NO146455B - Fremgangsmaate og koblingsanordning til omforming av en analog til en digital stoerrelse - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til å omforme en analog størrelse til en digital størrelse i samsvar med hovedkra-vets innledning, samt en koblingsanordning til gjennomførelse av fremgangsmåten. Den analoge størrelse blir her tilført en inte-greringskobling som en referansestørrelse tidvis er tilkoblet under en omformningsperiode, og videre blir pulser som avgis av en pulsgenerator, tilført en teller under det tidsrom da refe-ransestørrelsen er koblet til integrasjonskoblingen.

En slik fremgangsmåte er kjent fra DT-AS 1 295 629. Ved denne kjente fremgangsmåte er det uheldig at integrasjonskoblingen før begynnelsen av hver omformingsperiode blir stilt tilbake ved kortslutning av utgangen til inngangen og den analoge stør-relse er frakoblet under tilbakestillingstiden. Når den analoge størrelse forandrer seg under denne tilbakestillingstid, kan endringen således ikke avføles, og omformingsresultatet blir tilsvarende unøyaktig.

Det samme gjelder også for den kjente såkalte Dual-Slop-metode. Ved denne fremgangsmåte blir den analoge størrelse integrert over et visst tidsrom, hvoretter den kobles fra integratoren og referansestørrelsen tilkobles integratoren for avintegrering av utgangssignalet. Under det tidsrom da referansestør-relsen er koblet til integratoren, får man ved denne kjente metode ikke den analoge størrelse med.

Fra DT-OS 2 439 475 er der allerede kjent en fremgangsmåte til omforming av en analog til en digital størrelse, hvor den analoge størrelse kontinuerlig avføles. En ulempe ved denne metode består imidlertid i at der ved omformingen av den analoge stør-relse til en digital størrelse ikke fås noen konstant varighet for den omformede middelverdi. Ved denne metode fås sterkt for-skjellige verdier for de enkelte omformingsperioder, så der ut fra et større antall omformingsperioder igjen må dannes en middelverdi .

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave a gi anvis-ning på en fremgangsmåte til omforming av en analog til en digital størrelse, hvor den analoge størrelse kontinuerlig avføles

og det omformede resultat er referert til et fast tidsintervall.

Løsningen av denne oppgave blir ved en fremgangsmåte av

den innledningsvis angitte art ifølge oppfinnelsen oppnådd ved

at den analoge størrelse under en første fase med bestemt varighet av hver omformningsperiode blir tilført en første integrator, at den analoge størrelse og dessuten den første integrators utgangssignal under en umiddelbart påfølgende fase av bestemt varighet av omformningsperioden tilføres en annen integrator, hvorunder den første integrators inngang bringes på null ved motkobling av integratorens utgangssignal, at referansestørrel-sen under den første fase av omformningsperioden bare kobles til annen integrator, og at telleren teller de fra pulsgeneratoren avgitte pulser under tidsrommet for tilkoblingen av referanse-signalet til annen integrator inntil et bestemt innhold hos den annen integrator er nådd.

Ved denne fremgangsmåte blir den første integrators utgangssignal ikke avintegrert ved hjelp av referansestørrelsen, men innført i den annen integrator. Dermed svarer utgangssignalet fra den første integrator til integralet av den analoge størrelse over den fulle omformingsperiode. Nøyaktigheten av omformingen bedres ytterligere ved at referansestørrelsen til enhver tid frakobles synkront med den puls som følger etter null-gjennomgangen_av den annen integrators utgangssignal, og at det gjenstående restsignal blir-overtatt i integrasjonsprosessen i neste omformingsperiode. Påkostningen til komponenter for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen lar seg holde liten ved at utgangssignalet fra den første integrator tilføres en inverterende inngang til denne og en inverterende inngang til den annen integrator, som samtidig får den analoge størrelse tilført via en ikke-inverterende inngang. Ved anvendelsen av en inverterende første integrator blir den negative tilbakekobling oppnådd rett og slett ved kortslutning mellom utgangen og den inverterende inngang til denne integrator.

Innflytelsen av indre feil på nøyaktigheten av omformingsresultatet blir ifølge en videre utforming eliminert ved at der tilføres integratorene en hjelpespenning til kompensasjon av drift. Det er særlig gunstig at den hjelpespenning som påtrykkes til dette formål, automatisk blir innstilt slik at utgangssignalet fra den respektive integrator ved nullsignal ved dens inngang forblir konstant. Takket være den automatiske innstilling av hjelpespenningen blir innflytelsen av indre feil elimi-

nert selv ved varierende arbeidsbetingelser for integratorene.

Den automatiske innstilling av hjelpespenningen skjer hensiktsmessig ved hjelp av en regulator hvis tilførte måleverdi ut-gjøres av endringshastigheten av den respektive integrators utgangssignal eller en med endringshastigheten proporsjonal stør-relse, mens regulatoren far verdien null tilført som ønskeverdi, samtidig som ønske- og måleverdi periodisk kobles til regulatoren under en omformingsperiode, og innstillingsstørrelsen ved hjelp av et lager holdes virksom under hele omformingsperioden.

En særlig gunstig enkel koblingsanordning til gjennomførelse av fremgangsmåten er karakterisert ved at der finnes en første integrator med en inverterende og en annen integrator med en inverterende og en ikke-inverterende inngang, at pulsgeneratoren styrer en tidssignalgiver som har to utganger, og hvis første ut- . gang, som fører signal under en første fase av omformningsperioden, er forbundet dels med et OG-ledd som er avhengig av pulsgeneratoren og er tilkoblet tellerens telleinngang, og dels med en startinngang til en komparator som er tilsluttet annen integrators utgang og forsynt med to utganger som avhenger av annen integrators utgangspolaritet og er forbundet med en forlengs-,

resp. baklengs-telleinngang til telleren, samt med to innganger til en polaritetsavhengig styrekrets for et første koblingselement som er innrettet til å koble referansestørrelsen til en av de to innganger til annen integrator, samtidig som styrekretsens utgang er tilsluttet en stoppinngang til telleren, at ennvidere tidssignalgiverens første utgang under varigheten av første fase aktiverer et annet koblingselement som kobler den analoge stør-relse til den første integrators inverterende inngang, samt at tidssignalgiverens signalførende annen utgang under varigheten av en annen fase av omformningsperioden aktiverer et tredje koblingselement for tilbakekobling av første integrators utgang til dens inverterende inngang, et .fjerde koblingselement til å forbinde første integrators utgang med annen integrators inverterende inngang og et femte koblingselement til å koble den analoge stør-relse til annen integrators ikke-inverterende inngang.

Oppfinnelsens gjenstand vil i det følgende bli nærmere be-lyst ved et utførelseseksempel som er anskueliggjort på tegningen.

Den viste koblingsanordning inneholder en første integrator 1 med en inverterende inngang (-) og en annen integrator 2 med en inverterende og en ikke-inverterende inngang (henholdsvis - og +). Til utgangen fra den annen integrator 2 er der koblet en komparator 3. Denne komparator 3 har to utganger, hvor der alt etter polariteten av utgangssignalet fra den annen integrator 2 fremkommer et signal. De to utganger fra komparatoren 3 er forbundet med forlengs- og baklengs-telleinngangen til en teller 4. Alt etter ved hvilken utgang fra komparatoren 3 der oppstår et signal, blir telleren 4 koblet for forlengs- eller baklengs-telling. Til telleinngangen til telleren 4 er der koblet et OG-trinn 5. Videre er der til utgangene fra komparatoren 3 koblet to innganger til et styretrinn 6 som avføler polariteten av utgangssignalet fra komparatoren 3. Styretrinnet 6 har en utgang som fører signal ved skift av polaritet av komparato-rens utgangssignal og er forbundet med stopp-inngangen til telleren 4.

Koblingsanordningen oppviser ennvidere en pulsgenerator 7 forbundet med en tidssignalgiver 8. Tidssignalgiveren 8 har to utganger 8a og 8b som fører signal under henholdsvis den første og den annen fase av omformingsperioden. Den samlede varighet av de to faser tilsvarer varigheten av en omformingsperiode. Utgangen 8a er forbundet med den ene inngang til OG-trinnet 5.

Den annen inngang til OG-trinnet 5 er forbundet med utgangen fra pulsgeneratoren 7. Dermed kan pulser fra pulsgeneratoren 7 komme frem til telleren 4 under det tidsrom da utgangen 8a fra tidssignalgiveren 8 fører signal.

Ved hjelp av et utgangssignal fra tidssignalgiveren 8 som foreligger ved utgangen 8a, aktiveres et første koblingselement 9, ved hvis hjelp den analoge størrelse Ux blir koblet til den inverterende inngang (-) til den første integrator 1. Ved hjelp av utgangssignalet fra utgangen 8a blir ennvidere komparatoren 3 startet. Utgangssignalet fra utgangen 8b styrer et tredje,

et fjerde og et femte koblingselement, henholdsvis 10, 11 og

12. Via det tredje koblingselementet 10 blir den analoge stør-relse Ux koblet til den ikke-inverterende inngang (+) til den annen integrator 2, via det fjerde koblingselement blir utgangen fra den første integrator 1 koblet til dennes inverterende inngang (-), og via det femte koblingselement 12 blir utgangen fra den første integrator 1 koblet til den inverterende inngang (-) til den annen integrator 2. Videre foreligger et annet koblingselement 13, som hensiktsmessig er utført som omkoblingsinnret-ning. Ved hjelp av et utgangssignal fra styretrinnet 6 blir dette annet koblingselement 3 i avhengighet av polariteten av utgangssignalet fra komparatoren 3 forbundet enten med den inverterende eller med den ikke-inverterende inngang (- eller +)

til den annen integrator 2, hvorved en referansestørrelse Ur blir koblet til den respektive tilsvarende inngang til den annen integrator 2.

Med den første integrator 1 er der også forbundet en styrekobling 14 og med den annen integrator 2 en styrekobling 15. Disse styrekoblinger 14 og 15 leverer hjelpespenninger til drift-kompensasjon av de to integratorer. Koblingsinnretningene til tilkobling av styrekoblingene 14 og 15 til integratorene er ikke vist på tegningen. Slike koblingsinnretninger kan allerede inngå i integratorene.

Koblingsanordningen arbeider som følger: Først fører utgangen 8a fra tidssignalgiveren 8 et styresignal. Ved hjelp av dette styresignal blir det første koblingselement 9 innkoblet og kobler derved den analoge størrelse Ux til den inverterende inngang (-) til den første integrator 1. Videre blir det annet koblingselement 13 alt etter polariteten av utgangssignalet fra den annen integrator 2 koblet til den inverterende eller den ikke-inverterende inngang (- eller +) til den annen integrator 2. Dermed foreligger referansestørrelsen Ur ved den tilsvarende inngang tilden annen integrator 2. Ved hjelp av styresignalet ved utgangen 8a fra tidssignalgiveren blir ennvidere pulsene fra pulsgeneratoren 7 via OG-trinnet 5 ledet videre til telleren 4. Ved hjelp av utgangssignalet fra komparatoren 3 er telleren 4 koblet enten for forlengs- eller baklengs-telling.

Etter at det første koblingselement 9 er innkoblet, blir den analoge størrelse Ux integrert i den første integrator 1. I og med tilførselen av referansestørrelsen Ur til den annen integrator 2 begynner ved denne integrator avintegreringen av utgangssignalet. Samtidig med tilkoblingen av referansestørrelsen Ur til den annen integrator 2 er telleren 4 blitt startet ved hjelp av styresignalet ved utgangen 8a fra tidssignalgiveren 8. Så snart utgangssignalet fra den annen integrator 2 er avintegrert til null, skjer der taktsynkront med neste puls fra pulsgeneratoren 7 et polaritetsskift i utgangssignalet fra komparatoren 3. Et slikt polaritetsskift fører til et utgangssignal fra styretrinnet 6, hvorved telleren 4 stoppes. Den oppnådde tellerstand er således et mål for den analoge størrelse. Samtidig med stan-sen av telleren 4 bevirker styretrinnet 6 også at referansestør-relsen Ur igjen blir koblet fra inngangen til hovedintegratoren 2. Da telleren 4 ikke blir stoppet straks utgangssignalet fra hovedintegratoren blir null, men først ved den påfølgende puls, blir der ved utgangen fra den annen integrator 2 stående et restsignal. Dette restsignal blir tatt med i neste integrasjonspro-sess for at unøyaktigheter skal unngås.

Etter å ha vart en bestemt tid forsvinner styresignalet ved utgangen 8a fra tidssignalgiveren 8, hvorved den første fase av omformingsperioden avsluttes. Umiddelbart etter opptrer der ved utgangen 8b et styresignal, hvorved annen fase av omformingsperioden begynner. I og med at styresignalet ved utgangen 8a forsvinner, blir det første koblingselement 9 åpnet og den analoge størrelse Ux dermed koblet fra den første integrator 1. Ved hjelp av styresignalet ved utgangen 8b blir nå det tredje koblingselement 10 sluttet-og den analoge størrelse Ux koblet til den ikke-inverterende inngang (+) til den annen integrator 2. Videre blir utgangen fra den første integrator 1 via det fjerde koblingselement 11 negativt tilbakekoblet til dennes inverterende inngang, og via det femte koblingselement 12 blir utgangssignalet fra den første integrator 1 forbundet med den inverterende inngang (-) til den annen integrator. Styringen av tredje, fjerde og femte koblingselement, henholdsvis 10, 11 og 12 ved hjelp av tidssignalgiveren 8 er antydet ved en stiplet linje mellom disse koblingselementer og utgangen 8b fra tidssignalgiveren 8. Under den annen fase av en omformingsperiode blir den analoge størrelse Ux integrert opp av den annen integrator 2. Samtidig overtar

den annen integrator 2 den verdi som fremkom ved oppintegrering av den analoge størrelse Ux i den første integrator 1 i omfor-mingsperiodens første fase.

Ved slutten av annen fase svarer utgangssignalet fra den annen integrator 2 således til integralet av den analoge stør-relse Ux over en full omformingsperiode. Ved slutten av annen fase forsvinner styresignalet ved utgangen 8b fra tidssignalgiveren 8, og tredje, fjerde og femte koblingselement 10, 11 og 12 blir igjen åpnet. Samtidig fremkommer der ved utgangen 8a igjen et styresignal, hvorved første fase av neste omformingsperiode innledes.

Takket være anvendelsen av en første og en annen integrator henholdsvis 1 og 2 ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, blir det mulig å integrere den analoge størrelse Ux kontinuerlig og allikevel gjennomføre en drift-kompensasjon ved integratorene. Dette skyldes at der for hver av integratorene i den ene eller den annen av de to faser foreligger et tidsintervall da den ikke er i funksjon. Ved den første integrator 1 er dette den annen fase av en omformingsperiode etter at inngangssignalet er bragt på null ved negativ tilbakekobling av utgangssignalet, og ved den annen integrator er tidsintervallet den første fase av en omformingsperiode etter avintegreringen av utgangssignalet. Under det tidsintervall da vedkommende integrator ikke er i funksjon, måles ved dens utgang endringshastigheten av dens utgangssignal eller en størrelse som er proporsjonal med endringshastigheten. I samsvar med denne målte størrelse blir der i den respektive styrekobling 14, resp. 15, innstillet en hjelpespenning som så under det tidsrom da vedkommende integrator 1, resp. 2, er i funksjon, blir tilført denne integrator som konstant verdi. Dermed blir drift-feilen hos vedkommende integrator kor-rigert såvel ved opp- som ved avintegrering, så der fås en stor nøyaktighet av omformingsresultatet. Ved den stadig gjentatte måling av endringshastigheten av utgangssignalet blir en even-tuell endring i drift-feilen, forårsaket av vilkårlige innflytel-ser, straks konstatert og hjelpespenningen innstilt tilsvarende.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte til omforming av en analog størrelse til en digital størrelse, hvor den analoge størrelse (Ux) tilføres en integrasjonskobling til hvilken der under en omformingsperiode tidvis er koblet en i motsatt retning virkende referansestørrelse (Ur), og hvor pulser som avgis av en pulsgenerator (7) , blir tel-let i en teller (4) under det tidsrom da referansestørrelsen er koblet til integrasjonskoblingen, karakterisert ved at den analoge størrelse (Ux) under en første fase av bestemt varighet av hver omformingsperiode tilføres en første integrator (1), at den analoge størrelse og dessuten den første integrators utgangssignal under en umiddelbart påfølgende annen fase av bestemt varighet av omformingsperioden tilføres en annen integrator (2) hvorunder første integrators inngang bringes > på null ved motkobling av integratorens utgangssignal, at refe-ransestørrelsen (Ur) under første fase av omformningsperioden bare kobles til annen integrator, og at telleren (4) teller de av pulsgeneratoren (7) avgitte pulser under tidsrommet for tilkobling av referansestørrelsen til annen integrator inntil et bestemt innhold hos annen integrator er nådd.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at referansestørrelsen (Ur) frakobles synkront med den puls som følger etter en nullgjennomgang av utgangssignalet fra annen integrator (2), og at et restsignal som gjenstår i den forbindelse^ blir overtatt i integrasjonsforløpet under neste omformningsperiode.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at utgangssignalet fra første integrator (1) tilføres en inverterende inngang til denne samt en inverterende inngang til annen integrator (2)^, som via en ikke-inverterende inngang samtidig får den analoge størrelse (Ux) tilført.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at der til integratorene kobles en hjelpespenning til kompensasjon av drift.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at hjelpespenningen som påtrykkes for drift-kompensasjon, automatisk innstilles slik at utgangssignalet fra den respektive integrator ved null-signal ved dens inngang forblir konstant.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at den automatiske innstilling av hjelpespenningen skjer ved hjelp av en regulator som får endringshastigheten av den respektive integrators utgangssignal eller en med denne endringshastighet proporsjonal størrelse tilført som måleverdi og får null tilført som ønskeverdi, og at ønske- og måleverdi under en omformingsperiode periodisk kobles til og fra regulatoren, og innstillingsstørrelsen ved hjelp av et lager blir holdt virksom under hele omformningsperioden.

7. Koblingsanordning til gjennomførelse av en fremgangsmåte som angitt i krav 1, til omforming av en analog størrelse til en digital størrelse, hvor den analoge størrelse (Ux) tilføres en integrasjonskrets til hvilken der under en omformingsperiode tidvis er koblet en motsatt virkende referansestørrelse (Ur), og hvor pulser avgitt av en pulsgenerator (7) telles i en teller (4) under det tidsrom da referansestørrelsen er koblet til inte-gras jonskoblingen, karakterisert ved at der finnes en første integrator (1) med en inverterende inngang og en annen integrator (2) med en inverterende og en ikke-inverterende inngang, at pulsgeneratoren (7) styrer en tidssignalgiver (8) som er forsynt med to utganger, og hvis første utgang (8a)^ som fører signal under en første fase av omformningsperioden, er forbundet dels med et OG-ledd (5) som avhenger av pulsgeneratoren (7) og er tilsluttet tellerens (4) telleinngang, og dels med en startinngang til en komparator (3) som er koblet til annen integrators (2) utgang og forsynt med to utganger som er avhengige av den annen integrators utgangspolaritet og forbundet med en forlengs-, resp. baklengs-inngang til telleren (4), samt med to innganger til en polaritetsavhengig styrekrets (6) for et første koblingselement (13) som er innrettet til å koble referansestør-relsen (Ur) til en av de to innganger til annen integrator, samtidig som styrekretsens utgang er tilsluttet en stoppinngang til telleren, at ennvidere tidssignalgiverens første utgang (8a) under varigheten av første fase aktiverer et annet koblingselement (9) som kobler den analoge størrelse (Ux) til første integrators (1) inverterende inngang , samt at tidssignalgiverens signalfø-rende annen utgang (8b) under varigheten av en annen fase av omformningsperioden aktiverer et tredje koblingselement (11) for tilbakekobling av første integrators utgang til dens inverterende inngang, et fjerde koblingselement (12) til å forbinde første integrators utgang med annen integrators inverterende inngang, samt ét femtekoblingselement (10) til å koble den analoge stør-relse til annen integrators ikke-inverterende inngang.