Способ преобразования аналоговых сигналов в цифровой код с коррекцией результата

(56) Алиев Г.М.и др.коррекция погрешностерительных приборов. Мс.2-16, 20-27, рис.11 2 Автоматическаяй цифровых из: Энергия, 1914. 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ В ЦИФРОВОЙ КОД С КОРРЕКЦИЕЙ РЕЗУЛЬТАТА(57),Изобретение позволяет повыситьточность преобразователей с логарифмической шкалой измерения, а такжеуменьшить время калибровки. Повьппе-.ние точности достигнуто исключениемисточника высокоточных и стабильныхмер и введением точного соотношениядвух неточных мер, а повышение быстродействия - за счет изменения порядка операций. При калибровке преобразователя типа экспоненциального аналого-цифрового преобразователя (АЦП)2 с линейным усилителем 1 на входепервоначально калибруют АЦП путем поочередной подачи на его вход двнеточных напряжений от обычного си нусоидального генератора через точный и стабильный делитель 5 напря жений. С их помощью находят первый коэффициент поправки, позволяющий восстановить идеальную характеристику АЦП, С помощью откалиброванного АЦП теми же калибровочными сигнала" ми калибруют линейный усилитель 1 и определяют второй коэффициент поправки для приведения показаний преобразователя к истинным при номинальном коэффициенте передачи. Только после этого подают на вход преобразователя входной сигнал. Результат его измере- с 2е ния либо корректируют на величину запомненных коэффициентов поправки в вычислителе, либо прекращают измерения при отклонении передаточных характеристик АЦП и усилителя от пре"- дельных граничных условий. В устройстве вместо источника высокочастотных и высокостабильных мер применен обычный ВС-генератор, а между линей=. ным усилителем 1 и АЦП 2 введен второй коммутатор 9 сигналов. 3 ил.(2) Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения аналоговых сигналов, например напряжений в цифровой форме, и может быть применено в электро- и радиосвязи в измерителях с устройствами коррекции и калибровки.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.1На фиг,1 представлены передаточные характеристики аналого-цифрового преобразователя (АЦП); на фиг. 2 - передаточные характеристики линейного усилителя и АЦП; на фиг. 3 - устройство для осуществления предлагаемого способа калибровки и коррекции.Устройство (фиг.3) содержит собственно преобразователь, состоящий из линейного усилителя 1 и экспоненциально АЦП 2, первый коммутатор 3 сигналов и генератор 4 калибровочных сигналов с точным делителем 5 напряжений, а также вычислитель 6 с блоком 7 памяти и цифровым индикатором 8 на выходе. В устройстве между выходом линейного усилителя 1 и входом экспоненциального АЦП введен второй коммутатор 9 сигналов.Преобразованию и последующей коррекции результата преобразования подвергается преобразователь типа экспоненциального АЦП с линейным усилителем на входе. Калибровка измерительного преобразователя производится с помощью калибровочных сигналов. Однако перво начально калибруется эксионенциальный АЦП с помощью вспомогательных калибровочных сигналов и определяется корректирующий первый коэффициент поправки К, по значениям, записанным в память вычислителя и полученным по результатам калибровки, с помощьюи;л - и ч,выражения К Затем с по л лих- имощью тех же калибровочных сигналов калибруют линейный усилитель с АЦП и определяют второй коэффициент поправки й на показания усилителя, определяемый по формуламл ли- и1 Г 20 25 30 ЗБ Таким образом, калибровка измерительного преобразователя всегда предшествует измерениям на реальном сигнале.После калибровки производят измерение на рабочем сигнале и показания измерительного преобразователя корректируют с учетомкоэффициентов поправки К, и Ь по формуле.и; = К,(й; +). В предлагаемом способе в качестве калибровочных сигналов используют неточные и нестабильные синусоидальные напряжения вместо высокоточных и высокостабильных сигналов в блоке образцовых мер способа-прототипа. С помощью необразцовых мер без вспомогательных образцовых приборов определяется передаточная характеристика (зависимость выходного сигнала от входного) измерителя, по которой затем корректируются и приводятся к номинальным его показаниям.Кусочно-линейная аппроксимация кривой заменяется самой кривой, что позволяет повысить точность измерений.Выбор калибровочных сигналов не зависит от измерительной величины, поэтому в предлагаемом способе ка-, либровка может быть проведена до измерений на реальном сигнале не только во время измерений. Следовательно, повышается быстродействие, так как калибровка проводится до измерений, кроме того, независимость операций калибровки и измерений расширяет функциональные возможности предлагаемого способа.Калибровка измерительного преобразователя по частям (сначала АЦП, затем - линейный усилитель с АЦП) позволяет использовать АЦП для калибровки усилителя, исключив как вспомогательные образцовые измерители, таки образцовые измерительные меры. Это сокращает объем вспомогательного оборудования, упрощает измерения, повышает их точность.Способ калибровки и коррекции АЦП поясняется на фиг.1, где в координатах 11 - л приведены его характеристики: а - номинальная кривая, б,в- кривые при мультипликативных погреш ностях, г - кривая при аддитивной погрешности, д,е - кривая при ад13671 дитивных и мультипликативных погрешностях.Калибровка экспоненциального АЦП в предлагаемом способе использует следующее свойство экспоненты. При 11 /У = сопзС (фиг.1)Ъи -и =с,;М.п - Ких э 10Фи = КиТаким образом, калибровка экспоненциального АЦП производится двумя калиб. ровочными напряжениями при коэффициенте усилениялинейного усилителя К=1,а пересчет полученных отсчетов в номи. нальные производится умножением на множитель К,.Калибровка всего измерительного преобразователя производится с помощью экспоненциального АЦП теми же ,калибровочными напряжениями П и 1.Если у линейного усилителя коэффи циент усиления равен К, а при калибровке .АЦП при К = 1 показания АЦП при подаче на его вход сигналов Бл ли У были ии п, то при подаче тех же сигналов через линейный усилич ч тель получим отсчеты на АЦП пи п соответственно. Если отсутствует смещение нуля улинейного усилителя, то его коррекцию при наличии мультипликативнойпогрешности можно осуществить с помощью алгебраической добавки.На фиг.2 схематически показанакоррекция измерительного преобразователя по результатам калибровки.По последовательности цифр 1-7 можнопроследить путь .коррекции: входной лвеличине сигнала, равной У;, на выходе преобразователя соответствует 45чнеоткорректированный код и (путьч11-2-3); затем код и, приводится кноминальному коэффициенту усиления% ч чК линейного усилителя и; = и; ++ Ь (путь 3-4-5); переход на номинальную характеристику АЦП осуществляется с помощью коэффициентачп, - К,п; (путь 5-6-7).Устройство (фиг.3) работает следующим о бр аз ам,55На сигнальные входы первого коммутатора 3 сигналов поступают измеряемый сигнал 11;, а также два калибровочных сигнала Б и 1.1. 544Калибровочные сигналы 11 и У представляют собой синусоидальные напряжения, получаемые от одного и того же генератора 4 калибровочных сигналов с помощью точного делителя напряжений. Генератор 4 представляет собой одночастотный ВС-генератор а делитель 5 напряжений может быть выполнен, например, на эмиттерном повторителе и прецизионных резисторах. К генератору с делителем предъявляется следующее требование: отношение калибровочных напряжений должйо быть постоянным Б/11 =сопят и выбирается в зависимости от диапазона измеряемой величины АЦП,На сигнальные входы второго комму" татора 9 сигналов поступают усиленный входной сигнал П с выхода линейного усилителя и два калибровочных сигнала Би 1.Оба коммутатора управляются с помощью вычислителя.Первоначально запрещается прохождение всех сигналов через первый ком . мутатор и разрешается через второй. При этом производится калибровка экспоненциального АЦП 2.Поочередно вычислитель дает разре шение на прохождение сигналов калибровки Уи 11 от генератора 4 через делитель 5, второй коммутатор 9 сигналов на вход АЦП, показания которого считываются и запоминаются в блоке 7 памяти вычислителя 6, По этим данным вычисляется первый коэффициентпогравки К, АЦП.После калибровки АЦП с помощью последнего производится калибровка всего преобразователя, для чего поочередно разрешается прохождение калибровочных сигналов Б 11 через первый коммутатор 3 сигналов, линейный усилитель 1, второй коммутатор 9 сигналов, АЦП 2, вычислитель 6, блок 7 памяти,. По двум отсчетам калибровки определяется второй коэффициент поправки аПосле калибровки измеритсльноге преобразователя вычислитель разрешает прохождение входного сигнала Б; через оба коммутатора, линейный усилитель и АЦП и запрещает прохождение калибровочных сигналов. Измеренный сигнал запоминается в блоке 7 памяти вычислителя, который затем по результатам калибровки производит коррек46необходимость в проверке и аттестации источника опорного сигнала. Способ преобразования аналоговых сигналов в цифровой,код с коррекцией результата, заключающийся в преобразовании входного сигнала в пропорциональный входной код с последующим запоминанием его, формировании калибровочных сигналов, преобра зовании их в код с последующим запоминанием калибровочных кодов, определении коэффициентов поправки входного кода и коррекции с их учетом входного кода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыше ния точности и быстродействия, формирование калибровочных сигналов, преобразование их в код сзапоминанием калибровочного кода и определение первого коэффициента поправки входного кода осуществляют до преобразования входного, сигнала, после чего усиливают калибровочные сигналы, преобразуют вход и после запоминания калибровочных кодов усиленных калибровочных сигналов, определяют второй коэффициент поправки, а коррекцию входного кода осуществляют по формулеи; =К,(й; +6 ) и " - откорректированный входной код;К - первый коэффициент поправки 1Ь - второй коэффициент поправки;и; входнои код,причем первый коэффициент поправкивычисляют по формуле1 и- и."Кл ли и,1где и= Г(Б) и и= Г(Б) - калибровочные коды, пропорциональные первому 0 и второму Укалибровочным напряжениям соответственноо;Аф % А%.Ф 55 и = ц(О ) и = Б ) - калиб 1 Х Фровочные коды, соответствующие номннальнйм калибровочным напряжениямБ и Б, при этом Б/У = Б/П Кроме того, отсутствие высокоточного и стабильного источника опорного сигнала в значительной мере удешевляет процесс измерений и калибровки, так как его стоимость составляет значительную часть от общей стоимости устройства; отпадает также 5 136715цию измеренной величины напряжения,введя алгебраическую добавку Ь,и корректирующий множитель. Откорректированная величина напряжения выво- ф о р м у л а и э о б р е т е н и ядится на цифровой индикатор,Данный способ позволяет повыситьточность измерения уровня (напряжений), а также увеличить быстродействие. Повьппение точности достигаетсяисключением высокостабильного и точного источника опорного сигнала сего погрешностями, коррекцией реальной передаточной характеристики измерительного преобразователя и устранением погрешностей кусочно-линейнойаппроксимации, а повышение быстродействия - независимостью операций калибровки и коррекции. Повьппение точности позволяет получить значительный экономический эффект, так какснижается вероятность ошибочногорезультата измерений и ложных браковок, например каналов связи, уменьшается время простоев каналов, что25эквивалентно увеличению числа каналокилометров.Независимость операций калибровки и коррекции и повышение быстродействия измерений (примерно втрое)30особенно важно в системах, работающих в реальном масштабе времени, атакже в системах, работающих по расписанию с возможностью появлениявнештатных ситуаций. Так как обычновычислитель может обслуживать одно- гдевременно измерение и обработку нес 1кольких параметров объекта, то работа по расписанию должна заниматьвозможно меньшее время, Тогда остальное машинное время вычислителяможно равномерно распределить. Вданном случае только собственно измерение и коррекция идут по расписа-,нию, а вся калибровка может быть 45равномерно распределена во времени,что увеличивает экономический эффект,так как большой объем вычислительныхработ можно производить на процессорах малой разрядности и быстродействия.1367154в где 5 чпх л сопаС, а второй коэффициент попраки вычисляют по формулел, ли - пчш , ч,1 пК /Ка1 п Бйхл чпл - пх Уох - 1 п - фл лтгЮпх -п К и Креальный и идеальныйкоэффициенты усиления калибровочных сигна лов;1367154 оставитель И.Романоехред Л.Сердюкова Редакто Корректор М. Демчик азоренк Заказ 6850/ с одственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная П Тираж 928 НИИПИ Государственно по делам изобретены 13035, Москва, ЖПкомитета СССи открытийаушская наб.,