CS257825B1 - Zapojenie pre linearizáciu výstupného údaja pri merenl kapacity rezonančnou metódou - Google Patents

Description

257825

Vynález sa týká zapojenia pre lineárizáciu výstupného údaja prl meraní kapacity rezonanč-nou metodou číslicovým spósobom, využívajúceho výhradně integrované obvody nízkého stupňaintegrácie neprogramovatelného charakteru.

Doteraz známe zapojenia pre meranie kapacity využívájúce rezonanční! metodu, ktorejorganicky prislúcha integračný charakter merania a s tým súvisiaca vysoká přesnost, sú nútenérespektovat fakt nelineárnej funkčnej závislosti medzi rozdielovou frekvenciou ako bezprostrednemeronosnou veličinou s kapacitou, ktorá rozladenie vyvolává. Ak je výstupná veličina požadovanáako lineárna funkcia meranej kapacity, je nutné výstupný údaj linearizovať. Doteraz známezapojenia toto realizujú bud analogovým spósobom, tj. převedením nameranej rozdielovej frekven-cie na úměrně jednosměrné napStie a jeho dalšom spracovaní analogovým nelineárným obvodom,alebo číslicovým spósobom pomocou tabulky korešpondujúcich korigovaných a nekorigovaných „ hodnót uloženej v pamSti typu PROM pričom obvod realizuje vyhladanie adresy tabulkovej hodnotynajbližšej k nameranej frekvencie a vyčítanie hodnoty korigovanej linearizovanej výstupnejveličiny, alebo dalším číslicovým spósobom a to priamym výpočtom pomocou systému na bázemikroprocesora funkcie inverznej k závislosti rozdielovej frekvencie na meranej kapacitěs použitím nameranej hodnoty rozdielovej frekvencie ako vstupného argumentu.

Uvedené spósoby sa vyznačújú nevýhodami a to - v poradí uvedených spósobov všeobecnenízká přesnost a stálost nastavenia analogových zariadení tj. prevodníkov pre meracie účelyna analogovéj báze, případné nutnost použitia naprogramovanéj súčiastky napr. parnáti PROM,pričom zostavený a zapísaný program vyhovuje iba pre jediný súbor parametrov měrného obvodunapr. základná frekvencia a základná kapacita rezonančného obvodu rozladovaného oscilátora.

Je sice možné inherentnú nespojitosí lineárizácie lubovolne zjemňovat, ovšem za cenunárastu potrebnej kapacity pamSti a zvýšenej zložitosti obvodu, generovania adries, komparovanianameraného údaja, připadne nutnost použitia kompletného mikroprocesorového výpočtovéhosystému spolu s programom uloženým v pamati. Výpočet je vždy nutné prevádzať aproximatív-ne - rozvojom inverznej funkcie do potenčného radu a uvažováním konečného počtu členov,nakolko póvodná funkcia obsahuje odmocninu.

Pri použití běžných 8-bitových mikroprocesorov je dlžka slova z hladiska potrebnejpřesnosti nedostačujúca, čo si vynucuje používanie viacnásobnej aritmetiky za cenu podstat-ného zvačšenia rozsahu a času vykonania programu. Táto okolnost znesnadňuje případné využitiemikroprocesorového systému pre riadenie celého merania v režime time-sharing.

Uvedené nevýhody odstráňuje zapojenie pre lineárizáciu výstupného údaja pri meraníkapacity rezonančnou metodou podlá vynálezu, jehož podstata je v tom, že obsahuje čítačkorekcie, pomocný čítač korekcie a čítač korekčných cyklov, pričom čítacie vstupy prvýchdvoch sú zapojené na výstup hradla, ktorého vstupy sú zapojené jednak na zdroj meranýchpulzov, ako aj na výstup generátora měrného intervalu.

Jeho nulovaci, výstup je spojený s nulovacími vstupmi všetkých čitačov okrem predvolitel-ného čítača. Jeho vstup předvolby je spojený s paralelným výstupom čítača korekčných cyklov,ktorého čítači vstup je zapojený na výstup naplnenia pomocného čítača korekcie. Povelovývstup přepisu predvolitelného čítača je spojený s výstupom čítača korekcie a je na nej zapo-jený aj jeden riadiací vstup klopného obvodu riadenia korekcie, pri čom jeho druhý riadiacivstup je spojený s výstupom vyprázdnenia predvolitelného čítača, ktorého nulovaci vstupje zapojený na inverzný výstup klopného obvodu, ktorého priamý výstup je spojený s jednýmvstupom hradla korekcie.

Jeho druhý vstup je zapojený na výstup generátora pomocných hodinových pulzov. Výstuphradla korekcie je zapojený na čítači vstup predvolitelného čítača a cez súčtové hradlo,ktorého další vstup je připojený spolu s čítacími vstupmi čítača korekcie a pomocného čítačakorekcie na výstup hradla - jehož jeden vstup je spojený so zdrojom meraných pulzov - načítači vstup hlavného čítača, ktorého výstup je paralelné přepojený so vstupom prechodovejpamati. 3 257825 Výhoda zapojenia podlá vynálezu spočívá v tom, že je jednoduchšie čo do počtu a druhupoužitých súčiastok, ako aj čo do nastavovania a uvádzania do chodu. Využívá iba integrovanéobvody nízkého a stredného stupňa integrácie, bez nutnosti aplikovat pamatové obvody, aleboobvody mikroprocesorového systému. Postup linearizácie rešpektuje kvadratický člen v rozvojifunkcie inverznej k závislosti rozdielovej frekvencie na meranej kapacitě do potenčnéhoradu. Zapojenie je možné snadno prispósobovať k zmene základných prametrov měrného obvoduiba přestavením maximálněj kapacity čítača korekcie a pomocného čítača korekcie.

Prikladom konkrétného vyhotovenia predmetu vynálezu je zapojenie podlá bodu 1 definície,znázorněné na priloženom výkrese obr. 1, ktorý objasnňuje spojenie jednotlivých častí.

Pre uskutočnenie linearizácie je použitý čítač 2 korekcie, ktorého čítači vstup 21 je připojenýna výstup 153 hradla £, ktorého druhý vstup 152 je zapojený na výstup 121 měrného intervalugenerátore 12 měrného intervalu, pričom výstup 123 nulovacieho pulzu tohto generátora jezapojený súčasne na nulovacie vstupy 22, 32, 42, 102 čítačov 2 korekcie, pomocného čítača£ korekcie, čítača £ korekčných cyklov aj hlavného čítača £0, ktorého čítači vstup 101 jepřipojený na výstup 93 súčtového hradla £, ktorého prvý vstup 91 je připojený spolu s čítacímivstupmi 21, 31“čítača 2 korekcie a pomocného čítača £ korekcie na výstup 153 hradla £, pričomvstup pulzov rozdielovej frekvencie je vedený na prvý vstup 151 hradla JI, pričom paralelnývýstup 103 hlavného čítača 10 je zavedený na paralelný vstup 111' prechodovej pamati 11,ktorej paralelný výstup 113 móže byt připojený na zobrazovaciu jednotku a vstup 112 poveluparalelného zápisu je zapojený na výstup 122 povelu zápisu generátora 12 měrného intervalu, Sálej výstup 33 indikujúci naplnenie pomocného čítača £ korekcie kontaktuje čítači vstup41 čítača £ korekčných cyklov, právě tak ako výstup 23 indikujúci naplnenie čítača 2 korekcie,sa pripája na vstup 53 povelu paralelného přepisu predvolitelného čítača 5 a taktiež naprvý riadiací vstup 81 klopného obvodu £ riadenia korekcie, na ktorého druhý riadiaci vstup82 je připojený výstup 54 indikujúci vyprázdnenie predvolitelného čítača 5, zatial čo nulovacívstup 52 predvolitelného čítača £ je připojený na inverzný výstup 84 klopného obvodu 8 riadeniakorekcie, ktorého priamý výstup 83 kontaktuje druhý vstup 62 hradla 6 korekcie, jeho výstup63 je napojený na vstup 53 povelu paralelného přepisu predvolitelného čítača 5, ktoréhoparalelný vstup 55 předvolby je priamo spojený s paralelným výstupom 43 čítača £ korekčnýchcyklov, zároveň je ale výstup 63 hradla 6 korekcie spojený aj s druhým vstupom 92 súčtovéhohradla _9, zatial čo prvý vstup 61 hradla £ korekcie je zapojený na výstup 71 generátora2 pomocných hodinových pulzov.

Na začiatku každého cyklu merania kapacity sú z výstupu 123 nulovacieho pulzu od generátora12 měrného intervalu vynulované čítač 2 korekcie, pomocný čítač 3 korekcie, čítač £ korekčnýchcyklov a hlavný čítač 10 - netýká sa predvolitelného čítača 5, ktorého činnost .je iniciovanáparalelným prepisom 2 paralelného výstupu 43 čítača £ korekčných cyklov - súčasne sa cezdruhý vstup 152 hradla £ signálom z výstupu 121 měrného intervalu generátora 12 měrného intervalutoto hradlo otvára a pulzy rozdielovej frekvencie začínajú plnit čítač 2 korekcie a pomocnýčítač £ korekcie a cez súčtové hradlo 9 aj hlavný čítač 10.

Maximálna kapacita čítača 2 korekcie a pomocného čítača £ korekcie je stanovená s ohla-dom na najvyššiu dosiahnutelnú přesnost linearizácie na danom rozsahu merania. Každé naplneniepomocného čítača £ korekcie znamená inkrementáciu čítača £ korekčných cyklov o jednotku,zatial čo po každom naplnění čítača £ korekcie sa signálom z výstupu 23 indikujúceho naplneniečítača 2 korekcie cez vstup 53 povelu paralelného přepisu obsah čítača £ korekčných cyklovdo predvolitelného čítača 5. Súčasne sa tým istým signálom cez prvý riadiací vstup 81 klopnéhoobvodu 8 riadenia korekcie odblokuje na druhom vstupe 62 hradla £ korekcie postup rýchlychpomocných hodinových pulzov, ktorých zdrojom je generátor 7 pomocných hodinových pulzov,cez prvý vstup 61 hradla £ korekcie na výstup 63 hradla £ korekcie a odtial na čítači vstup51 predvolitelného čítača £.

Tento čítač je uvedenými pulzami postupné dekrementovaný, pri čom tieto pulzy sú súčasne cez druhý vstup 92 súčtového hradla £ superponované na čítači vstup 101 hlavného čítača 10.

Claims (1)

1. 257825 Frekvencia generátora T_ pomocných hodinových pulzov musí byť volená tak velká, abybolo zabráněné prekrývaniu pulzov na prvom vstupe 91 a druhom vstupe 92 súčtového hradla j).Uvedený stav trvá iba do vyprázdnenia predvolitelného čítača jj, ak toto nastane, signálz výstupu 54 indikujúceho vyprázdnenie predvolitelného čítača 2 překlopí spHť klopný obvod8 riadenia korekcie do východzieho stavu a postup rýchlych pomocných hodinových pulzov cezhradlo 6 korekcie je blokovaný. Nový cyklus korekcie je iniciovaný dalším naplněním čítača 2 korekcie. Je zřejmé, žev každom cykle korekcie sa obsah hlavného čítača 10 zvýši okrem počtu pulzov prichádzajúcichz výstupu 153 hradla 2 o počet rýchlych pulzov generátora 2 pomocných hodinových pulzov,ktorý je určený okamžitým obsahom čítača 2 korekčných cyklov a frekvencia korekčných cyklovje určená rýchlosťou plnenia čítača 2 korekcie. Táto korekcia je sice nespojitá, jej max. chyba však může byť lubovolne znížená zvýšenímfrekvencie korekčných cyklov. Vzhladom na algoritmus korekcie je evidentně, že dochádza kukorigovaniu kvadratického - a čiastočne aj kubického, podlá nastavenia kapacity pomocnéhočítača 2 korekcie - člena v potenčnom rozvoji funkcie inverznej k závislosti rozdielovejfrekvencie na meranej kapacitě. Po ukončení signálu na výstupe 121 měrného intervalu generátora 12 měrného intervaluje generovaný cez výstup 122 povelu zápisu od generátora 12 měrného intervalu povel k paralel-nému přepisu paralelného výstupu 103 hlavného čítača 10 do prechodovej pamHti 11 cez jejparalelný vstup 111 a v tomto okamihu je už výstupný linearizovaný signál k dispozícii naparalelném výstupe 113 prechodovej pamHti 11. Hradlo 2 a hradlo 2 korekcie sú blokované,celý obvod zotrváva v kludovom stave až do začiatku nového cyklu merania signálom z výstupu121 měrného intervalu generátora 12 měrného intervalu. Predmet vynálezu může byť využitý jednak pri vlastnom meraní kapacit, najmS malýchhodnůt řádové do 1 000 pF - typickou možnosťou aplikácie sú merače kapacitnonapHťových závislostí polovodičových štruktúr - jednak pri používaní kapacitných čidiel (snímačov)' neelektric-kých veličin - napr. pri meraní rozmerov a mechanických posuvov v priemyselnej automatizáciia robotizácii, kde sa vyžaduje meranie malých kapacit, resp. kapacitných diferencií, pričomvýstupná veličina sa požaduje v číslicovej formě ako lineárna funkcia meranej kapacity,resp. kapacitněj změny. Podobné použitie může byt aj pro statické, či dynamické šnímanietlaku. PREDMET VYNÁLEZU Zapojenie pre linearizáciu výstupného údaja pri meraní kapacity rezonančnou metodouvyznačujúce sa tým, že obsahuje čítač (2), pomocný čítač (3) korekcie a čítač (4) korekčnýchcyklov, pričom čítacie vstupy (21) , (31) týchto čítačov (2) ,, (3) sú zapojené na výstup(153) hradla (1), ktorého prvý vstup (151) je zapojený na výstup zdroja meraných pulzov,zatialčo druhý vstup (152) hradla (1) je spojený s výstupom (121) generátora (12) měrnéhointervalu, ktorého výstup (123) je přepojený s nulovacími vstupmi (22), (32), (42) čítača(2) korekcie, pomocného čítača (3) korekcie a čítača (4) korekčných cyklov, ako aj s nulovacimvstupom (102) hlavného čítača (10) a čítači vstup (41) čítača (4) korekčných cyklov je spojenýs výstupom (33) indikácie naplnenia pomocného čítača (3) korekcie, Sálej je paralelný výstup(43) čítača (4) korekčných cyklov spojený s paralelným vstupom (55) předvolby predvolitelnéhočítača (5), ktorého vstup (53) povelu paralelného přepisu je zapojený na výstup (23) čítača(2) korekcie a ktorého výstup (54) indikácie vyprázdnenia je přivedený na druhý riadiacívstup (82) klopného obvodu (8) riadenia korekcie, ktorého prvý riadiací vstup (81) je spojenýtiež s výstupom (23) čítača (2) korekcie, pričom inverzný výstup (84) a priamý výstup (83)klopného obvodu (8) riadenia korekcie sú zapojené: prvý na nulovací vstup (52) predvolitelnéhočítača (5) a druhý na vstup (62) hradla (6) korekcie, ktorého vstup (61) je spojený s výstupom(71) generátora (7) pomocných hodinových pulzov, zatialčo výstup (63) hradla (6) korekcieje spojený s čítacím vstupom (51) predvolitelného čítača (5) a zároveň je připojený na druhý 5 257825 vstup (92) súčtového hradla (9), ktorého prvý vstup (91) je spojený s výstupom (153) hradla(1) a súčasne s čítacími vstupmi (21), (31) čítača (2) korekcie a pomocného čítača (3) korekcie,pričom výstup (93) súčtového hradla (9) je zapojený na čitací vstup (101) hlavného čítača(10), ktorého paralelný výstup (103) je přepojený s paralelným vstupom (111) prechodovejpamSti (11) , ktorej vstup (112) povelu paralelného zápisu je spojený s výstupom (122) gene-rátore (12) měrného intervalu a ktorej paralelný výstup (113) je spojený s výstupným zariadením. 1 výkres