Измерительное устройство

П 11 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК а 13650 19) С 01 Т 13 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Федорков Б.Г., Телец В.А., Дегтяренко В.П. Микроэлектронные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи. М.: Радио и связь 1984, с.94, рис,58.Жуков А,В., Махов В.Н., Ржендинс кая С,Н. Быстродействующий спектрометрический аналого-цифровой преобразователь. - Приборы и техника эксперимента, 1984, 9 2, с.88, рис (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для цифрового измерения амплитуд спектрометрических импульсов з составе прецизионных спектрометрических систем. Цель изобретения - повышение достоверности измерений эа счет сокращения времени бесконтрольной работы устройства. В устройство, содержащее преобразователь напряжение - ток, основной и разравнивающий преобразователикод - ток, компаратор, регистр последовательных приближений, три формирователя импульсов, два регистра,блок синхронизации, счетчик, дваисточника опорного напряжения и блоквычитания, введены три коммутатора,генератор импульсов, элемент задержки, два триггера и два элемента И.За счет формирования внутреннихвзаимотестирующих воздействий различных элементов устройства формируется информация о степени сохранения его метрологических параметров под влиянием внешних дестабилизирующих факторов, что позволяет до"полнительно контролировать работоспособность устройства в интервалахмежду метрологическими аттестациямии сократить время его бесконтрольнойработы, 3 ип.13650 Изобретение относится к техничес кой физике, а именно к устройствам для цифрового измерения амплитуд электрометрических импульсов в соста 5 ве прецизионных спектрометрических систем, и может быть использовано в системах сбора активационно-спектрометрической информации исследовательских ядерных реакторов. 10Цель изобретения - повышение достоверности измерений.На фиг. представлена функциональная схема измерительного устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, 1. иллюстрирующие его работу.Измерительное устройство (фиг,1) содержит компаратор 1, основной 2 и разравнивающий 3 преобразователи код - ток, преобразователь 4 напря жение - ток, коммутаторы 5 - 7, ре; гистр 8 последовательных приближений, блок 9 синхронизации, формирователи 10 - 12 импульсов, счетчик .13, источники 14 и 15 опорного напряжения, регистры 16 и 17, элемент 18 задержки, генератор 19 импульсов, триггеры 20 и 21, элементы И 22 и 23, блок 24 вычитания, информационную шину 25, шины режима 26 и готовнос- З 0 ти 27, числовую шину 28, шину 29 пуска и общую шину 30.Блок 9 синхронизации (фиг.1) содержит триггер 31 и генератор 32 импульсов, выход которого является выходом блока и управляющий вход которого соединен с прямым выходом триггера 31, С-вход синхронизации которого является входом пуска блока установочный К-вход которого являет ся входом блокировки блока и информационный Р-вход которого подключен к шине логической единицы (не обозначена).Выход преобразователя 4 напряже ние - ток подключен к выходам основного 2 и разравнивающего 3 преобразователя код - ток и через компаратор 1 к информационному входу регистра 8 последовательных приближений. 50 установочный вход которого соединен с входом пуска блока 9 синхронизации и со счетным входом счетчика 13, подключенного разрядными выходами к соответствующим информационньи входам разравнивающего преобразователя 3 код - ток и регистра 17, выходы которого соединены с первой группой входов блока 24 вычитания, подсоединен 03 2ного своими выходами к числовой шине28 и другой группой входов к соответствующим выходам регистра 16Управляющий выход регистра 8 последовательных приближений подключен черезформирователь 10 импульсов к входам синххрониэации регистров 16 и 17к входу формирователя 11 импульсов и квходу блокировки блока 9 синхронизации, выход которого соединен свходом синхронизации регистра 8 последовательных приближений, разрядныевыходы которого подключены к информационным входам основного преобразователя 2 код - ток и регистра 16.Выход первого источника 14 опорногонапряжения подсоединен к опорномувходу основного преобразователя 2код - ток и к одному входу коммутатора 7, подключенного другим входом - к выходу источника 15 опорного напряжения и выходом - к опорному входу разравнивающего преобразователя 3 код - ток, Элемент 18 задержки подключен входом к шине 26режима, к входу формирователя 12импульсов и к управляющим входамкоммутаторов 5 и 6 и выходом к одним входам элементов И 22 и 23, кустановочным входам триггеров 20 и21 и к управляющему входу генератора 19 импульсов, выход которого соединен с одним входом коммутатора 6,подсоединенного другим входом к шине 29 пуска и выходом к входу пуска блока синхронизации 9. Выход формирователя импульсов 12 соединен сустановочным входом счетчика 13,подключенного выходом переполненияк тактовому входу триггера 21, прямой выход которого соединен с тактовым входом триггера 20 и с вторымвходом элемента И 22, подсоединенного выходом к установочному входурегистра 16. Инверсный выход триггера 21 подключен к второму входу элемента И 23, подсоединенного третьимвходом к третьему входу элементаИ 22 и к прямому выходу триггера 20и выходом к установочному входу регистра 17 и к управляющему входукоммутатора 7, Вход преобразователя4 напряжение - ток соединен свыходом коммутатора 5, первыйи второй входы которого соединены соответственно с информационной шиной и общей шиной30.13650 15 55 Напряжения источников 14 и 15опорного напряжения выбраны из соотношения БУ (1+П ), где 011 11дифференциаль ная нелинейнос ть пре 5образования основного преобразователя 2 код - ток.На Фиг.2 приняты следующие обозначения: сигнал 33 логического 0 на .шине 26 режима, импульсы 34 на выходе генератора 19 импульсов, сигнал35 на прямом выходе триггера 21,сигнал 36 на выходе триггера 20,сигнал 37 на выходе элемента И 22,сигнал 38 на выходе элемента И 23,сигнал 39 на шине 29 пуска, сигнал40 на счетном входе счетчика 13,сигнал 41 на входе пуска блока 9синхронизации, сигнал 42 на входесинхронизации регистра 8 последовательных приближений, сигнал 43 навыходе формирователя 1 О импульсов,сигнал 44 на выходе регистра 16,сигнал 45 на выходе регистра 17, сигнал 46 на числовой шине 28, сигнал 2547 на выходе формирователя 11 импульсов, сигнал 48 на выходе Формирователя 12, сигнал 49 на выходе переполнения счетчика 13, сигнал 50 навыходе элемента 18 задержки. 30Измерительное устройство работаетв двух режимах - в режиме преобразования и в режиме контроля.Для установки устройства в режимпреобразования на шине 26 режима Формируется логический "0" (фиг.2,поз.33), поступающий на входы управления коммутаторов 6 и 5 и через элемент 18 задержки на вход управлениягенератора 19 импульсов, на установочные входы триггеров 21 и 20 и напервые входы элементов И 22 и 23.При этом выход коммутатора 6 подключается к шине 29 пуска, выход комму -татора 5 подключается к информационной шине 25, импульсы на выходе генератора 19 импульсов отсутствуют(фиг.2,поз.34), на прямом выходетриггера 21 и на выходе триггера 20устанавливаются логические "1"50(фиг.2, поз.35 и 36 соответственно),на выходе элемента И 22 устанавливается логический "0" (фиг.2,поз.37),поступающий на установочный входрегистра 16, а на выходе элементаИ 23 также устанавливается логический "0" (фиг.2,поз.38), поступающий на установочный вход регистра17 и на вход управления коммутатора 03 47, вследствие чего его выход замыкается с первым входом и опорное нап - ряжение с выхода источника 14 опорного напряжения поступает как на вход основного преобразователя 2 код ток, так и на вход разравнивающего преобразователя 3 код - ток.Сигнал с информационной шины 25 через коммутатор 5 и преобразовательнапряжение - ток поступает на вход компаратора 1, где происходит его алгебраическое суммирование с совпадающим по направлению током разравнивающего преобразователя 3 код - ток и с противоположным по направлению током основного преобразователя 2 код - ток. Знак этой суммы определяется в каждый момент времени компаратором 1 и передается на информационный вход регистра 8 последовательных приближений. Запускающий импульс с шины 29 пуска (фиг .2,поз.39через коммутатор 6 поступает на установочный вход регистра 8 последова" тельных приближений,на счетный вход счетчика 13, устанавливая его в некоторое состояние Х, (Фиг.2,поз.40) и через вход пуска блока 9 синхронизации на вход синхронизации триг- гера 31 переводят его по заднему Фронту в единичное состояние (фиг,2, поз.41). Сигнал с выхода триггера 31 поступает на вход управления генератора 32 импульсов, импульсы с выхода которого (фиг.2,поз.42) через выход блока 9 синхронизации поступают на вход синхронизации регистра 8 последовательных приближений. При этом сигналы с разрядных выходов регистра 8 последовательных приближений поступают как на информационные входы основного преобразователя код - ток для осуществления собственно процесса аналого-цифрового преобразования, так и на информационные входы регистра 16. После завершения процесса преобразования на управляющем выходе регистра 8 последовательных приближений вырабатывается сигнал, запускающий формирователь 1 О, импульс с выхода которого (фиг.2, поз.43) поступает на вход синхронизации регистра 16, регистрируя в нем полученное в результате аналого-цифрового преобразования некторое число У,(фиг.2, поз,441, на вход синхронизации регистра 17, регистрируя поступающее на его инфор5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5 13 мационные входы число Х, (фиг.2, поз.45), на вход формирователя 11 импульсов, а также на вход блокировки блока 9 синхронизации и далее на установочный вход триггера 31, переводя последний в нулевое состояние (фиг.2,поз.41) и блокируя осцилляцию импульсов генератором 32 (фиг,2, поз.42),. Информация с выходов регистров 16 и 17 поступает на соответствующие группы входов блока 24 вычитания, на выходах которого формируется код числа 2,= У., - Х поступающий на числовую шину 28 (фиг.2,поз.46). По заднему фронту импульса формирователя импульсов 10 (фиг.2,поз43) запускается формирователь импульсов 11, импульс с выхода которого (фиг.2, поэ.46) поступает на шину готовности 27, сигнализируя о готовности кода на числовой шине 28, который по этому сигналу передается во внешнее устройство.Для оперативной проверки работоспособности блоков измерительного устройства на шине 26 режима устанавливают логическую "1" (фиг.2,поз.33) поступающую на входы управления коммутаторов 6 и 5, на вход элемен.та 18 задержки и на вход формирователя 12 импульсов. При этом выход коммутатора 16 соединяется с выходом генератора 19 импульсов, выход коммутатора 5 соединяется с общей шиной 30, а на выходе формирователя 12 появляется импульс (фиг.2, поэ.48), поступающий на установочный вход счетчика 13 и устанавливающий его в нулевое состояние (фиг.2, поз.40) В момент сброса счетчика 3 на его выходе переполнения может сформироваться перепад напряжения (фиг.2, поз.49), поступающий на тактовый Т-вход триггера 21, однако, поскольку на установочном Я-входе этого триггера в этот момент времени присутствует логический "0", поступающий с выхода элемента 18 задержки (фиг.2,поз.50), состояние триггера 21 остается неизменным (фиг.2,поз.35) По истечении соответствующего времени, на выходе элемента 18 задержки появляется логическая "1" (фиг.2, поэ.50), поступающая на установочный Я-вход триггера 21, на установочный Я-вход триггера 20, на управляющий вход генератора 19 импульсов, на входы элементов И 22 и 23, уста 650036 навливая на выходе элемента И 22 логическую "1" (фиг.2,поз,37), которая поступает на установочный вход регистра 16 и фиксирует на его выходах код числа "0" (фиг.2,поз.44).Импульс с выхода генератора 19 импульсов (фиг.2,поз.34) через коммутатор 6 поступает на счетный вход счетчика 13, устанавливая в нем код числа "01" (фиг,2,поз.40), а также на вход пуска блока 9 синхронизации, инициируя процесс преобразования. После завершения преобразования на выходе формирователя 10 импульсов появляется импульс (фиг,2,поз.43), поступающий на вход синхронизации регистра 17 и фиксирующий в нем код числа "01" (Фиг.2,поз.45).Состояние регистра 17 поступает на одну группу входов блока 24 вычитания. Поскольку на другую группу входов блока 24 вычитания в этом слу. чае поступает код числа "00", на его выходах формируется код числа "-1" (Фиг.2,поз.45), поступающий на числовую шину 28. По импульсу с выхода формирователя 11 импульсов (фиг.2, поз.47) состояние числовой шины 28 регистрируется внешним устройством. По мере дальнейшего поступления импульсов с выхода генератора 19 импульсов счетчик 13 последовательно устанавливается в состояния 02, 03и- (Фиг,2,поз.40), в регистре 17 также фиксируются числа 02, 03и(фиг.2,поэ.45), в регистре 16 сохраняется состояние "00" (Фиг,2,поз.45), а с числовой шины 28 во внешнее устройство поступают коды чисел - 2, -31-и (фиг.2, поз.46), наличие которых является для внешнего устройства подтверждением исправного функционирования счетчика 13, регистра 17 и блока 24 вычитания (фиг.2,контроль 1)Следующий импульс с выхода генератора 19 импульсов (фиг,2,поз,34) устанавливает счетчик 13 в нулевое состояние (фиг.2,поз.40). При этом на выходе переполнения счетчика 13 формируется перепад напряжения (фиг.2,поз.49), поступающий на тактовый Т-вход триггера 21 и устанавливающий на его прямом выходе логический "0" (фиг.2,поз.35), закрывающий элемент И 22 (фиг.2,поз.37), а на инверсном выходе - логическую "1", открываюшую элемент И 23(фиг.2,поз.38). Логическая "1" свыхода элемента И 23 поступает наустановочный вход регистра 17 и устаиавливает на его выходах код числа "00" (фиг.2,поэ.45), поступающийна одну группу входов блока 24 вычитания. Кроме того, сигнал с выходаэлемента И 23 поступает на вход управления коммутатора 7, при этом напряжение с выхода источника 15 опорного напряжения через коммутатор 7поступает на вход опорного напряжения разравнивающего преобразователя3 код - ток, увеличивая его коэффициент преобразования в (1+0) раэ.Тем не менее, поскольку с разрядныхвыходов счетчика 13 на информационные выходы разравнивающего преобразователя 3 код - ток в данном случаепоступает код числа "00" (фиг.2,поз.45), на выходе последнего устанавливается нулевое значение токаразравнивания. С общей шины 30 черезкоммутатор 5 на вход преобразователя 4 напряжение - ток поступает нулевой уровень напряжения, поэтому свыхода последнего поступает нулеваявеличина токаПосле завершения процесса аналого-цифрового преобразования инициированного импульсом с выхода генератора 19 импульсов (фиг.2,поз,34) в регистр 17 записывается код числа "00" (фиг.2,поз.44), поступающий на соответствующую группу входов блока 24 вычитания, с выходов которого тот же код поступает на числовую шину 28 (фиг.2, поэ.46) и по сигналу с шины 27 готовности (фиг.2,поз.47) регистрируется внешним устройством. Второй импульс с выхода генератора 19 импульсов устанавливает счетчик 13 в состояние "01 ", и после завершения аналого-цифрового преобразования с числовой шины 28 во внешнее устройство поступает код некоторого числа 2, лежащего в окрестностях числа (1+РАЙ).После прихода третьего импульса с выхода генератора 1 9 импульсов на числовой шине 28 аналогичным образом формируется код числа 2 лежащего в окрестностях числа 2(1+П) и т.д., а после прихода и-го импульса с выхода генератора 19 импульсов в счетчике 13 формируется код числа (и) (фиг,2,поз.40), а на числовой шине 28 - код числа 2,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лежащего в окрестностях числа (и) (1+0) (фиг.2,поз.46) .Таким образом, несмотря на существенную нелинейность преобразования основного преобразователя 2 кодток, с числовой шины 28 во внешнее устройство поступает последовательность возрастающих чисел Е, наличие которых является для внешнего устройства подтверждением исправного функционирования раэравнивающего преобразователя 3 код - ток (фиг.2, контроль 2).Следующий импульс с выхода генератора 9 импульсов (фиг.2,поэ.34) вновь устанавливает счетчик 13 в состояние "00" (фиг.2,поз.40). При этом на его выходе переполнения формируется перепад напряжения (фиг.2,поз.49), поступающий на тактовый Т-вход триггера 21 и устанавливающий на его прямом выходе логическую "1" (фиг.2, поз.35). Сигнал с выхода триггера 21 поступает на тактовый Т-вход триггера 20 и устанавливает на его выходе логический "0" (фиг.2,поэ.36), который поступает на входы элементов И 22 и 23 и закрывает их (фиг.2, поэ.37 и 38 соответственно), снимая установочный сигнал с входа регистра 17 и соединяя выход коммутатора 7 с выходом источника 14 опорного напряжения. После завершения процесса аналого-цифрового преобразования на числовой шине 28 формируется код числа 2 = 00 (фиг.2,поэ.46), который по сигналу с шины 27 готовности (фиг.2) регистрируется внешним устройством. Следующий импульс с выхода генератора 19 импульсов устанавливает счетчик 13 в состояние "01", после завершения преобразования в регистре 17 фиксируется код числа "01 ", а в регистре 16 - код результата преобразования У,величина которого лежит в пределах 1 ф .1, где Л - суммарная погрешность (в квантах ) основного 2 и раэравнивающего 3 преобразователей код - ток. При этом на числовой шине 28 формируется результат измерения 2 в виде числа ЕОФд.При дальнейшем поступлении импульсов с выхода генератора 19 импульсов (Фиг,2,поз.34) устройство работает аналогичным образом, формируя всякий раз на числовой шине 28 семейство чисел 2, лежащих в936 пределах 04 , наличие которых является для внешнего устройства подтверждением наличия на опорном входе разравнивающего преобразователя 3 код - ток напряжения с выхода источника 14 опорного напряжения (фиг.2,контроль 3).Таким образом, если после выполнения всех трех операций контроля во внешнем устройстве будут получены ожидаемые результаты, можно считать, что блоки измерительного уст ройства функционируют исправно, а полученная ранее информация не содержит ложной компоненты. При этом на шине 26 режима может быть вновь установлена логическая "1" (фиг.2, поз.33), возвращающая устройство в режим измерения.Использование изобретения позволяет за счет использования новой операции по проверке работоспособности блоков измерительного устройства существенно сократить время его бесконтрольной работы, а следовательно, уменьшить вероятность получения ложной информации.Формула изобретенияИзмерительное устройство, содержащее основной и разравнивающий преобразователи код - ток, компаратор, регистр последовательных приближений, счетчик, блок вычитания, три формирователя импульсов, два регистра, блок синхронизации, два источника опорного напряжения, числовую шину, шину готовности, информационную шину, шину режима, шину пуска, общую шину и преобразователь напряжение - ток, выход которого подключен к выходам основного и раэравнивающего преобразователей код - ток и через компаратор - к информационному входу регистра последовательных приближений, установочный вход которого соединен с входом пуска блока синхронизации, и со счетным входом счетчика, подключенного разрядными выходами к соответствующим информационным входам разравнивающего преобразователя код - ток и первого регистра, выхо-, ды которого соединены с первой группой входов блока вычитания подсоединенного своими выходами к числовой5003 шине и другой группой нходов к соответствующим выходам второго регистра, управляющий выход регистра последовательных приближений подключен через первый формирователь импуль 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сов к входам синхронизации первогои второго регистров, к входу второго формирователя импульсов и к входу блокировки блока синхронизации,выход которого соединен с входомсинхронизации регистра последовательных приближений, разрядные выходыкоторого подключены к информационнымвходам основного преобразователякод - ток и второго регистра, выход первого источника опорного напряжения соединен с опорным входомосновного преобразователя код - ток,отличающееся тем, что,с целью повышения достоверности измерений, в него введены три коммутатора, два триггера, два элемента И,генератор импульсов и элемент задержки, подключенный входом к шине режима, к входу третьего формирователяимпульсов и к управляющим входам первого и второго коммутаторов и выходом к одним входам обоих элементов И,к установочным входам обоих триггеров и к управляющему входу генератора импульсов, выход которого соединен с одним входом первого коммутатора, подсоединенного другим входомк шине пуска и выходом - к входу пуска блока синхронизации, выход третьего формирователя импульсов соединенс установочным входом счетчика, подключенного выходом переполнения ктактовому входу первого триггера,прямой выход которого соединен с тактовым входом второго триггера и свторым входом первого элемента И,подсоединенного выходом к установочному входу второго регистра, инверсный выход первого триггера подключенк второму входу второго элемента И,подсоединенного третьим входом ктретьему входу первого элемента И ик прямому выходу второго триггера ивыходом к установочному входу первого регистра и к управляющему входутретьего коммутатора, подключенногопервым и вторым входами соответственно к выходам первого и второго источников опорного напряжения и выходом к опорному входу разравнивающегопреобразователя код - ток, вход преобразователя напряжение - ток соеди11 нен с выходом второго коммутатора,первый и второй входы которого соединены соответственно с информа 13650032ционной и общей шинами, а выходвторого формирователя импульсов подключен к шине готовности.1365003 Составитель В. Костюкактор А,Козориз Техред М.Ходанич орректор В.Бутяг 6603/38 Тираж 522 Подл и ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5