Цифровое измерительное устройство для обработки сигналов частотных датчиков

(51) 5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН датчиков. Цель изобретения - повышение точности - достигается за счет уменьшения погрешности линеаризации характеристик измерительного тракта, Устройство содержит входной формирователь 1,формирователь 2 измерительного интервала, счетчик 16 нечетных чисел, шину 17 установки в единичное состояние, регистры 18 и 22 памяти, шины 19, 24 и 27 предварительной установки кода, комбинационные сумматоры 20 и 21, схему 25 совпадения, счетчик 26 результата, блок 28 цифровой индикации. Формирователь 2 измерительного интервала содержит счетчик 3 периодов, шины 4 и 13 предварительной установки кода, одновибратор 5, блоки 6 и 10 выделения заднего и переднего фронтов измерительного интервала соответственно, Т-триггер 7, элементы а 8 и 14 совпадения, ЯВ-триггер 9, элемент ИЛ И 11, вычитающий счетчик 12. кварцевый генератор 15. 1 з,п, ф-лы, 4 ил. информацительной техьзовано в ых системах тик измерио-частотных реобразоваповышечет повыии при х фактоЦелью изобретения являетс ние точности, что достигается за шения точности линеариза компенсации дестабилизирующ ров известными приемами. На фиг. 1, 2 представлены гр ясняющие работу устройства; н схема устройства; на фиг. 4 - д поясняющие работу устройства. Выражение (1) может быть и следующему виду (фиг. 1. 2): у 1= ах 1,гдеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова(56) Авторское свидетельство СССР М 560186, кл, 6 01 й 23100, 1977.Авторское свидетельство СССР М 1247770, кл. 6 01 й 23/00, 1986.(54) ЦИФРОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах для линеаризации характеристик измерительных трактов вибрационно-частотных Изобретение относится к онно-измерительной и вычисли нике и может быть испол информационно-измерительн для линеаризации характерис тельных трактов вибрационн датчиков, имеющих функцию и ния вида+ их+ с, (1) еряемая физическая величина; кущее значение периода электриебаний на выходе датчика;- градуировочные константы дат 1 й 23/00, Н 03 К 3/02Для реализации выражения (2) цифровым устройством оно представляется уравнением следующего вида:гпэП 1 У 1+1М=10 Я - количество квантуемых периодов;1 - показатель степени, обеспечивающий требуемый масштаб представления результата преобразования;Ь - число используемых десятичных разрядов представления результата;ц - число разрядов счетчика периодов.Значения 1, и, 9 выбираются из натурального ряда чисел, Обозначив1 аах = епКщу 1; - = еМ( ;(. М)2х = епфоМх 1 = епфо Мц- (-Ид);д=еп 1( 2, 1о МЬгде епт (- оператор выделения целойчасти числа, находящегося в скобках, получим целочисленное представление канонического уравнения параболы вследующем виде:2 рк= х, (3)где р= ест ( - целочисленный пара 1 о М2 таметр (расстояние от фокуса до директрисыпараболц).Алгоритм, воспроизводящий траекторию параболы, можно записать в формеследующих рекуррентнцх соотношений;51 =1 - р51+1=Ь + 2 х 1 + 3Ь+2 х+3-2 р,если Я О, выполнитьЧ 1если Я Ж, выполнить Ч 2, (4)где 31 - значение вспомогательной функции для определения направления при выполнении первого шага;р- целочисленный параметр параболы;Бв 1, Я - значения вспомогательнойфункции на текущем и предыдущем шагах;х - дискретное текущее значение аргумента параболы;Ч 1 - вектор, определяющий перемещение на один шаг вдоль оси Х: (Х+ 1):Ч 2 - вектор,. определяющий диагональное перемещение при выполнении единичных шагов вдоль осей х иодновременно(Х+ 1, а+ 1),Выбор в качестве элементарных шаговвекторов Ч 1 и Ч 2 налагает некоторые ограничения на крутизну воспроизводимого участка параболы, Наибольшая крутизна в этомслучае не может превысить крутизну вектора Чг, угол наклона которого оси х составля 5 ет 45 О, а угловой коэффициент не долженпревышать единицу (19 45),= - 1,1 2 х2 роткуда охр10 Таким образом выражение(4) сохраняетработоспособность при. нахождении параболы в пределах 1-го октантэ системы координат х-, при изменении аргумента х винтервале (О, р. Случаи выхода параболы15 (3), обращенной выпуклостью вниз (то естьпри р 0), за пределц 1-го октанта могут бытьсведены к рассмотренному выражению растяжкой масштаба по оси х.Устройство содержит входной форми 20 рователь 1, формирователь 2 измерительного интервала, состоящий издвоична-десятичного счетчика 3 периодов сшиной 4 предварительной установки кода,одновибратора 5, блока б выделения задне 25 го Фронта импульса измерительного интепвала,Т-триггера 7, трехвходового элемента 8совпадения, ЯВ-триггера 9, блока 10 выделения переднего фронта импульса измерительного интервала, элемента ИЛИ 11,30 вычитающего двоично-десятичного счетчика 12 с шиной 13 предварительной установки кода, двухвходового элемента 14совпадения и кварцевого генератора 15,счетчик 16 нечетных чисел, шину 17 установ 35 ки в единичное состояние, регистр 18 памяти с шиной 19 предварительной установкикода, комбинационный сумматор 20, накапливающий сумматор, состоящий из комбинационного сумматора 21 и регистра 2240 памяти со знаковым разрядом 23 и шиной24 предварительной установки кода, элемент 25 совпадения, двоично-десятичныйсчетчик 26 результата с шиной 27 предварительной установки кода и блок 28 цифровой45 индикации.Устройство содержит последовательносоединенные входной формирователь 1,вход которого является входом подключения частотного датчика, формирователь 250 измерительного интервала и счетчик 16 нечетных чисел, установочный вход младшегоразряда которого соединен с шиной 17 установки в единичное состояние, кодовыевыходы счетчика 16 нечетных чисел соеди 55 нены с кодовыми входами слагаемого ком.бинационного сумматора 20. вход младшегоразряда слагаемого сумматора 20 подклю.чен к шине 17 установки в единичное состо.яние, кодовые входы другого слагаемогосумматора 20 соединены с кодовыми выхо) в счетчик 26 ре-д= ещ дами регистра 18 памяти, кодовые входы которого соединены с шиной 19 предварительной установки кода, выход суммы сумматора 20 связан с входами первого слагаемого сумматора 21, выход суммы сумматора 21 связан с кодовыми входами регистра 22 памяти; кодовые выходы регистра 22 памяти соединены с входами второго слагаемого сумматора 21, кодовые входы регистра 22 памяти подключены к шине 24 предварительной установки кода, инверсный выход знакового разряда 23 регистра 22 соединен с входом элемента 25 совпадения и входом управления выдачей информации из регистра 18 памяти, выход элемента 25 совпадения подключен к входу счетчика 26 результата, кодовые входы которого соедйнены с шиной 27 предварительной установки кода, а кодовые выходы - с кодовыми 20входами блока 28 цифровой индикации,вход счетчика 16 нечетных чисел соединен с вторым входом элемента 25 совпадения, второй выход формирователя 2 измерительного интервала соединен с входами управления предварительной установкой счетчика 16 нечетных чисел, регистров 18, 22 памяти и счетчика 26 результата. Формирователь 2 измерительного ин. тервала содержит последовательно соединенные счетчик 3 периодов, вход которого является входам формирователя измерительного интервала и соединен с выходом входного формирователя 1, Т-триггер 7, двухвходовый элемент 14 совпадения, вычитающий счетчик 12, элемент ИЛИ 11, Зй-: триггер 9 и трехвходовый элемент 8 совпадения, кодовые входы счетчика 3 периодое и вычитающего счетчика 12 соедине-" ны соответственно с шинами 4 и 13 предварительной установки кода, выход кварцевого генератора 15 соединен с первым входом двух- и третьим входом трехвходового элементов 8, 14 совпадения соответственно, выход Т-триггера 7 соединен с первым входом трехвходового элемента 8 совпадения, с входом блока 10 выделения переднего фронта импульса измерительного интервала, выходом подключенного к установочному входу 5 В-триггера 9, с входом блока 6 выделения заднего фронта импульса измерительного интервала, выход которого соединен с входом одновибратора 5, выход которого соединен с входом сброса Т-триггера 7, входом злемента ИЛИ 11 и входами установки исходных состояний счетчиков 3 и 12, а также является вторым выходом формирователя 2 измерительного интервала,Устройство работает следующим образом,Линеаризации предшествует установка нэ кодовых входах счетчика 3 периодов, еычитающего счетчика 12, регистров 18 и 22 памяти и счетчика 26 результата с помощью шин 4, 13, 19, 24 и 27 предварительной установки кода соответственно кодов констант выражения (4):М=10 - 1; Ид =епт 2 1:- 2 р = епт - -- );1 - р = 1 - ептОМ ОМ 2 ва2 аа еЬ -4 эс- ы =еп 1 Ка входах младших разрядов счетчика 16 нечетных чисел и первого слагаемого сумматора 20 с помощью шины 17 устанавливается потенциал логической "1" (лог. "1"). Цикл линеаризации начинается с появления на первом выходе формирователя 2 измерительного интервала импульса "Сброс", устанавливающего в исходные состояния все блоки устройства. Этот импульс вырабатывается на выходе одновибратора 5 при включении источника питания, а также в начале каждого нового цикла линеаризации. Импульс "Сброс" записывает код максимально возможного числа М - 1=10 - 1,подготовленный на шине 4, предварительной установки.кода в счетчик 3 периодов,о МЬ код числа . Мд - 1 = епт ) - 1,2 а подготовленный на установочной шине 13, в вычитающий счетчик 12, обнуляет Т- и ЯЯ-триггеры 7 и 9 соответственно, записывает единицу, подготовленную на шине 17, в младший разряд счетчика 16 нечетных чисел, остальные разряды которого сбрасываются е ноль, записывает код числа -2 =емо М) . подготовленныи наташине 19 предварительной установки кода в регистр 18 памяти, записывает код числао М1 - р =1 - епт ), подготовленный2 еанэ шине 24 предварительной установки кода, е регистр 22 памяти, а также код числа зультата, Эти процедуры соответствуют установке начала шкалы устройства, то есть расположению его в точке А (фиг. 1),Далее измеряемый сигнал с периодом Тх (фиг, 4), подаваемый на входной формирователь 1, преобразуется в нем в прямоугольные импульсы с периодом следования Тх (фиг, 4, вых, бл. 1), которые затем посту 1659891пают на вход счетчика 3 периодов, являющийся входом формирователя 2 измерительного интервала. Первый же импульс,пришедший на вход счетчика 3 периодов свыхода входного формирователя 1 после 5окончания действия импульса "Сброс" (фиг,4, вых. бл. 1, вых. бл. 5), переполнит счетчик3 периодов, а импульс переполнения своимпередним фронтом установит Т-триггер 7 вединичное состояние (фиг. 4, вых.бл, 7). Ттриггер 7 в единичном состоянии находитсядо тех пор, пока счетчик 3 периодов не сосчитает М=10 периодов измеряемого сигнала Тх, последний из которых (М-й)переключит Т-триггер 7 в нулевое состояние, В итоге на единичном выходе Т-триггера 7 будет сформирован импул ьсизмерительного интервала длительностьюТ= МТх. От переднего фронта импульса измерительного интервала срабатывает элемент 10 выделения переднего фронта(фиг,4, вых,бл, 10), устанавливающий инверсное плечо Зй-триггера 9 в нулевое состояние (фиг, 4, вых,бл. 9), Одновременно с этимизмерительный интервал Т=МТх на время 25своего действия разрешает прохождениеимпульсов образцовой частоты тоот кварцевого генератора 15 через элемент 14 совпадения на вход вычитающего счетчика 12(фиг. 4, вых.бл. 15), в котором эапи1 р МЬс а н код Йд= епт) - 1 . Импульс2 апереполнения (йд-й) вычитающего счетчика12, возникающий после досчета до нуля,пройдя через элемент ИЛИ 11, переведет 35инверсное плечо ЯН-триггера 9 в первоначальное единичное состояние,В итоге на инверсном плече Зй-триггера 9 будет сформирован временной интерМЬ 40вал Тд = - , который далее(фиг.4, вх.бл.2 а9) вычитается из измерительного интервалаТ=МТх(фиг; 4, вх.бл. 7) с помощью элемента8 совпадения, а разность ЬТ= Т-Тд"М (Т -- )(фиг.6, вых.бл. 8 при 10=1)Ь 452 азаполняется импульсами образцовой частоты в, образуемой кварцевым генератором15, Таким образом, на выходе элемента 8совпадения формируется пачка импульсов 50х в количестве х" АМ (Тх -- )(фиг 4Ь2 авых.бл, 8), которая поступает на вход счетчика 16 нечетных чисел, вход записи информации в регистр 22 памяти и вход элемента 55совпадения 25, К моменту поступления пер-вого импульса на вход счетчика 16 нечетныхчисел в нем, как уже отмечалось выше, записана единица, Счетчик 16 имеет на одинразряд меньше, чем сумматоры 20, 21 и регистры 18 и 22 памяти, содержащие по и разрядов. Сумматоры 20, 21 являются сумматорами, работающими в дополнительных кодах. При этом положительные числа кодируются нулем в знаковом разряде, а отрицательные и ноль-единицей. В целях обеспечения простоты реализации сумматоры 20 и 21, а также относящиеся к ним регистры 18 и 22 памяти целесообразно выполнить работающими в двоичных кодах. Кодовые входы празрядов счетчика 16 подключены к пстаршим разрядам кодовых входов первого слагаемого сумматора 20, на первый (младший) разряд которого от кодовой шины 17 подан потенциал логической "1" (лог. "1"). Благодаря такому включению на вход первого слагаемого сумматора 20 подаются нечетные числа, определяемые выражением И=2 х+ 3, где х=б,р. Перед поступлением первого импульса, то есть когда в регистре 22, являющемся регистром хранения текущего значения вспомогательной функции Ь, содержится ее начальное значение %=1 - р, равное отрицательному числу (поскольку р 1), вследствие чего на инверсном выходе знакового разряда 23 регистра 22 будем иметь логический "0", запирающий элемент 25 совпадения на входе счетчика 26 результата и вход разрешения выдачи информации из регистра 18, что соответствует подаче на вход второго слагаемго сумматора 20 нулевого числа, В итоге на выходе сумматора 20 появляется двоичный код числа "3" (000011)2, алгебраически суммируемый с отрицательным числом 31=1-р, после чего на выходе сумматора 21 образуется новое значение вспомогательной функции 32=31+3=4-р, которое затем после поступления первого импульса на вход записи информации регистра 22 переписывается в этот регистр. Таким образом, если Ь, О. вычисления будут выполняться по первой ветви выражения (4) 3+1"Зг+2 х+3 (фиг. 3, блоки 6, 7). Как только Ь с станет равным нулю или положительным числом (то есть если 51 Щ, на инверсном выходе знакового разряда 23 регистра 22 появится логическая "1", которая откроет элемент 25 совпадения на входе счетчика 26 результата, а также вход разрешения выдачи информации из регистра 18, что приводит к подаче второго слагаемого (-2 р) на вход сумматора 20. В этом случае вычисления будут выполняться по второй ветви выражения (4)Зн 1 8+2 х 1+3-2 р). Пока Ь М, элемент 25 совпадения ос.тается открытым и импульсы х поступают навход счетчика 26 результата, Таким образом, к концу измерительного интервала ЬТ= М (Тх -- ) на входсчетчика 26 реэуль- Ь 2 а тата поступит некоторое дозированное в со ответствии с выражением (4) количество1 импульсов г = ем- х. Эти импульсы,2 р сложившись с дополнительным кодом числагп 4 ас - Ь 10 гд =епт 4 а), ранее установлен-. ным в счетчике 26 результата, образуют результат преобразования г=гггд относительно оси Т, (фиг, 1). Ассоциируя счетчик 16 нечетных чисел с х-регистром (ось Х), а счетчик 26 результата - с г-регистром (ось г), можно заключить, что при реализации выражения (4) из начала системы координат х - г (точка А) строится траектория правой ветви параболы (3) путем выполнения элементарных шагов, определяемых единичными векторами Ч 1(х 1+1) и Чг(х+ 1; а+1). 8 конечном итоге результат преобразования, находящийся в счетчике 26 результата, поступает дпя отображения в блок 28 25 цифровой индикации,Следующий цикл линеаризации начинается появлением очередного импульса "Сброс", вырабатываемого на выходе одновибратора 5 (фиг. 4, вых.бл. 5), запускающе- З 0 гося блс".ом 6 выделения заднего фронта импульса измерительного интервала (фиг, 4, вых.бл. 6).Высокая. точность предлагаемого устройства, обусловленная тем, что абсолют- З 5 ная погрешность преобразования (1) не превышает +0,5 единицы шага разрядно. сти входной информации, позволяет расширить группу используемых дпя совместной работы частотных датчиков вибрационно частотными датчиками с электромеханиче-. скими колебательными системами (применяемыми, например, при измерении плотностей жидкостей и газов), требующими устройств линеаризации повышенной точ ности. Формул а изобретен ия1, Цифровое измерительное устройство 50 для обработки сигналов частотных датчиков, содержащее последовательно соединенные входной формирователь измерительного интервала и счетчик нечетных чисел, последовательно соединенные элемент совпадения, счетчик результата и блок индикации, а также шину установки в единичное состояние, соединенную с уста.новочным входом младшего разряда счетчика нечетных чисел, причем кодовые входы счетчика результата соединены с первой установочной шиной, а вход входного формирователя соединен с входом устройства. о тличающееся тем,что,сцельюповышения точности, в него введены вторая и третья установочные шины, первый и второй комбинационные вумматоры, первый регистр памяти, второй регистр памяти, кодовые входы которого соединены с третьей установочной шиной и выходом второго комбинационного сумматора, инверсный выход знакового разряда соединен с первым входом элемента совпадения и входом первого регистра памяти. а кодовый выход соединен с вторым входом второго комбинационного сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого комбинационного сумматора, вход младшего разряда последнего соединен с шиной установки в единичное состояние, второй вход соединен с выходом счетчика нечетных чисел, а первый вход - с выходом первого регистра памяти, кодовый вход которого соединен с второй установочной шиной. а вход сброса соединен с вторым выходом формирователя измерительного интервала и входом сброса счетчика нечетных чисел, второго регистра памяти и счетчика результата; причем второй вход элемента совпаде" ния соединен с первым выходом формирователя измерительного интервала и входом счетчика нечетных чисел,2, Устройство по п,1, отп и ча ю щеес я тем, что формирователь измерительного интервала выполнен в виде первой и второй шин предварительной установки кода, счетчика периодов, Т-триггера, первого элемента И, блока выделения переднего фронта измерительного интервала Яй-триггера, последовательно соединенных кварцевого генератора. второго элемента И, вычитающего счетчика и элемента ИЛИ, а также последовательно соединенных блока выделения заднего фронта измерительного интервала и одновибратора, выход которого соединен с вторым выходом формирователя измерительного интервала, с вторым входом элемента ИЛИ и входами сброса Т-триггера, вычитающего счетчика и счетчика периодов, вход которого соединен с входом формирователя измерительного интервала, кодовый вход соединен с первой шиной предварительной установки кода, а выход - с входом Т-триггера, выход которого соединен с входом блока выделения заднего фронта измерительного интервала, вторым входом второго элемента И, первым входом первого элемента И и входом блока выделения переднего фронта измерительного ин 1659891 12тервала,выход которого соединен с 5-входом 5 В-триггера, В-вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход - с вторым входом первого элемента И, третий бход которого соединен с выходом кварцевого генератора, а выход соединен с первым выходом формирователя измерительного интервала, причем кодовый вход вычитаюаего счетчика соединен с второй шиной 5 предварительной установки када.1659891 ю ЯРК Йкй 7 быа 5 а 3 прц 3 Редактор Т.Лошкарева Заказ, 1841 Тираж 444 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбюют "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 л 1Ююбя. Ю Составитель А.ДворниковТехред М,Моргентал Корректор М,Демчик