе, хранящейсяв ПЗУ. Блок-схема программы соответствует алгоритму работы устройства,приведенному на фиг.4, за тем исключением, что во время интегрирования(1 -) или приведения устройства висходное состояние (1, - ,) и в некоторые другие моменты ЦП 10 не выполняет активных действий и находится всостоянииСтоп" - в ожидании прерывания, которое приходит либо по сиг налам 50 Гц, либо про сигналам с компараторов. Отметим, что в моментыи б 7 прерывания от компаратора 4 маскируются, в другие моменты времени маскируются прерыванияот компараторов 8.Таким образом, предлагаемое устройство характеризуется сокращеннымциклом работы, так как период автокалибровки совмещен с собственнопреобразованием, и оно работает посокращенной единой программе независимо от того, больше или меньше единицы отношение входных сигналов,т.е. нри знакопеременной выходнойвеличине.Предлагаемое устройство можетиметь отрицательный диапазон (до 1 О 80% от положительного), однако коэффициент 3/4 в формуле (2), определяющий величину отрицательного диапазона ( 10%), выбран из соображений оптимальных режимов работы элементов,влияющих на погрешности преобразования,Формула изббретения Устройство для логарифмирования отношения сигналов, содержащее три ключа, усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, интегратор, первый компаратор, первый и второй счетчики и бпок управления, причем информационные входы первого и второго ключей являются первым и вторым информационными входами устройства1300выходы первого и второго ключей подключены к информационному входу усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого подключен через третий ключ к информационному входу интегратора, выход которого подключен к первому входу первого койпаратора, выход признака равенства которого подключен к входу запуска первого счетчика, выход которого подключен к первому входу задания интервала времени блока управления, с первого по шестой управляющие выходы которого подключены к управляющим входам с первого по третий клю чей, к входу сброса интегратора и к входам начальной установки первого и второго счетчиков соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени измерения 20 и выравнивания времени измерения в случае знакопеременной выходной величины, в него введены первый и второй цифроаналоговые преобразователи и второй компаратор, причем информаци онный выход блока управления является выходом измеряемой величины устройства, первый выход задания константы блока управления подключен к входу первого цифрбаналогового преоб506 8разователя, выход которого подключен к входу задания коэффициента передачи усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого подключен к первому входу второго компаратора, выход признака равенства которого подключен к первому входу внешних прерываний блока управления, второй вход второго компаратора является входом опорного напряжения устройства, второй выход задания константы блока управления подключен к информационному входу второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу первого компаратора, выход признака равенства которого подключен к второму входу внешних прерываний блока управления и входу запуска второго счетчика, выходы которого подключены к второму входу задания интервала времени блока управления, счетные входы первого и второго счетчиков подключены к выходу тактовых импульсов блока управления, с седьмого по девятый управляющие выходы которого подключены к входу управления разрядом интегратора и входам разрешения запуска первого и второго счетчиков соответственно.1300506 гк г,гггу,г Фиг Ф оставитель А.Вишиехред М,Ходанич Корректор О,Луговая енно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,оизв едактор М.Келемеш аказ 1151/49 Тираж 6/3 Подпис НИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб.,