Устройство для кодирования сигналов частотных датчиков

(19 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВ33 Н.В,Оси(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ(57) Изобретение относится к областиавтоматики и измерительной техники иможет быть использовано для кодирования непрерывных неэлектрическихвеличин. Цель изобретения - повышениточности. Устройство содержит диффе,ренциальный частотный датчик 1 физического параметра, блок 2 формиро13 вания временных интервалов, и+1-разрядный реверсивный счетчик 3, блок 4 линеаризации, блок 5 управления, датчик 6 дестабилизирующего Фактора, аналого-цифровой преобразователь 7, два блока 8, 9 перепрограммируемых запоминающих устройств и параллельный и-разрядный сумматор 10, Блок 2 формирования временных интервалов выполнен на генераторе 11 опорной частоты, двух Формирователях 12, 13 временных интервалов и коммутаторе 14, а Формирователи 12, 13 включают в себя шесть элементов И 15-20, три триггера 21, 22, 23 и делитель 24 частоты, Блок 5 управления выполнен на счетчике 25, дешифраторе 26, элементе И 27, формирователе 28 импуль 36246сов, элементе ИЛИ 29 и элементе 30 задержки. Введение в состав устройства датчика 6 дестабилизирующего фактора, аналого-цифрового преобразователя 7 и двух блоков 8, 9 перепрограммируемых запоминающих устройств позволяет повысить точность кодирования в условиях воздействия дестабилизирующего Фактора, а введение параллельного п-разрядного сумматора 10 позволяет осуществить компенсацию дрейфа нуля дифференциального частотного датчика 1 Физического параметра, Выполнение преобразования частоты в код по принципу измерения разности периодов входных частот обеспечивает стабилизацию коэффициента преобразования частоты в код, 3 з.п. ф-лы 1 ил.15 20 30 Изобретение относится к автоматике иизмерительной технике и может быть использовано для кодирования непрерывных неэлектрических величин.Цель изобретения - повышение точности кодирования.На чертеже представлена функциональная схема устройства. устройство содержит дифференциальный частотный датчик 1 физического параметра, блок 2 формирования временных интервалов (и+1)-разрядный реверсивный счетчик 3, блок 4 линеаризации, блок 5 управления, датчик 6 дестабилизирующего фактора, аналогоцифровой преобразователь 7, два блока 8 и 9 перепрограммируемых запоминающих устройств и параллельный п-разрядный сумматор 10. Блок 2 формирования временных интервалов выполнен на генераторе 11 опорной частоты, двух формирователях 12 и 13 временных интервалов и коммутаторе 14, а формирователи 12 и 13 временных интервалов включают в себя шесть элементов И 15-20, три триггера 21-23 и делитель 24 частоты. Блок 5 управления выполнен на счетчике 25, дешифраторе 26, элементе И 27, формирователе 28 импульсов, элементе ИЛИ 29 и элементе 30 задержки. Устройство для кодирования сигналов частотных датчиков работает следующим образомВ исходном состоянии (и+1)-разрядный реверсивный счетчик 3, код на выходе которого функционально (в общем случае нелинейно) связан с частотой на выходе датчика 1, обнулен, В блоке 2 Формирования временных интервалов выполнены начальные установки и занесено по входам записи число, хранящееся (по определенному адресу) в блоке 8 перепрограммируемых запоминающих устройств (ППЗУ). В блок 4 линеаризации по вторым информационным входам занесено число, равноесумме чисел, хранящихся в блоке 9ППЗУ и в запоминающем устройстве блока 4 линеаризации. При этом значениячисел, хранящихся в блоке 8 ППЗУ,равны тарировочным значениям величины изменения коэффициента передачитракта физическая величина-код, т.е.величине отклонения крутизны выходной характеристики от номинальной привоздействии дестабилизирующего фактора. Величины чисел, хранящихся взапоминающем устройстве блока 4 линеаризации, равны значениям кодов вузлах интерполяции амплитудной характеристики устройства, и также эначениям кодов, задающих угол наклона3 13362 интерполяции, при отсутствии влияния дестабилизирующего Фактора. Пля этого весь диапазон измерения физического параметра разбивают на участки интерполяции одинаковой величины. 5 Для каждого такого участка определяются и записываются в запоминающее устройство три кода, а именно: коды узловой компенсации, устраняющие нелинейность в начале каждого участка интерполяции с помощью увеличения или уменьшения значений выходных кодов реверсивного счетчика 3 на величину кодов, являющихся постоянными заставками для каждого участка интерполяции; коды коэффициентов интерполяции, численно равные разности между последующим и предыдущим значениями кодов узловой компенсации и уменьшающие нелинейность внутри каждого участка; "Лог. О", или "Лог. 1" указывающие соответственно на положительное (сложение) или отрицательное (вычитание) направление воздействия25 кодов коэффициентов интерполяции на коды узловой компенсации внутри одноименных участков. Величины чисел, хранящихся в блоке 9 ППЗУ, равны тарировочным значениям кодов, на которые необходимо сдвигать параллельно самой себе амплитудную характеристику устройства при воздействии дестабилизирующего фактора.В процессе кодирования сигналов частотного датчика 1 физического па раметра блок 2 Формирования временных интервалов преобразует приращение физического параметра относительно номинального значения во временной интервал, пропорциональный указанному 4 О приращению, который заполняется импульсами опорной частоты. В зависимости от знака приращения физического параметра импульсы с выхода блока 2 поступают либо на суммирующий, либо 45 вычитающий входы (и+1)-разрядного реверсивного счетчика 3. При этом в и разрядов счетчика 3 записывается значение кода, пропорциональное приращению физического параметра, а в 50 (и+1)-ом разряде записывается информация о знаке приращения. Сформированный таким образом код поступает на первые информационные входы блока 4 линеаризации, в котором осуществляет ся аппроксимация нелинейной амплитудной характеристики устройства в виде линейно-ломаной кривой методом кусочно-линейной интерполяции. 46 4При воздействии дестабилизирующе- го фактора его значение измеряется датчиком 6 и преобразуется в код аналого-цифровым преобразователем 7. Код на выходе преобразователя 7 является адресным для блоков 8 и 9 ППЗУ. В зависимости от величины дестабилизирующего Фактора из блоков 8 и 9 соответственно в блок 2 формирования временных интервалов непосредственно и блок 4 линеаризации через сумматор 10 заносятся поправочные коды, компенсирующие влияние дестабилизирующего фактора на амплитудную характеристику устройства.Блок 2 формирования временных интервалов работает следующим образом.Частотные сигналы с выходов дифференциального частотного датчика 1 физического параметра поступают на информационные входы блока 2 формирования временных интервалов. При поступлении отрицательных полупериодов сигнала с датчика 1 происходит переключение и удержание триггеров 21 и 22 в нулевом состоянии, а элементов И 15 закрытыми. При положительных полупериодах входного сигнала элементы И 15 открываются, разрешая прохождение импульсов генератора 11 опорной частоты на схемы синхронизации, выполненные на элементах И 16 и 17 и триггерах 21 и 22. Схемы синхронизации осуществляют привязку импульсов входной частоты к импульсам опорной частоты генератора 11, При этом первый импульс генератора 11 через открытые элементы И 15 и 17 поступает на счетный вход триггера 14, переводя его в единичное состояние, открывая тем самым элемент И 16. Второй импульс генератора 11, совпадающий с первым положительным полу- периодом входной измеряемой частоты, переводит триггер 21 в единичное, а триггер 22 в нулевое и через открытый элемент 19 - триггер 23 в единичное состояние. Третий и все последующие импульсы генератора 11 опорной частоты, совпадающие с первым положительным полупериодом входной измеряемой частоты, поглощаютсяПри поступлении отрицательного полупериода входной измеряемой частоты с датчика 1 триггеры 21 переключаются и удерживаются, как и триггеры 22, в нулевых состояниях, а эдементы 16 закрываются, т.е. схемасинхронизации возвращается в исходное55 состояние Таким образом, вместо каждого из входных периодов частотного датчика 1 схема синхронизации формирует импульс, совпадающий с положительным полупериодом измеряемой частоты. При этом момент перехода триггера 23 в единичное состояние соответствует переднему фронту формируемого временного интервала измерения, который поступает на информационные входы коммутатора 14.Импульсы генератора 11 опорной частоты, совпадающие с вторым, третьим и т.д. положительными полупериодами измеряемой частоты, поступают на тактовый вход делителей 24 частоты через открытые элементы И 18 первого и второго формирователей 12 и 13 временных интервалов. Поскольку частоты сигналов на первом и втором выходах дифференциального датчика равны только в середине диапазона измерения физического параметра, то и время заполнения делителя 24 частоты в этом случае будет одинаковым только в середине диапазона. В остальных случаях время заполнения делителя 24 частоты первого и второго Формирователей временных интервалов будет различно. Вмомент заполнения делителя 24 частоты уровнями "Лог.О" на их инверсных выходах закрываются элементы И 20, фиксируя окончание формирования измерительного интервала, а уровни "Лог. 1" на прямых выходах определяют начало импульсов синхронизации, поступающих с выходов формирователей 12 и 13 на второй и третий входы блока 5 управления,. При воздействии дестабилизирующего фактора осуществляется соответствующее изменение емкости делителей 24 частоты, путем предварительного заполнения их по установочным входам кодом компенсации с выхода блока 8 ППЗУ. Информационные сигналы с выходов формирователей 12 и 13 управляют работой коммутатора 14, обеспечивая прохождение импульсов генератора 11 опорной частоты на суммирующий или вычитающий входы (и+1) разрядного реверсивного счетчика в зависимости от величины и знака приращения измеряемого Физического параметра. После окончания формирования временных интервалов обоими формирователями 12 и 13 через некоторое время, равное четырем периодам частоты генератора 5 10 15 20 25 30 35 40 45 11, с помощью блока 5 управления производятся начальные установки в блоках 12 и 13, при этом в делитель 24 заносится по установочным входам значение корректирующего кода, обнуляется триггер 23, и блок 2 формирования временных интервалов подгоговлен к следующему циклу работы,Блок 5 управления предназначен для синхронизации и управления функционированием отдельных блоков и узлов устройства и работает следующим образом.В исходном состоянии (в начале очередного цикла преобразования) на выходе элемента И 27 уровень сигнала соответствует "Лог.О", счетчик 25 обнулен, на первом выходе (мпадший разряд дешифратора 26 уровень "Лог.1", а на остальных выходах - Лог.О, В процессе преобразования по мере заполнения (п+1)-разрядного реверсивного счетчика 3 в момент появления на выходе его (в+1)-го разряда "Лог.1" формирователь 28 импульсов вырабатывает сигнал, который через элемент ИЛИ 29 и элемент 30 задержки поступает с первого выхода блока управления на вход записи блока 4 Линеаризации, осуществляя, занесение нового значения кода узла интерполяции с учетом воздействия дестабилизирующего фактора.После окончания цикла формирования временных интервалов блоком 2 сигналами с его первого и второго выходов синхронизации открывается элемент И 27 блока управления и тактовые импульсы с третьего выхода синхронизации блока 2 поступают на тактовый вход счетчика 25, изменяя уровни сигналов на выходе дешифратора 26. После первого тактового импульса задним фронтом сигнала с первого выхода дешифратора 26 осуществляется перезапись очередного результата преобразования в выходной регистр блока 4 линеаризации, а импульсом с четвертого выхода дешифратора 26 (второй разряд) осуществляется запись информации в реверсивный счетчик блока 4 линеаризации. Импульсомсо второго выхода дешифратора (третийразряд) обнуляется (и+1)-разрядныйсчетчик 3 и записывается новая инФормация в делитель 24 частоты блока 2. Импульсом с третьего выхода дешифратора (старший разряд) устанав 133624 бливаются в исходное состояние триггеры 23 блока 2 и обнуляется счетчик 25 блока управления. На этом оканчивается очередной цикл преобразования и устройство подготовлено к следующему циклу работы.Таким образом, введение в состав устройства датчика дестабилизирующего фактора, аналого-цифрового преобразователя и двух блоков ППЗУ позволяет существенно увеличить точность кодирования физических параметров в условиях воздействия дестабилизирующего фактора, а наличие параллельного и-разрядного сумматора и согласование его работы с блоком линеаризации позволяет осуществить компен- сацию смещения амплитудной характеристики устройства. Выполнение преобразования частоты в код по принципу измерения разности периодов входных частот позволяет стабилизировать 1коэффициент преобразования.Ф ор мула иэ об ре те ни я1, Устройство для кодирования сигналов частотных датчиков, содержащее последовательно соединенные дифференциальный частотный датчик физического параметра, блок формирования временных интервалов, (п+1)- разрядный реверсивный счетчик, вход обнуления которого объединен с входом разрешения записи блока формирования временных интервалов, а выходы соответственно соединены с первыми информационными входами блока линеаризации, первые информационные выходы которого являются выходной шиной, и блок управления, первые вход и выход которого соединены соответственно с выходом (ш+1)-го разряда (и+1)-го разрядного реверсивного счетчика и входом разрешения записи блока линеаризации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены датчик дестабилизирующего фактора, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй блоки перепрограммируемых запоминающих устройств и параллельный и-раэрядный сумматор, выходы и первые входы которого соединены с соответствующими вторыми информационными входами и соответствующими вторыми информационными выходами блока линеаризации, а вторые входы подключены к соответствующим выходам первого блока перепрограммируемых запоминающих устройств, адресные входы которых объединены с соответствующими адресными5входами второго блока перепрограммируемых запоминающих устройств и подключены к соответствующим выходаманалого-цифрового преобразователя,вход которого подключен к выходу датчика дестабилизирующего фактора, выходы второго блока перепрограммиру,емых устройств соединены с соответствующими входами записи блока формирования временных интервалов, первый,второй, третий выходы синхронизации,входы обнуления и разрешения записикоторого соединены соответственно свторым, третьим, четвертым входамии вторым и третьим выходами блокауправления, четвертый выход которогоподключен к входу разрешения перезаписи блока линеариэации.2. Устройство по и. 1, о т л и 25 ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования временных интервалов выполненна генераторе опорной частоты, двухформирователях временных интервалови коммутаторе, первый и второй выходыкоторого являются информационными1выходами блока, а первый и второйинформационные входы подключены к информационным выходам соответственнопервого и второго формирователей временных интервалов, информационныевходы которых являются информационными входами блока, а их объединенныетактовые входы объединены с входомуправления коммутатора и подключены4 О к выходу генератора опорной частоты,объединенные одноименные входы обнуления, разрешения записи и записиобоих формирователей временных интервалов являются одноименными входами45 блока, первый выход синхронизациипервого, первый и второй выходы синхронизации второго формирователейвременных интервалов являются соответственно первым, вторым и третьимвыходами синхронизации блока,3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь временных интервалов выполненна шести элементах И, трех триггерахи делителе частоты, входы предварительной установки, разрешения записии прямой выход которого являются соответственно входами записи, разрешения записи и первым выходом син1336246 10 ния второго и третьего триггеровобъединены и подключены к второмувходу шестого элемента И, а входобнуления первого триггера является одноименным входом формирователя. Составитель Н, КапитановТехред И.Попович Корректор С Шекмар Редактор С, Патрушева Заказ 4055/56 Тираж 901 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5.хронизации формирователя, а тактовый вход и инверсный выход подключены соответственно к выходу первого и, первому входу второго элементов И, выход последнего из которых объеди 5 нен с первым входом первого элемент;, И и является информационным выходом формирователя, второй вход второго элемента И подключен к прямому выходу 10 первого триггера, инверсный выход и тактовый вход которого соединены соответственно с первымвходом и выходом третьего элемента И, второйвход которого объединен с вторым вхо дом первого элемента И, тактовым входом второго триггера подключен к выходу четвертого элементов И и является вторым выходом синхронизации формирователя, прямой выход третьего и инверсный выход второго триггеров соединены с первыми входами соответственно четвертого и пятого элементов И, выход последнего из которых соединен с тактовым входом тре тьего триггера, второй вход пятого элемента И объединен с вторым входом четвертого элемента И и подключен к выходу шестого элемента И, первый и второй входы которого являются соответственно тактовым и информационным входами формирователя, входы обнуле 4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю ш е е с я тем, что блок управления выполнен на счетчике, дешифраторе, формирователе импульсов, элементе задержки, элементе ИЛИ и элементе И, входы которого являются со" ответственно вторым, третьим и четвертым входами блока, а выход соединен с тактовым входом счетчика, выходы которого соответственно соединены с входами дешифратора, первый, второй и третий выходы которого являются соответственно вторым, третьим и четвертым выходами блока, а четвертый выход дешифратора соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом формирователя импульсов и входом элемента задержки, выход которого является первым выходом блока управления, вход формирователя импульсов является первым входом блока, а вход обнуления делителя соединен с третьим выходом дешифратора.