Устройство для преобразования физической величины в код

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) (И) 01 К 19/25 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ кии инстиа и Львовут ляров о СССР1983.СССР2, 1986. етельство 01 К 19/2 иИзобретение от ерительной техни ользовано, напри носится к электроиз"ке и может быть исмер, для иэмеренижидкостей.ия - повышение то скорости течения Цель иэобрете устст рабо фи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(71) Львовский политехничетут им. Ленинского комсомоский лесотехнический инсти(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ В КОД(57) Изобретение позволяет повыситочность преобразования физическо величины, например скорости течении,в код за счет исключения влияния нарезультат постоянных времени интегрирующих преобразователей физической ности преобразования.На фиг. 1 показана блок-схем ройства; на фиг. 2 - схеиа фазо вительного детектора; на фиг. 3 схеиа блока управления; на фиг. временные диаграммы, поясняющие ту устроиства. Устройство для преобраэовани эической величины в код (фиг. 1 величины в интервал времени, входящих в состав устройства, На интеграторах с нуль-органами осуществляетсядвухтактное преобразование входногои питающего напряжений в интервалывремени. Опорное напряжение для обратного хода интеграторов берется свыхода интегратора, запоминающего напряжение второго интегратора в концетакта интегрирования. Влияние постоянной времени второго интегратораустраняется автоподстройкой частотыуправляемого генератора так, чтобыза время обратного хода второго интегратора; равное постоянной времениэтого интегратора, управляемый генератор вырабатывал одно и то же заданное счетчиком количество импульсов. В конце обратного хода первогоинтегратора результат со счетчикапередается в регистр. 2 з.п, ф-лы,держит источник 1 переменного опорного напряжения, датчик 2 физической величины, первый ключ 3, первый интегратор 4, первый нуль-орган 5, блок 6 управления, второй 7 н третий 8 ключи, второй интегратор 9, второй нуль-орган 10, четвертый 11 и пятый 12 ключи, третий интегратор 13, третий нуль-орган 14, управляемый генератор 15, фаэочувствнтельный детектор 16., счетчик 17, регистр 18 и шину 19 информационных сигналов,Фазочувствителып,й детектгр (ФЧД) 16 (фиг. 2) содержит два ипвер-.ора 20и 21, два двухвходовых элемента И 22и 23, два ключа 24 и 25, конденсатор26 и резистор 27. Первый и второйвходы фазочувствительного детектораявляются входами инверторов 20 и 21и первыми входами элементов И 23 и22 соответственно, Ключи 24 и 25включены только при разном состоянии сигналов на входах. При состоянии "01" включен ключ 24, при состоянии "10" ключ 25. Если частота генератора 15 мала, то нуль-орган 10 сработает раньше, чем установится в "1" старший разряд счетчика 17 и на входах ФЧД 16 15 окажется число "01", что приведет к включению ключа 24 и увеличению частоты генератора 15, и, наоборот, если ,частота генератора 15 слишком велика, то включается ключ 25 и частота генератора уменьшается.Блок 6 управления (фиг. 3) содержит Формирователь 28 импульсов, дифФеренцирующую цепь 29, триггеры 30- 32, Вход Формирователя является пер вым входом блока управления. Вторым входом блока управления является К- вход триггера 31, третьим входом Н-вход триггера 32, четвертым входом импульсный вход установки в пОп триг 30 гера 30, Выход Формирователя 28 подключен к входу дифференцирующей цепочки 29 и является первым выходом блока управления. Выход дифференцирующей цепочки 29 является шестым выходом блока управления. Выход триггера 30 является четвертым выходом блока управления, а выход триггера 31 - вторым выходом блока управленияПрямой и обратный выходы триггера 32 являются третьим и пятым выходами блока управления.Блок 6 управления формирует переменное напряжение, поступающее на его первый вход, в прямоугольные положительные импульсы, Задний Фронт каждого импульса преобразуется в отрицательный импульс дифференцирующей цепочкой 29, который поступает на шестой выход блока и устанавливает в "1" триггер 30. Этот триггер устанавливается в "0" отрицательным перепадом на импульсном входе установки в "0" триггера 30. Отрицательный перепад на выходе триггера 30 устанавливает в "1" триггеры 31 и 32. 55 Отрицательные импульсы на их К-входах возвращают эти триггеры в нулевое состояние,Устройство для преобразования Физической величины и код работает следующим образом.Источник 1 вырабатывает опорное напряжениеНоп (") Нр з.п(д сНа выходе датчика 2 в результате воздействия на него входной физической величины Р, напряжение в общем случае имеет видН= Ц 81 пЯ 1 + Б соз я 1, (2)где Н и Н - соответственно синфазная и квадратурная составляющие определяемаяотносительно опорногонапряжения Н от источопника 1.Преобразование производится в два такта. В первом такте появляется "1" на первом выходе блока 6 и открываются ключи 3 и 8. Остальные ключи закрыты. Напряжение с выхода датчика 2 поступает на вход интегратора 4, на выходе которого к окончанию первого такта за время- т (фиг. 4) накапливается напряжениетСН (е,) = -Н (е) йг. = Н, (3)1 2Уьогде с, - постоянная времени интегратора 4;2 йТ= -- период сигнала источника 1.ИНа выходе интегратора 9 к моментуполучаюттН = - ,.Н з 1 пд йе = , (4)1 20 оп9 ,)огде- постоянная времени интегратора 9.В начале (момент , на фиг. 4) второго такта появляется "0" на первом выходе блока 6 ключи 3 и 8 закрываются, появляется в момент С, отрицательный импульс на шестом выходе блока 6 и переносит в счетчик 17 состоя. ние шины 19. При этом старший разряд счетчика 17 обязательно устанавливается в "1"., Нулем на первом выходе блока 6 вначале второго такта включается генератор 15, управляемый напряжением на выходе Фазочувствительного детектора 16. Триггер 30 блока 6 управления в начале второго такта становится в "1" и на четвертом выходе(7) откуда Т = Т (8)Момент окончания обратного ходаинтегратора 9, уиксируемьпт нуль-органом 10 и триггером 32, сравниваетсяс моментом установки в "1" старшегоразряда счетчика 17 детектором 16.Если момент окончания обратногохода наступает раньше, то вначалепоявляется "1" на втором входе детектора 16 и на входе" элемента И 22 детектора 16 появляются две "1" одновременно, что вызывает включение ключа 24 и дозаряд конденсатора 26. И,наоборот, если установка в "1" старшего разряда счетчика 17 .происходитраньше, чем окончание хода интегратора 9, то включается ключ 25 и происходит частичный разряд конденсатора 26. Когда триггер 32 устанавлива ется в "0" и старший разряд счетчика17 находится в "1" ни один из ключей детектора 16 не включен и конденсатор 26 сохраняет свое напряжение неизменным.В установившемся режиме установкастаршего разряда счетчика 17 в "1"производится одновременно с окончанием обратного хода интегратора 9 инапряжение на конденсаторе 26 неизменно и обеспечивает путем воздействия на генератор 15 условие 1 И,(9) л"9 45 В момент окончания обратного хода интегратора 4 число нз счетчика 17 переносится в регистр 18, откуда оно поступает на выход устройства. 5 1481691блока 6 появляется "1", которая вызывает замыкание ключа 12. Через ключ12 на вход интегратора 13 поступаетусиленное разностное напряжечие между1напряжениями на выходах интеграторрв9 и 13. Это приводит к быстрому установлению на выходе интегратора 13 напряжения, равного напряжению на выходе интегратора 9. До установленияэтого равенства напряжение на выходенуль-органа 14 будет вызывать изменение напряжения на выходе интегратора13 в нужную сторону.Таким образом, к моменту размыкания ключа 12 напряжение на выходе ин 2 Боптегратора 13 равно- напряжению"9на выходе интегратора 9.Число, заносимое в счетчик 17 сшины 19, расчитано таким образом,чтобы за время, существенно меньшеедлительности одного такта (например,5-107 от длительности такта), счетчик17, подсчитывающий импульсы генератора 15, переполнился. При переполнении счетчика 17 отрицательный перепадна выходе старшего разряда счетчикавызывает установку в "0" триггера 30,при этом на четвертом выходе блока 6появляется "0",а триггеры 31 и 32 блока 6 ставятся в "1", в результатечего на втором и третьем выходах блока 6 управления появляется "1", а напятом - "0".Включаются ключи 7 и 11, а наобоих входах детектора 16 оказываются нули (в момент времени С на временной диаграмме). Начинается линейный разряд (обратный ход) интеграторов 4 и 9. Интегратор 4 разряжаетсядо нулевого уровня в течение времениТ, а интегратор 9 - в течение времени Т. В моменты окончания времениТи Т срабатывают соответственнонуль-органы 5 и 10 и устанавливаюттриггеры 31 и 32 блока 6 в нулевыесостояния. При этом ключи 7 и 11(12) которое зависит от постоянноц времени второго интегратора 9,Число И равно Бх л И Поп 9 2 иВ момент появления "1" на первом выходе блока 6 управления генератор 15 прекращает работу, при этом старший разряд счетчика 17 остается в "1". 1 лючи 3 и 8 открываются и начинается новый цпкп преобразования (новый моментфиг. 4).Таким образом, в отличие от известного, предлагаемое устройство не имеет погрешности за-за изменения постоянной времени второго интегратора 9 и поэтому обладает более высокой точностью,Это достигается системой автоподстройки частоты генератора 15, которая обеспечивает компенсацию измене-. ния постоянной времени второго интегратора. Благодаря линейному изменению напряжения па втором интеграторе во время обратного хода под воздействием напряжения, от уровня которого и начинается обратный код, его длительность не зависит от величины этого напряжения, а лишь от величины постоянной времени второго интегратора,Применение третьего интегратора в следящем режиме в качестве аналогового запоминяющего устройства напряжения, от уровня которого и под воздействием которого происходит обратный ход второго интегратора, одновременно можно осуществлять обратный ход первого и второго интеграторов и тем самым сократить время преобразования и еще более повысить точность за счет одновременности процесса преобразования физиЧеской величины в код и авто- подстройки частоты генератора.Формула изобретения1, Устройство для преобразования физической величины в код, содержащее датчик, вход которого является входом устройства, источник опорного переменного напряжения, выход которого подключен к входу питания датчика, первый интегратор и первый ключ, через который вход первого интегратора соединен с выходом датчика, второй интегратор и второй ключ через который вход второго интегратора соединен с выходом источника опорного переменного напряжения, первый нуль- орган, первый вход которого подключен к выходу первого интегратора, а второй вход соединен с нулевой шиной; третий ключ, выход которого подключеннератора, выход которого подключен ксчетному входу счетчика, входы начальной установки которого являются шинами информационных сигналов, выходыразрядов счетчика, за исключениемстаршего, подключены к информационнымвходам регистра, к входу разрешенияпереноса которого подключен. второй 40выход блока управления, первый выходкоторого подключен к управляющемувходу управляемого генератора, к третьему входу блока управления подключен выход второго нуль-органа, четвертый вход блока управления объеди йен с первым входом фазочувствительного детектора и подключен к выходу старшего разряда счетчика,третий, четвертый, пятый и шестойвыходы блока управления подключены 50 соответственно к управляющим входамчетвертого и пятого ключей, второмувходу фазочувствительного детектораи входу разрешения переноса счетчика.552. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что фазочувствительный детектор выполнен на двух инверторах первом и втором элемен 5 1015 20 2530 к входу первого интегратора, и блок управления, к первому и второму входам которого подключены соответственно выход источника опорного переменного напряжения и выход первого нупьоргана, первый выход блока управления подключен к управляющим входам первого и второго ключей, а второй - к управляющему входу третьего ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности преобразования, в него введены третий интегратор, четвертый и пятый ключи, второй и третий нуль-органы, управляемый генератор, фазочувствительный детектор, счетчик, регистр, причем выход третьего интегратора подключен к первому входу третьего нуль-органа и информационному входу третьего ключа, а через четвертый ключ - к входу второго интегратора, выход которого подключен к первому входу второго нуль- органа, второй вход которого соединен с нулевой шиной, выход второго интегратора подключен к второму входу третьего нуль-органа, выход которого через пятый ключ подключен к входу третьего интегратора, выход фазочувствительного детектора подключен к информационному входу управляемого ге 1 ч 81691тах И, двух ключах, гнтегрирующемэлементе, выполненном на конденсаторе, и токоограничивающем элементе,выполненном на резисторе, причемвход первого ипвертора являетсяпервым входом Фазочувствительного детектора и соединен с первым входомвторого элемента И, вторым входомфазочувствительного детектора является вход второго ивертора, которыйобъединен с первым входом первогоэлемента И, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора.,выход второго инвертора соединен свторым входом второго элемента И,выходы первого и второго элементов Исоединены с управляющими входами первого и второго ключей соответственно, первая обкладка конденсатора соединена с выходом Фазочастотного детектора и через первый и второй ключис шиной питания и нулевой шиной,вторая обкладка конденсатора черезрезистор соединена с нулевой шиной. 3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на Формирователе импуль 5сов, дифференцирующей цепи, первом,втором и третьем триггерах, причемвыход Формирователя импульсов черездифференцирующую цепь соединен с Явходом первого триггера, выход которого соединен с входами установки в"1" второго и третьего триггеров,первым, вторым, третьим и четвертымвходами блока управления являются соответственно вход Формирователя импульсов, Й-вход второго триггера,К-вход третьего триггера и вход установки в О первого триггера, апервым, вторым, третьим, четвертым,пятым и шестым выходамн блока управления являются соответственно выходыФормирователя импульсов, выход второго триггера, прямой выход третьеготриггера, выход первого триггера,ин -версный выход третьего триггера и вы 25 ход дифференпирующей цепи,.Самб е оррект аж 714 одписно омитета по осква, Жизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг Гагарина, 101 аказ 2683/46 НИИПИ Государственног 113035Составитель Н. КозлТехред М.Дидык обретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., д. 4/5