RU2132043C1 - Gear for autonomous measurement of physical quantities - Google Patents

Gear for autonomous measurement of physical quantities Download PDF

Info

Publication number
RU2132043C1
RU2132043C1 RU97119459A RU97119459A RU2132043C1 RU 2132043 C1 RU2132043 C1 RU 2132043C1 RU 97119459 A RU97119459 A RU 97119459A RU 97119459 A RU97119459 A RU 97119459A RU 2132043 C1 RU2132043 C1 RU 2132043C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
gear
switch
comparator
Prior art date
Application number
RU97119459A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Н. Нестеров
В.Н. Якимов
Original Assignee
Самарский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самарский государственный технический университет filed Critical Самарский государственный технический университет
Priority to RU97119459A priority Critical patent/RU2132043C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2132043C1 publication Critical patent/RU2132043C1/en

Links

Landscapes

  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: gear is designed for use in measurement systems functioning autonomously at all stages from perception to processing and usage of measurement information. Gear includes two units of instrument converters, two controlled commutators, comparator meant to control commutators. Divider is positioned across output of one of commutators. Gear also has N output comparators and (N-1) groups of elements each incorporating inverter, commutator and adder. These groups are coupled to output comparators whose outputs are information outputs of gear. Binary code registered in them corresponds to measurement result. Its further processing is carried out in digital form. Given gear makes feasible to increase speed of response by 2N times as compared with known analogs if summary time of transition processes in mentioned above groups of elements does not exceed period of clock frequency of gate generators. EFFECT: increased speed of response of gear. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных системах, функционирующих автономно от человека на всех этапах от восприятия до обработки и использования измерительной информации. The invention relates to measuring equipment and can be used in measuring systems that operate autonomously from a person at all stages from perception to processing and use of measurement information.

Известно устройство для автономных измерений физических величин, реализованное согласно способу [1]. A device for autonomous measurements of physical quantities, implemented according to the method [1].

Недостатком данного устройства является низкое быстродействие. The disadvantage of this device is the low speed.

Известно устройство для автономных измерений физических величин, реализованное согласно способу [2], содержащее два блока измерительных преобразователей, два коммутатора, компаратор, инвертор и делитель. A device for offline measurements of physical quantities, implemented according to the method [2], containing two blocks of measuring transducers, two switches, a comparator, an inverter and a divider.

Недостатком этого устройства является недостаточное быстродействие. The disadvantage of this device is the lack of performance.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. The aim of the invention is to improve the performance of the device.

На чертеже показана схема устройства для автономных измерений физических величин. The drawing shows a diagram of a device for autonomous measurements of physical quantities.

Устройство содержит два блока 1 и 2 измерительных преобразователей, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого 3 и второго 4 управляемых коммутаторов, компаратор 5, прямой вход которого подключен к выходу первого 1 блока измерительных преобразователей, а инверсный - к выходу второго 2 блока измерительных преобразователей. Выход компаратора 5 является одним из выходов устройства и соединен напрямую с управляющим входом первого 3 коммутатора и через инвертор 6 - с управляющим входом второго 4 коммутатора, выход которого соединен с входом делителя 7, который имеет N выходов. Устройство содержит также N выходных компараторов и (N-1) группу элементов, включающих инвертор 9, коммутатор 10 и сумматор 11. В каждой такой группе выход инвертора 9 соединен со вторым входом коммутатора 10, выход которого соединен со вторым входом сумматора 11, выход которого соединен с первым входом сумматора 11 последующей группы и инверсным входом соответствующего выходного компаратора 8, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 10 последующей группы. Выход первого 3 коммутатора соединен с прямыми входами N выходных компараторов 8. Первый выход делителя 7 соединен с первым входом сумматора 11 первой группы и инверсным входом первого выходного компаратора 8, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 10 первой группы. Последующие (N-1) выходов делителя 7 соединены с входами инверторов 9 и первыми входами коммутаторов 10 соответствующих групп. Выходы N выходных компараторов 8 являются информационными выходами устройства. The device contains two blocks 1 and 2 of the measuring transducers, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the first 3 and second 4 managed switches, a comparator 5, the direct input of which is connected to the output of the first 1 block of measuring transducers, and the inverse to the output of the second 2 blocks measuring transducers. The output of the comparator 5 is one of the outputs of the device and is connected directly to the control input of the first 3 switch and through the inverter 6 to the control input of the second 4 switch, the output of which is connected to the input of the divider 7, which has N outputs. The device also contains N output comparators and (N-1) a group of elements including an inverter 9, a switch 10 and an adder 11. In each such group, the output of the inverter 9 is connected to the second input of the switch 10, the output of which is connected to the second input of the adder 11, the output of which connected to the first input of the adder 11 of the subsequent group and the inverse input of the corresponding output comparator 8, the output of which is connected to the control input of the switch 10 of the subsequent group. The output of the first 3 switch is connected to the direct inputs of the N output comparators 8. The first output of the divider 7 is connected to the first input of the adder 11 of the first group and the inverse input of the first output comparator 8, the output of which is connected to the control input of the switch 10 of the first group. The subsequent (N-1) outputs of the divider 7 are connected to the inputs of the inverters 9 and the first inputs of the switches 10 of the corresponding groups. The outputs N of the output comparators 8 are information outputs of the device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При работе блоков 1 и 2 измерительных преобразователей на их выходах получают соответственно значения U1 и U2, несущие информацию об измеряемых величинах, которые характеризуют какое-либо свойство объектов. Значения U1 и U2 с выходов блоков 1 и 2 поступают соответственно на прямой и инверсный входы компаратора 5, который осуществляет операцию их сравнения. При этом его выходной сигнал несет информацию о том, какое из двух значений U1 или U2 измеряемых величин больше (или меньше) по отношению друг к другу. Сигнал с выхода компаратора 5 управляет работой первого 3 и второго 4 коммутаторов. При этом на управляющий вход первого 3 коммутатора он поступает непосредственно, а на управляющий вход второго 4 коммутатора - через инвертор 6. Если U1<U2, то на выход первого 3 коммутатора с его первого входа подается значение U1, а на выход второго 4 коммутатора с его второго входа подается значение U2. Если U1>U2, на выход первого 3 коммутатора с его второго входа подается значение U2, а на выход второго 4 коммутатора с его первого входа - значение U1. Таким образом, на выходе первого 3 коммутатора всегда находится меньшее из двух значений U1 или U2, в то время как на выходе второго 4 коммутатора всегда находится большее из них.When the units 1 and 2 of the measuring transducers are operating, the outputs U 1 and U 2 , respectively, carry information on the measured quantities that characterize any property of the objects, respectively. The values of U 1 and U 2 from the outputs of blocks 1 and 2 are respectively supplied to the direct and inverse inputs of the comparator 5, which performs the operation of comparing them. Moreover, its output signal carries information about which of the two values U 1 or U 2 of the measured values is greater (or less) with respect to each other. The signal from the output of the comparator 5 controls the operation of the first 3 and second 4 switches. At the same time, it goes directly to the control input of the first 3 switches, and to the control input of the second 4 switches through inverter 6. If U 1 <U 2 , then the value of U 1 is supplied to the output of the first 3 switches from its first input, and the output of the second 4 of the switch from its second input, the value U 2 is supplied. If U 1> U 2, 3 on the output of the first switch to its second input is fed U 2 value and to the output of the second switch 4 with its first input - the value U 1. Thus, the output of the first 3 switch is always the smaller of the two values U 1 or U 2 , while the output of the second 4 switch is always the larger of them.

Пусть для определенности U1<U2. Тогда на выходе первого 3 коммутатора будет присутствовать значение U1, а на выходе второго 4 коммутатора - значение U2. Последнее поступает на вход делителя 7, который осуществляет N раз деление U2 на основание системы счисления, в которой будет представлен результат измерения, возведенное в соответствующую степень. При двоичной системе счисления на выходах делителя 7 будут присутствовать N значений U2/21, U2/22, U2/23 ..., U2/2N. Число выходов делителя 7 соответствует числу разрядов представления результата измерения. При этом точность результата измерения будет определяться младшим разрядом, вес которого равен U2/2N. Таким образом, чем больше N, тем выше точность измерения и лучше разрешающая способность устройства.For definiteness, let U 1 <U 2 . Then at the output of the first 3 switch will be the value of U 1 , and at the output of the second 4 switch - the value of U 2 . The latter goes to the input of the divider 7, which carries out N division U 2 on the basis of the number system, in which the measurement result raised to the appropriate degree will be presented. When at the outputs of the binary radix divider 7 will present N values U 2/2 1, U 2/2 2, U 2/2 3 ..., U 2/2 N. The number of outputs of the divider 7 corresponds to the number of bits representing the measurement result. The accuracy of the measurement result is determined by the least significant bit whose weight is equal to U 2/2 N. Thus, the larger N, the higher the measurement accuracy and the better the resolution of the device.

Сигнал с выхода первого 3 коммутатора поступает на прямые входы выходных компараторов 8. В данном случае для определенности это будет сигнал U1.The signal from the output of the first 3 switch goes to the direct inputs of the output comparators 8. In this case, for definiteness, this will be the signal U 1 .

Сигнал U2/21 с первого выхода делителя 7 поступает на инверсный вход первого выходного компаратора 8. Если U1<U2/21, то на выходе (обозначим его A1) этого компаратора будет уровень логического нуля. Если U1>U2/21, то на его выходе буде уровень логической единицы, то есть

Figure 00000002
(1)
Сигнал U2/22 со второго выхода делителя 7 поступает непосредственно на первый вход коммутатора 10 первой группы элементов 9, 10, 11, а на второй его вход - через инвертор 9. На управляющий вход этого коммутатора поступает сигнал A1 с выхода первого выходного компаратора 8. Если сигнал A1=1, то на выходе коммутатора 10 первой группы будет присутствовать сигнал U2/22. Если сигнал A1= 0, то на выходе этого коммутатора будет присутствовать инверсный сигнал (-U2/22). Сигнал с выхода коммутатора 10 первой группы поступает на второй вход сумматора 11 этой же группы, первый вход которого объединен с инверсным входом первого выходного компаратора 8, и, следовательно, на него поступает сигнал U2/21. В итоге на выходе этого сумматора будем иметь сигнал
Figure 00000003
(2)
Сигнал X1 поступает на инверсный вход второго выходного компаратора 8, на прямой вход которого поступает сигнал U1 с выхода первого 3 коммутатора. Если U1<X1, то на выходе (обозначим его A2) этого компаратора будет уровень логического нуля. Если U1>X1, то на его выходе будет уровень логической единицы, то есть
Figure 00000004
(3)
Сигнал U2/23 с третьего выхода делителя 7 поступает аналогично предыдущему случаю непосредственно на первый вход коммутатора 10 второй группы элементов 9, 10, 11, а на второй его вход - через инвертор 9. На управляющий вход этого коммутатора поступает сигнал A2 с выхода второго выходного компаратора 8. Если сигнал A2=1, то на выходе коммутатора 10 второй группы будет присутствовать сигнал U2/23. Если A2=0, то на выходе этого коммутатора будет присутствовать инверсный сигнал (-U2/23). Сигнал с выхода коммутатора 10 второй группы поступает на второй вход сумматора 11 этой же группы, первый вход которого объединен с инверсным входом второго выходного компаратора 8 и, следовательно, на него поступает сигнал X1, определяемый выражением (2). В итоге на выходе этого сумматора будем иметь сигнал
Figure 00000005
(4)
Сигнал X2 поступает на инверсный вход третьего выходного компаратора 8, на прямой вход которого поступает сигнал U1 с выхода первого 3 коммутатора. Если U1<X2, то на выходе (обозначим его A3) этого компаратора будет уровень логического нуля. Если U1>X2, то на его выходе будет уровень логической единицы, то есть
Figure 00000006
(5)
Аналогично работают последующие группы элементов 9, 10, 11. При этом на выходе сумматора 11 последней (N-1) группы элементов 9, 10, 11 будем иметь сигнал XN-1 следующего вида
Figure 00000007
(6)
Сигнал XN-1 поступает на инверсный вход последнего N-ого выходного компаратора 8, на прямой вход которого поступает сигнал U1 с выхода первого 3 коммутатора. Если U1<XN-1, то на выходе (обозначим его AN) этого компаратора будет уровень логического нуля. Если U1>XN-1, то на его выходе будет уровень логической единицы, то есть
Figure 00000008
(7)
Таким образом, двоичный код, зафиксированный на выходах компараторов 5 и 8, будет соответствовать результату измерения. Здесь выходной сигнал компаратора 5 несет информацию о том, какое из двух значений U1 или U2 измеряемых величин больше (или меньше) по отношению друг к другу, а сигналы A1, A2,... AN выходных компараторов 8 соответствуют информационным разрядам. При этом A1 является старшим разрядом, a AN - младшим разрядом.The signal U 2/2 1 7 the first divider output is supplied to the inverting input of the first output of the comparator 8. When U 1 <U 2/2 1, the output (denoted by A 1) of the comparator is logic-zero level. If U 1> U 2/2 1, then its output Buda logic one level, that is,
Figure 00000002
(1)
The signal U 2/2 2 with the second output of the divider 7 is supplied directly to a first input of the switch 10 of the first group of elements 9, 10, 11, and on its second input - the inverter 9. At this switch control input receives the signal A 1 output from the first output comparator 8. If the signal A 1 = 1, the output switch 10 of the first group will be present signal U 2/2 2. If the signal A 1 = 0, the output of the switch will be present negated signal (-U 2/2 2). The signal output from the switch 10 of the first group is supplied to a second input of the adder 11 of the same group, of which a first input is combined with the inverted input of the first output of the comparator 8, and therefore, it receives the signal U 2/2 1. As a result, at the output of this adder we will have a signal
Figure 00000003
(2)
The signal X 1 is fed to the inverse input of the second output comparator 8, the direct input of which receives the signal U 1 from the output of the first 3 switch. If U 1 <X 1 , then the output (denoted by A 2 ) of this comparator will be the level of logical zero. If U 1 > X 1 , then its output will be the level of a logical unit, i.e.
Figure 00000004
(3)
The signal U 2/2 3 7 output of the third divider receives the previous case directly to the first input of the switch 10 of the second group of elements 9, 10, 11, and on its second input - the inverter 9. At this switch control input receives the signal from A 2 output from the second output of the comparator 8. If the signal A 2 = 1, the output switch 10 of the second group will be present U 2/2 3 signal. If A 2 = 0, the output of the switch will be present negated signal (-U 2/2 3). The signal from the output of the switch 10 of the second group is fed to the second input of the adder 11 of the same group, the first input of which is combined with the inverse input of the second output comparator 8 and, therefore, the signal X 1 defined by expression (2) is supplied to it. As a result, at the output of this adder we will have a signal
Figure 00000005
(4)
The signal X 2 is fed to the inverse input of the third output comparator 8, the direct input of which receives the signal U 1 from the output of the first 3 switch. If U 1 <X 2 , then the output (denoted by A 3 ) of this comparator will be the level of logical zero. If U 1 > X 2 , then its output will be the level of a logical unit, i.e.
Figure 00000006
(5)
The subsequent groups of elements 9, 10, 11 work similarly. At the same time, at the output of the adder 11 of the last (N-1) group of elements 9, 10, 11, we will have a signal X N-1 of the following form
Figure 00000007
(6)
The signal X N-1 is fed to the inverse input of the last N-th output comparator 8, the direct input of which receives the signal U 1 from the output of the first 3 switch. If U 1 <X N-1 , then the output (denoted by A N ) of this comparator will be the level of logical zero. If U 1 > X N-1 , then its output will be the level of a logical unit, i.e.
Figure 00000008
(7)
Thus, the binary code fixed at the outputs of the comparators 5 and 8 will correspond to the measurement result. Here, the output signal of the comparator 5 carries information about which of the two values U 1 or U 2 of the measured values is greater (or less) with respect to each other, and the signals A 1 , A 2 , ... A N of the output comparators 8 correspond to information discharges. Moreover, A 1 is the most significant digit, and A A N is the least significant digit.

Дальнейшая обработка результата измерения может быть выполнена в цифровом виде. Математически результат измерения, связывающий значения U1 и U2, записывается следующим образом:
если U1<U2, то
U1=U2[A1(1/21)+ A2(1/22)+...+ AN(1/2N)], (8)
если U1>U2, то
U2=U1[A1(l/21)+A2(l/22)+... +AN(1/2N)], (9)
где A1, A2,...,AN - данные (биты информации), записанные в компараторах 8.
Further processing of the measurement result can be performed digitally. Mathematically, the measurement result, connecting the values of U 1 and U 2 , is written as follows:
if U 1 <U 2 , then
U 1 = U 2 [A 1 (1/2 1 ) + A 2 (1/2 2 ) + ... + A N (1/2 N )], (8)
if U 1 > U 2 then
U 2 = U 1 [A 1 (l / 2 1 ) + A 2 (l / 2 2 ) + ... + A N (1/2 N )], (9)
where A 1 , A 2 , ..., A N - data (bits of information) recorded in comparators 8.

Информация о представлении результата измерения в виде (8) или (9) записана в компараторе 5. Как было показано выше, сигнал с выхода компаратора 5 несет информацию о том, какое из двух значений U1 или U2 больше (или меньше) по отношению друг к другу.Information on the representation of the measurement result in the form of (8) or (9) is recorded in the comparator 5. As shown above, the signal from the output of the comparator 5 carries information about which of the two values U 1 or U 2 is greater (or less) with respect to to each other.

Данное устройство позволяет повысить быстродействие по сравнению с аналогом [1] в 2N раз, а по сравнению с прототипом [2] в N раз, если суммарное время переходных процессов в группах элементов 9, 10, 11 не превышает периода тактовой частоты стробирующих генераторов.This device allows to increase the speed compared to the analogue [1] by 2 N times, and compared to the prototype [2] by N times, if the total transient time in the groups of elements 9, 10, 11 does not exceed the clock period of the gating generators.

Источники информации
1. А.С. СССР N 1824521, МКИ G 01 D 21/00. Бюл. N 24, 1993.
Sources of information
1. A.S. USSR N 1824521, MKI G 01 D 21/00. Bull. N 24, 1993.

2. Патент РФ N 2063613, МКИ G 01 D 21/00. Бюл. N 19, 1996. 2. RF patent N 2063613, MKI G 01 D 21/00. Bull. N 19, 1996.

Claims (1)

Устройство для автономных измерений физических величин, содержащее два блока измерительных преобразователей, два управляемых коммутатора, компаратор, инвертор, делитель, причем выход первого блока измерительных преобразователей соединен с первыми входами первого и второго коммутаторов и прямым входом компаратора, выход второго блока измерительных преобразователей соединен со вторыми входами первого и второго коммутаторов и инверсным входом компаратора, выход которого является одним из выходов устройства и соединен напрямую с управляющим входом первого коммутатора, а через инвертор - с управляющим входом второго коммутатора, выход которого соединен с входом делителя, отличающееся тем, что в него введены N выходных компараторов и (N-1) групп элементов, каждая из которых содержит инвертор, коммутатор и сумматор, причем в каждой группе выход инвертора соединен с вторым входом коммутатора, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом сумматора последующей группы и инверсным входом соответствующего выходного компаратора, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора последующей группы, выход первого коммутатора соединен с прямыми входами N выходных компараторов, первый выход делителя соединен с первым входом сумматора первой группы и инверсным входом первого выходного компаратора, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора первой группы, (N-1) последующих выходов делителя соединены с входами инверторов и первыми входами коммутаторов соответствующих групп, выходы N выходных компараторов являются информационными выходами устройства. A device for autonomous measurements of physical quantities, containing two blocks of measuring transducers, two controlled switches, a comparator, an inverter, a divider, the output of the first block of measuring transducers connected to the first inputs of the first and second switches and a direct input of the comparator, the output of the second block of measuring transducers connected to the second the inputs of the first and second switches and the inverse input of the comparator, the output of which is one of the outputs of the device and is connected directly to the control the input of the first switch, and through the inverter, with the control input of the second switch, the output of which is connected to the input of the divider, characterized in that N output comparators and (N-1) groups of elements are introduced into it, each of which contains an inverter, a switch, and an adder moreover, in each group, the inverter output is connected to the second input of the switch, the output of which is connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the first input of the adder of the subsequent group and the inverse input of the corresponding output comparator, output which is connected to the control input of the switch of the subsequent group, the output of the first switch is connected to the direct inputs of N output comparators, the first output of the divider is connected to the first input of the adder of the first group and the inverse input of the first output comparator, the output of which is connected to the control input of the switch of the first group, (N -1) the subsequent outputs of the divider are connected to the inputs of the inverters and the first inputs of the switches of the corresponding groups, the outputs of the N output comparators are information outputs of the devices a.
RU97119459A 1997-11-27 1997-11-27 Gear for autonomous measurement of physical quantities RU2132043C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97119459A RU2132043C1 (en) 1997-11-27 1997-11-27 Gear for autonomous measurement of physical quantities

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97119459A RU2132043C1 (en) 1997-11-27 1997-11-27 Gear for autonomous measurement of physical quantities

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2132043C1 true RU2132043C1 (en) 1999-06-20

Family

ID=20199311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97119459A RU2132043C1 (en) 1997-11-27 1997-11-27 Gear for autonomous measurement of physical quantities

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2132043C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2132043C1 (en) Gear for autonomous measurement of physical quantities
RU58825U1 (en) ANALOG-DIGITAL CONVERTER
RU2092794C1 (en) Device for autonomous measurement of physical quantities
RU2028730C1 (en) Analog-to-digital converter
RU2110886C1 (en) Analog-to-digital converter
SU857982A1 (en) Square rooting device
SU902245A1 (en) Device for measuring digital-analogue converter error
SU752170A1 (en) Digital meter of signal effective value
SU1008901A1 (en) Analogue-digital converter
SU1003332A1 (en) Voltage-to-code converter
SU780188A1 (en) Multichannel analogue-digital converter
SU817999A1 (en) Device for measuring digital-analogue converter error
RU2066923C1 (en) Analog-to-digital converter for parallel comparison
RU2087869C1 (en) Device for autonomous measurement of physical quantities
SU1367156A1 (en) Parallel-series a-d converter
SU723772A1 (en) Digital voltmeter of signal effective values
RU2101859C1 (en) Balancing analog-to-digital converter
SU741458A1 (en) Converter of single pulse voltage to code
SU767774A1 (en) Spectral analyzer
SU657607A1 (en) Digit-wise coding analogue-digital converter
SU813478A1 (en) Graphic information readout device
RU2117389C1 (en) Analog-to-digital conversion unit
SU955048A1 (en) Random process generator
SU621087A1 (en) Analogue-digital converter
SU864550A2 (en) Device for measuring distribution function of random errors of analogue-digital converters