Измерительный функциональный преобразователь

(22) Заявлено 24.07,81 (21) 3326373/18-21с присоединением заявки Но(23) ПриоритетОпубликовано 23.12.82.Бюллетень йо 4 7Дата опубликования описания 23.12.82 Р 11 М Кз Н 03 К 13/20 Гоеударственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий,М. Стри вовский ордена Ленина политехнически институт им. Ленинского комсомоланеных дав унк повышение точфункций и расвозможностей Изобретение относится к цифровой измерительной технике, предназначено для применения в линеаризаторах характеристик первичных измерительных преобразователей с частотным выходом и может быть приме но для линеаризации характеристик пирометрических и других температурдатчиков, расходомеров, датчиковления и др.Известен цифровой функциональный преобразователь для многоканальных измерительных систем, содержащий первый двоичный счетчик, ключи, схему свертки, Формирователь, второй двоичный счетчик, первый запоминающий регистр, постоянное запоминающее устройство, двоично-десятичный счетчик, первые ключи выхода на магистраль, схему сравнения кодов, логический преобразователь, второй запоминающий регистр, вторые ключи выхода на магистраль 13.Недостатками этого устройства являются сложность и ограниченные функциональные возможности, так как он предназначен для линеаризации только монотонных функций.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является час тотно-импульсный функциональный генератор, содержащий генератор эталонной частоты, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, дешифратор запоминающий блок, управляемый делитель частоты, элементы И первой и второй группы, сумматор-вычитатель,элемент И 21Известное устройство воспроизводит только Функции вида у = а х- и+Ь не может воспроизводить функции ви+ Ьда у=ах с, что снижает его Ф ци" ональные возможности и снижает точ.ность приближения функций. Точность приближения функций снижает также отсутствие канала коррекции погрешности приближения.Цель изобретения -ности воспроизведенияширения Функциональныхпреобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий счетчик, первая группа выходов которого через дешифраторподключена к входу блока памяти, первый реверсивный счетчик, первый и второй блоки элементов совпадения первый и второй элементы ИЛИ, первы.управляемый делитель частоты, выход которого соединен с первым входом первого блока сложения-вычитания импульсных последовательностей, выход которого подключен к сигнальному входу первого реверсивного 5 счетчика, установочный вход которого соединен с первым выходом блока памяти, первая группа выходов которого соединена с группой входов первого управляемого делителя частоты, 10 к входу которого через первый элемент ИЛИ подключены выходы первого блока элементов совпадения, первая группа входов которого соединена с выходами разрядов первого ре версивного счетчика и первой группой входов второго блока элементов совпадения, вторая группа входов которого соединена с второй группой входов первого блока элементов совпадения и с второй группой выходов счетчика, выходы второго блока эле" ментов совпадения подключены к входам второго элемента ИЛИ, введены второй и третий реверсивные счетчики, третий и четвертый блоки элементов совпадения, третий и четвертый элементы ИЛИ, второй, третий и четвертый управляемый делители частоты, второй и третий блоки сложения-вычитания импульсных последовательностей, причем первый вход второго блока сложения-вычитания соединен с выходом второго управляемого делителя частоты, второй вход с выходом третьего управляемого делителя частоты, 35 а выход - с сигнальным входом второго реверсивного счетчика и первым входом третьего блока сложения-вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого блока сложения-вы читания, а выход соединен с сигнальным входом третьего реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с вторым выходом блока памяти, вторая группа выходов которого 45 соединена с информационными входами третьего реверсивного счетчика, третья группа выходов блока памяти сое,динена с информационными входами первого реверсивного счетчика, чет вертая группа выходов, блока памяти соединена с информационными входами. четвертого управляемого делителя частоты, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход - с вторым входом первого блока сложения-вычитания, пятая группа выходов блока памяти соединена с инФормационными входами второго управляемого делителя частоты, шестая группа выходов подключена к информа ционным входам второго реверсивного счетчика, седьмая группа выходов блока памяти соединена с информационными входами третьего управляемого делителя частоты, третий вы ход блока памяти подключен к установочному входу второго реверсивного счетчика, выходы разрядов которога соединены с первой группой входов третьего блока элементов совпадения, вторая группа входов которого соединена с второй группой выходов счетчика и с первой группой входов четвертого блока элементов совпадения, вторая группа входов которого подключена к выходам разрядов второго реверсивного счетчика, выходы третьего блока элементов совпадения через третий элемент ИЛИ подключены к входу второго управляемого делителя частоты, выходы четвертого блока элементов совпадения соединены через четвертый элемент ИЛИ с входом третьего управляемого делителя частоты.На Фиг. 1 представлена структурная схема измерительного функционального преобразователя на фиг.2- варианты выполнения блока сложения- вычитания импульсных последовательностей (а - комбинированный блок сложения-вычитания 5 - блок сложения; 6 - блок вычитанияи временные диаграммы, иллюстрирующие его работу; ъ- управляемый блок сложения= вычитания ; на фиг. 3 - графики к пояснению принципа работы преобразователя.Преобразователь содержит входную шину 1, реверсивные счетчики 2-4; счетчйк 5, блоки 6-9 элементов совпадения, элементы ИЛИ 10-13, управляемые делители 14-17. частоты, блоки 18-20 сложения-вычитания импульсных последовательностей, дешифратор 21, блок 22 памяти.Комбинированный блок сложения-вычитания (Фиг. 2 а) содержит входы 23 и 34, выход 25, элемент 26 вычитания, элемент 27 задержки, элемент ИЛИ 28.Блок сложенияфиг. 26) содержит элемент 29 задержки, элемент ИЛИ 30.На фиг. 26 представлен блок вычитания, содержащий О-триггер 31 и элемент ИЛИ 32, где 33 и 34 - сигна- . лы. на С- и О-входах соответственно О-триггера 31 35 - сигнал на выходе О-триггера 31; 36 - сигнал на выходе блока вычитания,.Управляемый блок сложения-вычитания фиг. 2,ъ) содержит элементы И 37, 38, элемент 39 сложения, элемент 40 вычитания и инвертор 41.Комбинированный блок сложения- вычитания (фиг. 2,а) образуется коммутацией входов и выходов блока сложения фиг. 2,6 ) и блоха вычитанияФиг. 2,в) .Счетчики 2 и 5, блоки 6 и 7, элементы 10 и. 11, делители 14 и 15 и блок 18 образуют канал аппроксимирующей функции.Счетчики 3 и 5, блоки 8 и 9, элементы 12 и 13, делители 16 и 17 и блоки 19 образуют канал корректирующей функции (канал коррекции). Результат преобразования фиксируется счетчиком 4. Управление блоками преобразователя осуществляется с помощью дешифратора 21 и блока 22 памяти.Управляемый блок сложения-вычитания (фиг. 2,г) работает следующим образом. Пусть на вход 23 поступает импульсная последовательность, формируемая каналом аппроксимирующей функции, на вход 24 - импульсная последовательность, формируемая каналом коррекции, т,е. блок выполняет функции блока 20 ( фиг. 1). Если из блока памяти на вход элемента И 37 подан разрешающий потенциал, то импульсная последовательность канала коррекции, поступая на вход элемента 40, вычитается из импульсной послецовательности, формируемой каналом аппроксимирующей функции, и результат через элемент 39 сложения проходит на выход 25 блока. В это время элемент И 33 закрыт запрещакщим потенциалом с выхода инвертора 41. В том же случае, когда на вход элемента И 38 подан запрещающий потенциал из блока 22 памяти, на входе элемента И 38 будет разрешающий потенциал инвертора 41. Тогда импульсная последовательность, формируемая каналом коррекции, не проходит через элемент И 37 и, следовательно, через. элемент 40 вычитания, а проходит через элемент И 38 на вход элемента 39 сложения, на второй вход которого поступает импульсная последовательность, формируемая каналом аппроксимирующей функции, беспрепятственно прошедшая . через элемент 40 вычитания. На выходе элемента 39 сложения в этом Случае имеем суммарную импульсную последовательность канала аппроксимирующей функции и канала коррекции.Рассмотрим работу преобразователя. Вначале все блоки преобразователя устанавливаются в исходное состояние, В счетчиках 2-4 устанавливаются начальные числа, значения которых содержатся в блоке 22 памятиС помощью блока 22 памяти устанавливаются также режимы работы счетчиков 2, 3 и 4, а также, в случае необходимости, режимы работы блоков 18, 19 и 20 сложения-вычитания (в том случае, если эти блоки выполнены управляемыми - на фиг. 2 ъ) и устанавливаются начальные значения коэффициентов деления управляемых делителей 14-17 частоты. Дешифратор 21 в процессе работы определяет начало каждого участка аппроксимации и выдает сигналы блоку 22 памяти для установки новых значений коэффициентов деления,управляеьых делителей частоты и изменения, в случае необходимости, режимзв работы блоков преобразователя.График, иллюстрирующий процесс . приближения заданной функции функцией, формируемой каналом аппрокси-мации на одном из участков приближения, показан на фиг. З,а,Аппроксимирующая функция явля+.й.ется степенной функцией вида =аю15Характер Функции и значение показателя степени ( задаваемое управляемыми делителями 14 и 15 частоты) однозначно определяется выбраннымиуглами аппроксимации А и В ( Фиг, 3).2 О В результате возникает погрешностьприближения Ву, которую в известном устройстве Г 2 3, воспроизводящемФункцию вида у = а х-, устранить не-.возможно.Для устранения этой погрешности в преобразователь введен канал коррекции,который Фоспроизводитстепен 1 -ные Функции вида У =кх, Разность ЗО между заданной функцией и аппроксимирующей назовем функцием коррек- .ции в отличие от корректирующей Функции, воспроизводимой блоком коррекции, Корректирующей функцией приб лижается Функция коррекции. Результат приближения складывается с аппроксимирующей функцией или вычитается из нее. В результате значительно уменьшается погрешность приб 4 р лижения. Графики, иллюстрирующие процесс приближения заданной функцией с введением коррекции, показанына фиг. З,Б.,в,. Штриховой линиейпоказана аппроксимирующая функция ифункция коррекции, сплошной (тонкой ) - заданная функция, сплошной( толстой ) - корректирующая функцияи результат приближения. Как видно из Фиг. З,б, в, Ъ, приближение можно осуществлять различными способами: аппроксимирующая функция пере.секает заданную в конце и началекаждого участка аппроксимации(Фиг. 3, б); аппроксимирующая Функция пересекается с заданной тольков начале, а далее Функции расходятся; аппроксимирующая функция пересекается с заданной только в начале каждого участка аппроксимации,далее на каждом участке аппроксима ции заданная и аппроксимирующаяФункции. расходятся. Способ приближения выбирается в зависимости от вида заданной функции, требуемой точности приближения и требуемых аппара- Ы турных затрат.(14 ) В том случае, если блок 18 сложения-вычитания работает в режиме сложения (фиг. 2,6 ), канал формирования аппроксимирующей функции воспроизводит функцию вида 2 = а (1- )+ - о е К + К Здесь знак "-" в показателе степени при работе счетчика 2 в режиме суммирования, знак "+" - при работе ,счетчика 2 в вычитающем режиме. 15Если же блок 18 сложения-вычитания работает в режиме вычитания (фиг.2,в) воспроизводимая функция имеет видк+2 = а (1 + " ) (16 ) оЗдесь знак "+" в показателе степени при работе счетчика 2 в режиме суммирования, а знак "-" - в режиме вычитания.25Аналогичные функции воспроизводятся каналом коррекции. Импульсные последовательности,сформированные каналами воспроизведения аппроксимирующей и корректирующей Функции,39 поступают на соответствующие входы блока 20 сложения-вычитания, выполненной как показано на Фиг. 2,г . Ре.зультирующая импульсная последовательность интегрируется счетчиком 4, З 5 в котором фиксируется результат преобразования.В предлагаемом преобразователе расширен класс аппроксимирующих функций и введен канал коррекции, Е которые позволяют, сохраняя те же узлы аппроксимации, уменьшить погрешность аппроксимации.Предлагаемый преобразователь, кроме воспроизведения функции вида у, = ах+-Ъ, воспроизводит функции вида 1-.lЬ -,йу-цх, -1 х 1),х ) Таким образом, класс воспроизводи- аф мых Функций значительно расширен, а следовательно, расширены и функциональные возможности преобразователя.Кроме того, указанный характер показателя степени позволяет повы- Я сить точность приближения эа счет более точного, чем у известного устройства, задания показателя степени.Формула изобретенияИзмерительный функциональный пре обрабователь, содержащий счетчик, первая группа выходов которого через дешифратор подключена к входу блока памяти, первый реверсивный счетчик, первый и второй блоки элементов совпадения, первый и второй элементыИЛИ, первый управляемый делитель частоты, выход которого соединен с первым входом первого блока сложениявычитания импульсных последовательностей, выход которого подключен ксигнальному входу первого реверсивного счетчика, установочный входкоторого соединен с первым выходомблока памяти, первая группа выходов(15 ) О которого соединена с группой входовпервого управляемого делителя частоты, к входу которого через первыйэлемент ИЛИ подключены выходы первого блока. элементов совпадений, первая группа входов которого соединена с выходами разрядов первого реверсивного счетчика и первой группойвходов второго блока элементов совпадения вторая, группа входов кото-рого. соединена с второй группой входов первого блока элементов совпадения и с второй группой выходовсчетчика, выходы второго блока элементов совпадения подключены квходам второго элемента ИЛИ, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности воспроизведения Функций и расширения функциональных возможностей преобразователя, в него введены второй и третий реверсивные счетчики, третий ичетвертый блоки элементов совпадения,третий и четвертый элементы ИЛИ, второй, третий и четвертый управляемые делители частоты, второй и третий блоки сложения-вычитания импульсных последовательностей, причемпервый вход второго блока сложениявычитания соединен с выходом второгоуправляемого делителя частоты,второй вход с выходом третьего управляемого делителя частоты, а выход -с сигнальным входом второго реверсивного счетчика и первым входом третьего блока сложения-вычитания, второй вход которого соединен с выходомпервого блока сложения-вычитания, авыход соединен с сигнальным входомтретьего реверсивного счетчика,установочный вход которого соединен свторым выходом блока памяти, вторая группа выходов которого соединена с информационными входами третьего реверсивного счетчика, третья,группа выходов блока памяти соединенас информационными входами первогореверсивного счетчика, четвертая группа выходов блока памяти соединенас информационными входами четвертого управляемого делителя частоты,вход которого .соединен с выходомвторого элемента ИЛИ, а выход - свторым входом первого блока сложениявычитания, пятая группа выходов блока памяти соединена с информационнымивходами второго управляемого делите 9840420 ля частоты, шестая группа выходовподключена к информационным входамвторого реверсивного счетчика, седьмая группа выходов блока памяти соединена с информационными входамитретьего управляемого делителя частоты, третий выход блока памяти подключен к установочному входу второго реверсивного счетчика, выходыразрядов кбторого соединены с первой группой входов третьего блокасовпадения, вторая группа входовкоторого соединена с второй группойвыходов счетчика и с первой группойвходов четвертого блока элементовсовпадения, вторая группавходов 15которого подключена к выходам разрядов второго реверсивного счетчика,1 выходы третьего блока элементов сов=падения через третий элемент ИЛИ подключены к входу второго управляемогоделителя частоты, выходы четвертого блока элементов совпадения соединены через четвертый элемент ИЛИ свходом третьего управляемого делителя частоты.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гильман Г.Г., Иохельсон Е,Д.,Лихтциндер Б,Я., Широков С.М. Цифровой функциональный преобразовательдля многоканальных измерительныхсистем. - "Приборы и системы управления", 1978, 9 10, с. 30-32.2. Авторское свидетельство СССРР 674008, кл. Н 03 К 13/20, 1979.каэ 9956/75 Тираж 959 . Подписно илиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектная,НИИПИ 984042 У