Система сбора и регистрации измерительной информации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 М 1/О ЕТЕНИЯ САНИЕ АВТОРЧИК алов ника,сти ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт Физико-техническихпроблем энергетики АН ЛитССР(56) Коинорс С. Развязка потенцв системах сбора данных, Электр1980, т. 53, Р 1 О, с. 50-60,Патент СИА В 3940759,кл. Н 03 К 13/02, 1976.(57) Изобретение относится к обзлектроизмерений и позволяет по сить быстродействие устройства. Система сбора и регистрации инФормациисодержит датчики 1.1.1.И, усилите"ли-преобразователи 2.12.Б, аналоговый коммутатор 4, аналого-цифровойпреобразователь 5, блок 6 цифровойобработки, блок 7 управления, усилитель 8 мощности, питающие и сигнальные трансформаторь 1 9.19.И и 10.1О,М. Введение усилителей 313.И и образование новых Функциональных связей увеличивает частоту преобразования сигнала. При этом записьинформации производится параллельнопроц. ссу измерения. В описании приведен пример реализации блока 7 управления. 1 з.п. Ф-лы, 4 кп.Б".обретение относится к злектроиэмерениям н может быть использовано для регистрации физических величин с преобразованием их в электрический сигнал.Целью изобретения является повышение быстроцействия системы за счет увеличения частоты преобразования сигнала и за счет того, что запись информации производится параллельно процессу измерения.На Фиг.1 представлена структурная схема системы сбора и регистрации из.мерительной информации; на Фиг.2 - 15 функциональная схема усилителя"преобразователя; на фиг.З - структурная схема блока управления; на Фиг.4 " временная диаграмма, поясняющая работу блока управления. 20Система содержит датчики 1,1-1,И, усилители-преобразователи 2,1-2.Н, усилители 3.1-3.И, аналоговый коммутатор 4, аналогово-цифровой преобразователь АЦП) 5, блок 6 цифровой об работки, блок 7 управления, усилитель 8 мощности, питающие и сигналь" ные трансформаторы 9,1-9.Н и 10.1- 1 О,Н, причем датчики 1,1-1.Н через линии связи соединены с сигнальными30 входами гсилителей-преобразав чтелейт аатве,гственна два входа танин которых подключены параллельно вторичным обмоткам трансформаторов ,.1-9.:; с.аответственно, первичные обмотки каторьх подключены параллель но двум выходам усилителя 8 мощности, вход которого соединен с первым выходам блока 7 управления, два сигнальных вьгюда усилителей-преобразователей 2,1-2.Ы подключены параллель 40 на первичнья обмоткам трансформаторов 10,110.,5 соответственно, вторичные об:;:.тки которых подключены параллельна двум входам усилителей 3.1-3,Б .о:":т,эетственно выходы которых соединен з," ны с соответствующими входами аналоговогоо коммутатора 4, выход которога соединен с аналоговым входом АЦП-З, цифровой выход которого соединен с информационным входом блока 6 циф ревой обработки первый и второй вха,";ы управления которого соединены соответственно с вторым и пятью выходами бло:;: 7 управления, третий и четвертьгй выходы которога соединены со- ,".,1 ответственна с управляюшими входами АДП 5 и аналогового коммутатора 4, управляющие выходы АЦП 5 и блока 6 цифровой обработки соединены соответственно с первым и вторым входами блока 7 управления, средние точки первичных обмоток трансформаторов 10.1-1 О.Б соединены с общей шиной.Усилитель-преобразователь 2 фиг,2) содержит операционные усилители ОУ) 11 и 12, импульсные диоды 13 - 16, резисторы 17 и 18, аналоговые ключи 19 и 20, диодный мост 21, резисторы 22 - 26, стабилитроны 27 и 28, конденсаторы 29 - 31, причем неинвертирующие входы ОУ 11 и 12 соединены с сигнальным входом усилителя" преобразователя 2, сигнальные выходы которого соединены соответственно че" рез аналоговые ключи 19 и 20 с выхо" дами ОУ 11, 1 2 и через резисторы 17, 18 с. инвертирующими входами ОУ 11 и 12, которые через соединенные встречно-параллельно диоды 13, 15 и 14, 16 соответственно соединены с выходами ОУ 11 и 12, входы питания уси" лителя-преобразователя 2 соединены соответственно с первым и вторым входами диодного моста 21 и через резисторы 25, 22 - с управляющими входами аналоговых ключей 19 и 20, параллельно которым подключены последовательно соединенные резисторы 23 и 24, общие выводи которых соединены с общей шиной, минусовая шина питания ОУ 11 и 12 непосредственно, а плюсовая - через резистор 26 соединена с соответствующими выходами диод- ного моста 21, которые зашучтированы конденсатором 31, мипусовая шина питания ОУ 11 и 12 через последовательно соединенные стабилизаторы 27 и 28 зашунтированные конденсаторами 29 и 30 соответственно, соединена с плюсовой шиной питания объединенные выводы стабилитронов 27 и 28 соединены с общей шиной.Блок 7 управления (фиг.З) содержит задающий генератор 32, Формирователь 33 триггер 34,. счетчик 35 номера. канала, элемеьт И 36, одновибратор 37, триггер 38.готовности, триггер 39 состояния, элемент И 40, одновибратор 41,. причем выход задающего генератора 32 через Формирователь 33 соединен с входом триггера 34 и первым входом элемента И 40, выход которого через одновибрачор 41 оединен с третьим выходам блока 7 управления, первый выход которого соединен с инвертирующим выходом3 40336 триггера 34 и с Э-входом триггера 38 готовности, счетный вход которого через одновиратор 37 соединен с пер-. выми входами элемента И 36 и блока 7 управления, второй вход которого сое 5 динен.с К-входам триггера 38 готовности, прямой выход которого соединен с К-входом триггера 39 состояния и вторым выходом блока 7 управления, а инвертирующий выход - с В-входам триггера 39 состояния, счетный вход которого соединен с прямым выходом триггера 34, вторым входом элемеита И 36 и первым входом счетчика 35 номера канала, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 39 состояния и вторым входом элемента И 40, выходы элемента И 36 и счетчика 35 номера канала соединены соответствен но с пятым и четвертым выходами блока 7 управления.Система работает следующим образом.Сигналы в виде постоянного напря жения от датчиков 1.1-1.И (фиг.1) подаются на входы соответствующих усилителей-преобразователей 2,1-2,11, которые состоят из двух ОУ 11, 12, выходы которых аналоговыми ключами 19 и 20 последовательно подключаются к первичной обмотке трансформаторов 10.1-10,И. Напряжение на их вторичных обмотках принимает вид последовательности биполярных импульсов, амплитуда которых определяется входным напряжением, действующим в данный момент времени. Глубокая отрицательная 1.обратная связь, действующая в момент формирования импульса, обеспечивает высокую точность соответствия амплитуды выходного импульса входному напряжению. Полученные последовательности импуль ов усиливаются усилителями 3.1-3 Л Коммутатор 4 аналоговых45 сигналов последовательно подключает ко входу ЛЦП 5 выходы усилителей 3.1- З.Я на время, необходимое. для преобразования в цифровые коды амплитуды пары импульсов обоих полярностей которые в дальнейшем поступают в блок50 б цифровой обработки. В результате цифровой обработки получается усредненное значение сигнала, в котором отсутствуют составляющие погрешности, вносимые аналоговым коммутатором 4, Блоком 7 управления обеспечивается синхронизация работы аналогового коммутато=АЦП 5, усилителей-преобЪ 84разователей 2,1-2,М и блока 6 цифровой обработки. Рабата усилителей-преобразователей 2.1-2,11 (фиг.2) основана ка последовательной коммутации выходов ОУ 1 и 12 к первичной обмоткеграксфарматаров 10.1-10.11 соответственно к началу и концу обмотки аналоговыми ключами 19 и 20. Этим обеспе- .чивается получение на вторичной обмотке трансформаторов 10,1 - 10.И импульсов разной полярности. На выходеОУ 11 и 12 при разомкнутых аналоговыхключах 19 и 20 напряжение всегдабольше, чем напряжение на входе, навеличину, разную падению напряженияна импульсных диодах 13, 15 или 14,16, чем обеспечивается быстрое нарастание напряжения ка выходах усилителей-преобразователей 2.1-2.Ч привключении аналоговых ключей 19 или20. ОУ 11 и 12 применены для уменьшения длительности переходных процессов, подавления помех, вызванныхсигналами управления аналоговыми ключами 19 и 20, а также для компенсацииразброса параметров аналоговых ключей19 и 20. Коэффициент передачи усилителей-преобразователей 2,1-2,0 практически равен коэффициенту трансформации трансформаторов 10,1"1 О.И (К =1). Для обеспечения необходимойчувствительности и частоты измеренияприменены усилители 3.1-3.И, к выходам которых через аналоговый коьягутатор 4 подключается АЦП 5,Питание усилителей-преобразователей 2,1-2.И и блока управления ключами 19, 20 осуществляется усилителем 8мощности, к выходу которого подключены трансформаторы 9.1-9.И, Переменноенапряжение на вторичной обмотке трэнсформаторав 9.1-9.И выпрямляется диодным мостом 21 и после Фильтрацииподается на соответствующие выводы ОУ11 и 12. Сигналы управления аналого"выми ключами 19 и 20 снимаются с вы"ходов а и б делителей напряжения нарезисторах 25, 4 и 22, 23 и подаются на соответствующие входы управления аналоговых ключей 19 и 20,Синхронизация работы отделькых,элементов системы обеспечивается следующим образам.Задающий генератор 32 генерируетсигнал определенной частоты, из которого формирователем 33 и триггером 34 формируются синхрозмпульсы ца" и "б"5 14 (Фиг,4). При поступлении цз блока 6 цифровой обработки и регистрации сигнала "В" о готовности принять информацию триггер 38 готовности переходит В нулевое состояние ц при появлении сигнала "б" переводит триггер 39 состояния В состояние "к" разрешающее начало процесса измерения. Появление сигнала "к" на Входе счетчика 35 номера канала разрешает переключение канала аналогового коммутатора .4, а на выходе логического элемента И 4 О Формируется импульс "д", задним ФронГом которого запускается одновибратор 41, Формирующий сигнал "е" для запуска АПЛ 5, который преобразовывает неинвертированный входной сигнал В цифровой код. конец преобразования определяется переводом сигнала "ж" АЦП 5 из высокого в низкий уровень, а на выходе логического элемента И 36 Формируется импульс "з", задним фронтом которого записывается информация в буферный регистр 42 (Фиг.3). При последующем изменении уровня сигнала "б" через аналоговый коммутатор 4 на вход АЦП 5 поступает инвертированный входной сигнал. Задним Фронтом второго импульса "длогического элемента И 40 Формируется второй импульс "е" запуска АЦП 5 и происходит преобразоняние инвертированного ВхОднОГО си 1- налЯ В цифровой код, СиГнал ж кон ца преобр"зования В этот раз не может изменись состояние логического элемента И 36, так как он блокирован низким уровнем сигнала "б", и запись информации в буферный регистр блока 6 не происходит. Содержание буферного регистра блока 6, соответствующее значению неицвертированного Входного сигнала, и содержание вь",ходного рег 1: тра АЦП 5 соответствующее значению инвертированного входного сигна Я, суммируется в сумматоре 43 блока 6 и передается ца вход интерфейса 44 блока 6. Знак определяется полярностью неинвертироваццого сигнала и Фиксиру тся при первом измерении в буферном регистре блока 6Задним Фронтом второго импульсаодноцибратора 37 тоиггер 38 состояния переводится в начальное еди- нцчное состояние и блокирует прохождение тактовых импульсов до прихода очередного сигнала в" из интерфейса слока 6 о готовности принять информя цию. Ка",дый импульс "б" при положи 03368 6 5 10 15 20 25 80 35 40 50 тельцом сигнале к" переводит счетчик 35 номера канала в новое состоял цние л, чем обеспечивается автоматическое изменение канала после завершения измерения неинвертированного и инвертированного входного сигнала.Увеличивание частоты преобразования сигнала позволяет увеличить частоту измерений или число исследуемых сигналов, что в свою очередь позволяет сократить время проведения эксперимента или уменьшить число оборудования, используемого дпя автоматизации проведения эксперимента. Увеличение частоты преобразования позволяет умень 1 пцть габариты и проходную емкость трансформаторов, что позволяет значительно уменьшить влияние синФазной помехи и Внешних магнитных полей на точность измерения. Формула изобретения Система сбора и регистрации измерительной информации, содержащая датчики, усилители-преобразователи, питающие и сигнальные трансформаторы аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок цифровой обработки, усилитель мощности и блок управления, причем выходы датчиков соединены с сигнальными входами усилителей-преобразователей, входы питания которых через соответствующие питающие трансформаторы соединены с выходами усилителя мощности, вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым управляющим входом блока цифровой обработки, первичные обмотки соответствующих сигнальных трансформаторов подключены параллельно сигнальным выходам усилителей-преобразователей, выход аналогового коммутатора через аналого-цифровой преобразователь соединен с информационным входом блока цифровой обработки, управляющие выходы последнего и аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с первым и вторым Входами блока управления, третий выход .Оторого соединен с управляющимВходом аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ а я с ятем,. что, с целью повышения быстродействия, в нее введены усилители,Входы которых подключены параллельноВторичньм обмоткам соответствующих1 о сцгнальиь 1 х трансформаторов, а ныходык соответствующим нходам аналогового коммутатор:, управляющий вход которого соединен с четвертью выходом бло - ка управления, пятый выход которого соединен с вторым управляюпим входом блока цифровой обработки, средние точки первичных обмоток сигнальных трансформаторов соединены с общей шинбй, а усилители-преобразователи содержат два операционных усилителя, четыре диода, два аналоговых ключа, семь резисторов, диодный мост, два стабилитрона и три конденсатора,причем неинвертирующие входы операционных усилителей соединены с сигнальным входом усилителя-преобразователя, сигнальные выходы которого соединены соответственно через первый, второй аналоговые ключи с выходами первого, второго операционных усилителей и через первый, второй резисторы - с инвертирующими входами операционных усилителей, которые через соединенные встречно параллельно первый, второй, третий, четвертый диоды соответственно соединены с выходами собственных операционных усилителей, входы питания усилителя-преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами диодного моста и через третий и четвертый резисторы - с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей, параллельно которым подключены последовательно соединенные пятый и шестой резисторы, объединенные выводы которых соединены с общей шиной, минусовая шина питания операционных усилителей непосредственно, а плюсовая - через седьмой резистор соединены с соответствующими выходами диодного моста, которые зашунтиронаны первым конденса),1 Е)Я 3тором, мииуеоная ппьиа питания операционных усилителей через последовательно соединенные стабилитроны,за" шунтцрованные вторым и третьим конденса торами соответственно, соединена с плюсовой шиной питания, а объединенные вьноды стабилитронов - с общей пиной.1 О2. Система по п,1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок управлениясодержит задающий генератор, формирователь, три триггера, два элемента И,два однонибратора и счетчик номераканала, причем выход задающего генератора через формирователь соединенс входом первого триггера и первымвходом первого элемента И, выход которого через первый одновибратор соедцнен с третьим выходом блока управления, первый выход которого соединенс иннертируы:Пим выходом первого триггера и с П-входом второго триггера,счетныц вход которого через второйодновибратор соединен с первыми,входами второго элемента И и блока управления, второй вход которого соединен с К-входом второго триггера, пря- ЗО мой выход которого соединен с К-входом третьего триггера и вторым выходом блока управления, а инвертирующцй выход - с 0-входом третьего триггера, счетный вход которого соединенс прямьм выходом первого триггера, 35вторым входом второго элемента И ипервым входом счетчика номера канала,второй вход которого соединен с прямым выходом третьего триггера.и вторым входом первого элемента И, выходы счетчика номера канала и второгоэлемента И соединены соответственнос четвертым и пятым выходами блокауправления.роектная,роиэводственно-полиграФическое предприятие, г, У Тирам ВНИИПИ Госу по делам 313035, Москва928 Подрственного комитета СССзобретений и открытий Ж, Раувская наб., д