Функциональный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 785008 А 51)5 8 06 О 7/26 ОБРЕТЕН И ИЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ титут им,. иалистиР Р РАЗОВАИзобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к функциональным преобразователям, и может быть использовано при построенйи информационно-измерительных сйстем.Известны функциональные преобразователи, используемые в информационно-из. мерительной технике (1, 21.Наиболее близким по технической сущности является функциональный преобразователь (1), функцией преобразования которого является преобразование напряжения в код. Оно содержит интегратор, ис-. точник образцового напряжения, коммутатор, ключ, конденсатор, источник тока, компаратор, триггер, генератор и цифровой измеритель временных интервалов, Важным достоинством этого устройства является довольно высокая точность при относительной его простоте и невысоких требованиях по точности к блокам, входяГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Киевский ПЬлитехнический ин50-летия Великой ОктябрьСкой соческой революции(72) И. Ю. Сергеев и Р. В, Шерстю (56) 1. Авторское свидетельство С . В 1109765, кл. 6 06 6 7/26, 1984.2, Авторское свиДетельство С .М 567206, кл. Н 03 К 13/20, 1975, (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБ ТЕЛЬ 2(57) Функциональный преобразователь относится к области информационно-измерительной техники и может быть использован при построении информационно-измерительных систем. Сущность изобретения; функциональный преобразователь содержит интегратор, ключ, комг 1 аратор; конден-сатор, источник эталонного напряжения, два коммутатора, генератор эталонной частоты, источник тока, цифровой измеритель временных интервалов, блок формирования временных интервалов, "цифроаналоговый преобразователь, дешифратор, блок синхронизации, блок формирования опорных напряжений. 6 ил,лЭщф щим в его состав. Однако точность такого устройства ограничена принципиально на-, личием составляющей погрешйости,вызванной абсорбцией конденсатора интегратора; Наличие этой погрешности р обусловлено наличием постоянной составляющей напряжения на конденсаторе ин- теграторе, зависящей от входного напряжения, Это является существенным С недостатком данного устройства. Кроме то-, ОО го, данное устройство обладает сравнительно невысоким быстродействием, поскольку выходной ход устройства при фиксирован-. д ной эталонной частоте генератора квантующих импульсов прямо йропорциойален времени преобразования, Это также является существенным недостатком устройства,Целью настоящего изобретения является повышение быстродействия, э также точности преобразования за счет снижения17850083 4погрешности от абсорбции конденсатора Устройство работает циклически. Для интегратора, начала рассмотрим работу устройства, счиНа фиг, 1 приведена структурная схема тая, что уровень ОО 1 на втором входе компа. предлагаемогоустройства; на фиг.2 - при- ратора 3 фиксирован и равен нулю мер построения блока анализа и формиро (полагаем, что выход устройства 11 временвания временных интервалов; на фиг, 3,4 - но отключен от компаратора 3, э на второй примеры построения блока формирования вход компаратор 3 подан нулевой потенциопорных напряжений, на фиг, 5, 6 - : времен- ал). Тогда временная диаграмма на выходе ные диаграммы, поясняющие работу уст- интегратора 1 для двух различных напряжеройства,.: 10 ний показана на фиг. 5, а; временная диагФункциональнйй преобразователь со- .Рамма на первом входе компаратора 3 - на держит интегратор 1, подключенный пер-фиг; 5, б; на управляющем входе ключа 2 - вым входом ко входу устройства, ключ 2, фиг. 5, в; на выходе компаратора 3 - фиг. 5, подключенный к выходу интегратора 1, ком- д для варианта 1 (фиг. 5, а) и на фиг. 5, и для паратор 3, подключенный первым входом к 15 варианта 2; выходные напряжения блока 10 ключу 2, конденсатор 4, включенный меж- для варианта 1; триггера 18 - фиг, 5, е, тригду первым входом компаратора 3 и точкой гера 19 - фиг, 5, ж, триггера 20 - фиг. 5, а, постоянногопотенциала, например общей Работает устройство следующим обрашиной устройства, источник образцового зом. С выхода блока 17 на ключ 2 поступает напряжения 5, коммутатор 6, подключен управляющий ймпульс, позволяющий заный к источнику 5, генератор 7 эталонной помнить выходное напряжение интегратора частоты, источник тока 8, Цифровой измери в этот момент на конденсаторе 4, одновретель временных йнтервалов 9, подключен- менно в единичное состояние устанавливаный к генератору 7 и к выходу устройства, ется триггер 18, что соответствует началу блок формировайия временных интервалов 25 временного интервала Ть поступающего на 10, подключенный к выходу компаратора 3, управляющие входы коммутаторов 6, 12, ко вхбдгу цифрового йзмерителявременных блоки 9, 14 и вход синхронной установки интервалов 9 и ко входууправления комму- триггера 19, Импульс длительностью Т) уптатора 6, блокформирования опорных на- равляет коммутатором 6 так, что во время пряжений 11, подключенный к выходу 30 его действия на вход блока 13 поступает интегратора 1 и ко второму входу компара- напряжение+ Е, на вход интегратора 1-ток тора 3,коммутатор 12,подключенныйкпер- Е 1+ 1 . 1- (1 + --- ), а во время его отсутствиявому входу компаратора 3, к источнику тока йе К28 и к выходу блока анализа и формирования поступает на вход блока 13 напряжение -Е, времейных интервалов 10, цифроаналого 35 где й - основание систем счисления: тот же вйй преобразователь 13, подключенный ко импульс подключает к конденсатору 4 исвторому входу интегратора 1 и к коммутато- точник тока 1 блока 8 через коммутатор 12, .ру 6, дешифратор 14, включенный между который, начинает разряжать этот конденсавыходом блока анализа и формирования тор. В момент достижения уровня сравневременных интервалов 10 и цифровым вхо ния О 01 (в данном случае считаем его дом цифроаналогового преобразователя 13, равным нулю) на выходе компаратора 3 пои блок синхронизации 15, подключенный к является нулевой уровень, который поступагенератору 7, к ключу 2, к цифровому изме ет на вход синхронного сброса триггера 18,ритеггю временных интервалов 9, к блокуи синхронной установки триггера 19, С приформирования временных интервалов 10, а 45 ходом ближайшего тактового импульса затакже к блоку формирования опорного на- канчивается временной интервал Ть пряжения 11, Примером построения блока завершается разряд конденсатора.4 и нациформйрования временных интервалов 10 нается временной интервал Т)может. служить устройство, состоящее изС О - Отрех включенных последовательно тригге. 50 Т - - -х - ) --= Кч(й - Ь) . (1) ров 18; 19 и 20 с соответствующими связями, Примерами построейия блока где О) - напряжение на выходе интегратора формирования опорного напряжения 11 мо- в момент запоминания;гут служить устройства, приведенные,на О) -остаточноенэпряжениенаконденфиг, 3, содержащее ключи 21 т 22, 23, конден саторе 4 после разряда током -1;саторы 24, 25 и операционный усилитель 26 С 1 л значение емкости конденсатора 4; с соответствующими связями, на фиг. 4 со- ит коэффициент преобразования надержащее ключи 34, 35, конденсаторы 36 и . пряжения во временной интервал,37, операционный усилитель 33 и резисторы32 с соответств ющими связями дешифратором 14 так, что на вход интегра1785008 6Обозначим тора 1 во время его действия поступает токЕ 1 1-- (1+ - + - ), Этот же импульс подВЕ й 21 ключает к конденсатору 4 источник токаф - ,И который начинает заряжать этот конденсатор. В момент достижения уровня сравнения компаратор 3 изменяет свое состояние на единичное. При поступлении ближайшего тактового импульса заканчивается временной интервал Т завершэется заряд1конденсатора 4 и начинается временной интервал ТИ Т Т5 Т 1+ =Т -- + -10 1000;91 Т - 2 Т 1тх+ где Вх - резистор тору 1 подключаеС - номинал Иэ (4) получа Ох,егратора Т 1 - 1. - То . (9)100где Ои -остаточное напряжение на конден 1 . М Ь 3 Ь саторе 4 после разряда током - , Им- . Их= й -- . - , (10)М20 2 10100пульс длительностью Т управляет . где й = 0,455-Т 1 о, дешифратором 14 так, что на вход ин-:. Й=Т Ьо,ч 1 тЕГратОра 1 ВО ВрЕМя ЕГО дЕйетВИя ПО- Ч =Т Ьо ае т Е 1 1 1 Э М 1=Ти 10.р ( К 2)Математические операции сложения; вычиимпульс подключает к конденсатору 4 ис- тания и деления, необходимые для вычисле 1 ния (10), легко реализуются припримейении точник тока -- , В момент достижения микропроцессора, иИз выражения (10) следует, что дискретуровня сравнения на выходе компаратора 3 ость выходйого кода увеличйлась (в дэнпоявляется нулевой уровень, При поступле ном случае в 100 раз). Это означает, что для- 30 нии ближайшего тактового импульса закан- . достижения заданной дискретности .кода в чивается временнои иерал Т предложенном устроистве ребус меньИ Ии С О - О ) 212 О и О и 1): " шее время (в данном случае в 100 раз), т.е, 11 =.= ит 1,11 . ., значительно повышается быстродействие И(3)функционального преобразователя, При исгде О - остаточное напряжение на конден- пользовании"в качестве уровйя сравнениясаторе 4 после разряда током - 1 ,: фиксированного потенциала выходное напряжение ийтегратора 1 имеет постоянную После завершения импульса Т и до начала 40 соСтавляющуЮ, которая изменяется в завиинтервала Т+т, на вход интегратора 1 посТу- симости от знака и уровня входногосигналафиг. 5 а. Так как при наличиина конденса- т (1 д + 2): :, торе постоянйой составляющей возникаетЕ ЯЗапишем уравнение баланса зарядов . . эффект абсорбции (когда после кратковрена конденсаторе интегратора 1 в течение 45 менного зэкоРачиваниявыводов-конденсэ-цикла Т: , тора на нем восстанавливается остаточное напряжение), который снижает точностЬ преобразования, Поэтому для точных изме- (1 + --- ) +- хрений .необходимо иринимать меры по 1 1 ЕТ 1 й 2 1 е Суменьшению этого эффекта. Значительноеуменьшение этого эффекта путем умйньше- (1 + д +. 2)С (" д - 2) +ния постоянной составляющей на конденса: торе йнтегратора в предлагаемомИ + Е Т 1 - Т 1 - Т 1 (1 1 + 1 ) 0 (4) устройстве осуществлявтся путем введения С Й ц 25 изменяемого уровня компарирования, ,через который к интегра- . Рассмотрим работу устройства, изобратся напряжениежейного на фиг, 1, От описанного алгоритма конденсатора инт работа в данном случае отличается лишьтем, что уровень компарирования Оо 1 форем, считая М =-10 мируется таким образом, чтобы постояннаястоящего иэ операцйонного усилителя 26 и 25 30 35 40 45 50 составляющая на конденсаторе интегратора была равна либо близка к нулю.Возможные варианты исполнения блока 11 приведены на фиг, 3 и 4. Так, работа устройства, изображенного на фиг. 3, осуществляется следующим образом. В момент достижения на выходе интегратора 1 пикового значения А (рис. 5, а) замыкается ключ 21 и производится заряд конденсатора 24, после чего ключ размыкается. Заряд передается на конденсатор 24 после замыкания ключа 22, после чего ключ 22 размыкается. Аналогично поступают при достйжении значения В. Если значение конденсатора 25 выбрано в два раза больше, чем конденсатора 24, на выходе операционного усилителя 26 будет полусумма напряжений, соответствующих моментам А и В. Изменение заряда конденсатора 30 и, соответственно, выходного напряжения Оо 1 происходит до тех пор, пока точки А и В будут соответствовать напряжению одного уровня и разного знака, Ключ 23 предназначен для быстрой установки интегратора, сокойденсатора 25, в случае необходимости в нулевое состояние, Таким образом постоянная составляющая напряжения на конденсаторе интегратора 1 устанавливается примерно равно нулю, в результате чего погрешность, обусловленная абсорбцией конденсатора интегратора, существенно уменьшается (практически ликвидируется),Введение в состав устройства блока айализа и формирования временных интервалов, блока формирования опорного напряжения, второго коммутатора, цифроаналогового преобразователя, дешифратора и блока формирования временных интервалов с соответствующими связями выгодно отличает предлагаемое устройство от известного; поскольку это обеспечило ему повышение быстродействия, а также точности за счет снижения погрешности от абсорбции конденсатора интегратора, Повышение быстродействия и точностй,позволяет увеличить поток информации от объекта исследования, если предлагаемое устройство используется в автоматизированной системе, врезультате чего повышается производительность и эффективность системы. 5 10 15 20 Формула изобретения Функциональный преобразователь, содержащий интегратор, подключенный первым входом к входу преобразователя, а выходом через ключ подключенный к первому входу компаратора, запоминающий конденсатор, включенный между первым входом компаратора и общей шиной преобразователя, источник эталонного напряжения, выходы которого соединены с информационными входами первого коммутатора, цифровой измеритель временных интервалов, тактовый вход которого подключен к выходу генератора эталонной частоты, а выходявляется выходом преобразователя, источник тока, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности преобразования за счет снижения погрешности от абсорбции конденсатора интегратора, в него введены блок формирования временных интервалов, второй коммутатор, дешифратор, блок синхронизации, цифроаналоговый преобразователь, блок формирования опорных напряжений, выход компаратора через блок формирования временных интервалов соединен с информационным входом цифрового измерителя временных интервалов, выход блока формирования временных интервалов соединен с управляющим входом второго коммутатора и через дешифратор с управляющим входом первого коммутатора и с цифровым входом первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а выход - с вторым входом интегратора, выходы источника тока через второй коммутатор соединены с первым входом компаратора, соответствующие выходы блока синхронизации соедийены с управляющим входом ключа, с входом сброса формирователя временных интервалов и входом начала отсчета цифрового измерите-. ля временных интервалов, выход генератора эталонной частоты соединен с тактовыми входами формирователя временных интервалов и цифрового измерителя временных интервалов, управляющий вход блока фор-, мирования опорных напряжений соединен . с соответствующим выходом блока синхронизации, информационный вход соединен с выходом интегратора, а выход соединен с вторым входом компаратора.1785008 оставитель И,Сергеевехред М,Маргентал Корректор М.Кере Редактор Н,Коляда каз 4367Тираж . Подписное ВНИИПИ,Государственного комитета по изобретениям и Открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. п 1 1