Устройство для обработки сигналов частотных датчиков

": с ,с эле ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИ ОПИСАНИЕ ИЗО Н АВТОРСМОМУ(72) З.В. Ивановская и А.ф. Иахота (71) Харьковский ордена Трудового Красного Знамени институт радио ктроники(56) 1, Авторское свидетельство СССР В 657363, кл. С 01 К 23/00, 1978.2. Авторское свидетельство СССР Ф 788018, кп. С 01 К 23/02, 1980 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ, содержащее входной формирователь, вход которого является взводом устройства, процессор, первый и второй счетчики, первый и второй элементы И, триггер, элемент ИЛИ и генератор образцовой частоты, выход которого соединен через первый элемент И со счетным входом первого счетчика, выход последнего подключен к первому входу процессора, выход элемента ИЛИ соединен с Ь -входом триггера, прямой выход которого через второй элемент И соединен со счетным входом второго счетчика, инверсный. выход триггера соединен с вторым входом процессора, третий вход последнего подключен к выходу .второго счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности измерения и достоверности полученнойинформации в него введены таймер,делитель, коммутатор, элемент задержки, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,лри этом выход генератора образцовойчастоты соединен с первым входомтаймера и через делитель с первым входом коммутатора, второй входкоторого соединен с выходом входногоформирователя, третий вход коммутатора подключен к первому выходу процессора, выход коммутатора соединенс вторым входом второго элемента Ичерез элемент задержки и с входомтриггера непосредственно, прямойвыход которого подключен к второмувходу первого счетчика и первомувходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,второйвход которого соединен с выходомтаймера, четвертым входом процессораи первым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента И, второй. выход процессора подключен к второму входу таймера,третий выход процессора соединен с входами "Сброс" второго и первого счетчиков, знаковый выход первого счетчика подключен к второму входу элемента ИЛИ, четвертый выход процессора является информационным выходомустройства.где ь и - время измерения длядатчика, имеющего крутизну характеристики 1овр - стандартный интервалвремени измерения,зависящий от необходимойразрешающей способности,ою - крутизна характеристикиобразцового датчика.В счетчике после окончания измерения записано значение измеряемогс 35 параметра Р Р- - -Р,(Р) огде О(р) - частота, получаемая с40частотного датчика призначении параметра Р;- ошибка измерения параметров от неидеальности,характеристики датчика,45обусловленная величинойчастоты на его выходе,равной У, при значенииизмеряемого параметра,равном нулю С 1;Недостаток устройства - низкая достоверность информации при обеспечении быстродействия, обусловленного применением способа измерения частоты путем непосредственного счета импульсов измеряемой частоты.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 501332Изобретение относится к автоматике и цифровой измерительной технике и предназначено для автоматической коррекции погрешности измерения ,сигналов частотных датчиков.Известно устройство для обработки сигналов частотных датчиков, содержа щеа входной формирователь, элемент 2 ИИЛИ, генератор эталонных импульсов, элемент И, счетчик, выход" ной регистр, блок индикации, схему контроля, таймер, блок управления, три группы элементов И, входы управления от ЦВМ. В данном устройстве достигается автоматическая коррекция результата измерения в зависимос. ти от параметров установленого час" тотного датчика. При этом время измерения, определяется из соотношения20 305 Ъустройство для измерения частоты и периода гармонического сигнала, которым осуществляется одновременный счет импульсов образцовой и неизвестной частот, содержащее процессор, два счетчика, два дешифратора кодов, семь элементов И, элемент ИЛИ, три триггера, генератор образцовой частоты и входной формирователь, вход устройства черезвходной формирователь соединен с первыми входами третьего и шестого элементов И, второй вход последнего соединен с вьиодом процессора, а выход - с первым входом второго триг гера, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, его инверсный выход соединен с первым входом процессора, а его прямой выход соеди нен с вторым входом третьего элемента И и первым входом второго эле" мента И, у которого, в свою очередь, второй вход соединен с выходом генератора образцовой частоты, а выходчерез седьмой элемент И соединен с первым входом элемента ИЛИ, через первый элемент И, первый триггер и пятый элемент И - с вторым входом элемента ИЛИ и, кроме того, со счет. ным входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым входом процессора и через первый дешифратор - с вторым входом первого элемента И, кроме того, выход третьего элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И, вторым входомпятого элемента И и счетным входомвторого счетчика, выход которогосоединен с третьим входом процессораи входом второго дешифратора, выходкоторого, в свою очередь, соединен с вторым входом четвертого элемента И, у которого выход через третийтриггер соединен с вторь 1 м входомседьмого элемента И Г 2 З. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная отсутствием автоматической коррекции режима измерения в зависимости от крутизныхарактеристики конкретного датчика,что может привести к погрешности,превышающей допустимую. Кроме того, в известном устройстве не предусмотрен автомэгический контроль, что снижает достоверность результатов измерения и надежность функционирования устройства.3Цель изобретения - повышение точности измерения и повыаение достоверности получаемой информации .Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обработки игналов частотных датчиков, содержащее входной формирователь, вход которого является входом устройства, процессор, первый и второй счетчики, первый и второй элементы И, триггер, элемент ИЛИ и генератор образцовой частоты, выход которого соединен через первый элемент И со счетным входом первого счетчика, выход последнего подключен к первому входу процессора, выход элемента ИЛИ соединен с Ъ -входом триггера, прямой выход которого через второй элемент И соединен со счетным входом, второго счетчика, инверсный выхбд триггера соединен с вторым входом процессора, третий вход последнего подключен к выходу второго счетчика, введены таймер, делитель, коммутатор элемент задержки, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом выход генератора образцовой частоты соединен с первым входом таймера и через делитель с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом входного формирователя, третий вход коммутатора подключен к первому выходу процессора, выход коммутатора соединен с вторым входом второго элемента И через элемент задержки и с входом триггера непосредственно, прямой выход которого подключен к второму входу первого счетчика и пер вому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом таймера, четвертым входом процессора и первым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход процессора подключен к второму входу таймера, третий выход процессора соединен с входами "Сброс" второго и первого счетчиков, знаковый выход первого счетчика подключен к второму входу элемента ИЛИ, четвертый выход процессора является информационным выходом устройства.112305 4 Устройстводля обработки сигналов, частотных датчиков содержит процессор 1, первый 2 и второй 3 счетчики, первый 4 и второй 5 элементы И, триггер 6 элемент ИЛИ 7, входной формирователь 8, генератор 9 образцовой частоты, элемент 10 задержки, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, коммута тор 12, таймер 13, делитель 14, вход 15 и выход 16 устройства,5 10 образом. При единичном уровне сигнала на Выходгенератора 9 соединен через первый элемент И 4 со счетным входом первого счетчика 2, выход иоследнего соединен с первым 5входом процессора 1 выход элеменФта 7 соединен с Ь -входом триггера 6, прямой выход которого черезвторой элемент И 5 соединен сосчетным входом второго счетчика 3, 20инверсный выход триггера 6 соединен с вторым входом процессора 1,третий вход последнего соединен свыходом второго счетчика 3, выходгенератора 9 - с первым входом таймера 13 и через делитель 14 - спервым входом коммутатора 12, второйвход которого соединен с выходомвходного формирователя 8, третийвход коммутатора 12 подключен к первому выходу процессора 1 выход ком.Эмутатора 12 соединен через элемент 10 задержки с вторым входомвторого элемента 5 с входом С-триггера 6, прямой выход которогоподключен к второму входу первого 35 счетчика 2 и первому входу элемента 11, второй вход которого соединен с выходом таймера 13, четвертымвходом процессора 1 и первым входом элемента 7, а выход элемента 11 40 соединен с вторым входом первогоэлемента 4, второй выход процессора1 соединен с вторые входом таймера13, третий выход процессора 1 соединен с входами "Сброс" счетчиков 2 и 45 33, а знаковый выход первого счетчика2 соединен с вторым входом элемента 7, четвертый выход процессора 1является информационным выходом устройства.Устройство работает следующим55 На фиг.1 показана схема устройства для обработки сигналов частотных датчиков; на фиг,2 " временные диаграммы, поясняющие работу устрой- ства. первом выходе процессора 1 осуществляется режим измерения, когда сигнал с входа 1.5 через входной формирователь 8 и коммутатор 12 поступает на вход элемента 10 задержки иС"вход триггера 6, на 9 -входе ко3 . 11торого, а следовательно, и прямомвыходе установлен нулевой уровень,Перед началом измерения импульсом с третьего выхода процессора 1первый 2 и второй 3 счетчики устанавливаются в нулевое состояние,первый счетчик 2 нулевым уровнемна входе управления реверсом переведен в режим вычитания,После занесения значения временного интервала, вычисленногопроцессором 1, исходя из крутизныхарактеристики примененного частотного датчика, что осуществляетсяпо цепи второй выход процессора 1информационный (второй) вход таймера 13, на выходе таймера 13 устанавливается единичный уровень, которыйподготавливает к установке в единичное состояние триггер 6 и через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 разрешаетпрохождение импульсов образцовойчастоты через первый элемент И 4 насчетный вход первого счетчика 2, которые вьгчитаются из содержимогоэтого счетчика. На его знаковом выходе после первого же поступившегоимпульса устанавливается единичныйуровень (энак "-"). Режим сохраняется до прихода первого импульса с входного формирователя 8.По приходу первого импульса наС-вход триггера б на его прямом выходе появляется единичный уровень,который в сочетании с единичнымуровнем на выходе таймера 13 запрещает прохождение импульсов образцовойчастоты на счетный вход первого счетчика 2, при этом первый счетчик 2устанавливается в режим суммированияи разрешает прохождение импульсов свыхода элемента 10 задержки черезвторойэлемент И 5 на счетный входвторого счетчика 3. Процесс вычисления продолжается до окончания временного интервала, формируемоготаймером 13,После окончания формированиязаданного временного интервалана выходе таймера 13 устанавливаетсянулевой уровень, который разрешаетпрохождение импульсов образцовойчастоты на счетный вход первогосчетчика 2, суммирующего эти импульсьКогда на его знаковом (втором) выходе появляется нулевой уровень, над-входе триггера 6 появляется "0"и триггер 6 по первому же импульсу,поступающему на С-вход, устанавли 2305 Ьвается в нулевое состояние, послечего запрещается прохождение импульсов на счетные входы первого 2 ивторого 3 счетчиков.Таким образом, время измеренияТщ не меньше заданного временногочнтервала 1 щмЛмЛю"е ь им" ь 16 м 2 Чгде Т- период импульсов на выходевходного формирователя 8.Это условие гарантирует достижение требуемой точности определенияпараметра.Процессор, определяющий по состоянию триггера б и таймера 13 конецизмерения, по содержимым первого 2и второго 3 счетчиков вычисляет частотусигнала частотного датчика20И У) и%1 4 Й,Ч, где М - содержимое второго счетчика 3Й 1 - содержимое первого счетчика 2,То - период следования импульсов образцовой частоты,а величину самого параметра - по выражению (2).В режим контроля устройство переводится нулевым уровнем на первом выходе процессора, при этом на выходе коммутатора 12 появляются импульсы заданной частоты с выхода делителя 14. В остальном работа устройства протекает аналогично описанному. После вычисления частоты импульсов, поступающих с делителя 14, она сравнивается с известным ее значением и если измеренное и известное значение равны, устройство готово к работе. Полученная информа. ция может быть через выход 16 переда на к другим устройствам для отображения или дальнейшей обработки, например для формирования управляюще го сигнала в системе автоматического регулирования.В известном устройстве разрешаю" щая способность измерения определяется дешифраторами кодов и задается при изготовлении устройства. Воэможность ее автоматического изменения отсутствует. Однако при обработке сигналов частотных датчиков конечной величиной является не частота, а значение параметра, При этом пог7 1 решность вычисления параметра определяется погрешностью измерения частоты и крутизной характеристики 112305 8В предлагаемом устройстве длядостижения указанных показателейвремя измерения составляет.огде дг - погрешность измерениячастотыеаР - погрешность вычисленияпараметра.Тогда, вычтя (2) из (5), получимр ьР 8 Из (6) видно, что задание фикси" рованного значения разрешающей способности измерения частоты не гарантирует требуемой точности определения параметра,. беэ предварительного подбора датчика по крутизне характеристики ЬЕсли разрешающая способность выбрана, исходя из применения датчика с крутизной характеристики В , то для датчиков с крутизной характеристики, меньшей образцовой Зс 5 эр абсолютная погрешность выше допустимой.Таким образом, для датчиков сЬ ( Яэ требуемая точность определения параметра достигнута не будет, Этого можно избежать, если разрешающую способность в известном устройстве задать, исходя из минимально возможного значения крутизны 35 характеристик датчиков ЗцОднако из (1) следует, что при этом в большинстве случаев (3 дмин имеет место избыточное время измерения, 40Благодаря введенным блокам и взаимосвязям в предлагаемом устройстве достигается требуемая точность независимо от параметров частотного датчика. К тому же, благодаря авто матическому контролю, охватывающему все блоки устройства (кроме входного формирователя), достигается высокая достоверность получаемых результатов. .50Известное устройство предназначено для измерения температуры в точных технологических процессах. При разрешающей способности 0,001 фС и образцовой частоте 25 МГц время измерения превышает 1 с и зависит от крутизны характеристики примененного датчика.. Для датчика с крутизной характеристики 1000 Гц/фС и максимальной резонансной частотой 5 ИГц время измерения, необходимое для достижения. заданной точности, составляетл 840 1цр0 СЯВ 10 0,004 4000Как показали экспериментальныеисследования для формирования управляющего воздействия по пропорцио"нально-интегрально-дифференциальному закону в системе автоматического регулирования температуры привыращивании монокристаллов достаточно 50 мс. Предлагаемое устройствопо сравнению с базовым позволяетуменьшить время измерения.Увеличивая образцовую частоту,можно во столько же раз уменьшитьвремя измерения, кроме того, программное выполнение алгоритма позволяетприменять адаптивные методы измерения в зависимости от значения измеряемой частоты.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет достичь существенно большего быстродействия,что важно в случае применения егов системах регулирования.Другим важным достоинством посравнению с устройством обработкисигналов частотных датчиков ИТ является наличие внутреннего процессора, котоГый позволяет существеннорасширить его возможности (применениеадаптивных алгоритмов, статическойобработки, вычисление сопутствующихвеличин, например требуемого регулирующего воздействия в системе автоматического регулирования).Предлагаемое устройство может най"ти широкое применение для такихобластей, как прецизионное измерениетемпературы, давления, толщины осаждаемой пленки, измеряемых с помощьючастотных датчиков с целью автоматического регулирования величины параметров в технологическом процессе.1112305 НиходУлова У Выход ГФлака8 ьцоо 3 длока 1 Йхооблока 13 ыходЛОМО 11 Выход Ьюка Выход зн,Юлека 2 Оыход йюка Составитель В. Каактор А. Иотыпь Техред Т.фанта Корректо Максимипвн По ета крытЗаказ 6453/31 Тираа 710 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш