RU2161805C1 - Digital instrument - Google Patents
Digital instrument Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161805C1 RU2161805C1 RU99113963/09A RU99113963A RU2161805C1 RU 2161805 C1 RU2161805 C1 RU 2161805C1 RU 99113963/09 A RU99113963/09 A RU 99113963/09A RU 99113963 A RU99113963 A RU 99113963A RU 2161805 C1 RU2161805 C1 RU 2161805C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- counter
- measurement result
- synchronous
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения физических величин путем преобразования их в электрические величины, например в частоту переменного тока, преобразования ее в последовательность импульсов и их подсчета, в частности к модификации основных электрических элементов, приспособленных для использования в электрических измерительных приборах, к конструктивным сопряжениям таких элементов с этими приборами, а также к конструктивным соединениям электрических измерительных приборов с электронными устройствами общего назначения, например с устройствами для подсчета импульсов, и представления измеряемых электрических переменных величин в цифровом виде. The invention relates to the field of measuring physical quantities by converting them into electrical quantities, for example, into an alternating current frequency, converting it into a sequence of pulses and counting them, in particular, to modifying basic electrical elements adapted for use in electrical measuring instruments, to constructive interfaces of such elements with these devices, as well as to structural connections of electrical measuring devices with electronic devices of general purpose, for example Example with devices for counting pulses, and digitally representing measured electrical variables.
В настоящее время в технике измерений различных физических величин, таких как температура, освещение различного спектрального диапазона, постоянное магнитное поле, механическая деформация, состав газовой среды и т.п. , широко используются цифровые измерительные приборы с первичными преобразователями (датчиками), выходным параметром которых является частота переменного тока (Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гужников.B.C. Цифровые приборы с частотными датчиками. М., "Энергия", 1990). Использование таких датчиков позволяет существенно упростить их согласование с измерительными системами и устранить ряд конструктивных трудностей. Так, показания датчиков не зависят от сопротивления подводящих проводов, возможно эффективное применение фильтрации сигнала, не требуется прецизионных высокостабильных бездрейфовых усилителей постоянного тока, упрощается преобразование выходного сигнала датчиков в цифровой код (период - код). Currently, in the technique of measuring various physical quantities, such as temperature, lighting of various spectral ranges, constant magnetic field, mechanical deformation, composition of the gaseous medium, etc. , digital measuring instruments with primary converters (sensors) are widely used, the output parameter of which is the frequency of the alternating current (Novitsky P.V., Knorring V.G., Guzhnikov.BC Digital devices with frequency sensors. M., "Energy", 1990 ) The use of such sensors can significantly simplify their coordination with measuring systems and eliminate a number of design difficulties. So, the readings of the sensors do not depend on the resistance of the supply wires, it is possible to effectively apply signal filtering, precision highly stable, drift-free direct current amplifiers are not required, the output signal of the sensors is simplified to a digital code (period - code).
Известен цифровой прибор (авт.свид. СССР N 1068389, МКИ G 01 K 7/32), содержащий первичный преобразователь с частотным выходом, подключенный ко входу ключа, управляющие входы которого соединены с формирователем интервала измерения и блоком управления, выходы которого подключены к установочным входам триггера знака и реверсивного счетчика, генератор опорной частоты, подключенный ко второму входу ключа, выход которого подключен к первому входу схемы ИЛИ, выход которой подключен ко входу реверсивного счетчика, к выходу которого подключен ждущий мультивибратор, первый выход которого подключен к счетному входу триггера, выход которого соединен со входом схемы индикации знака и на вход направления счета счетчика, выход которого соединен с цифровым индикатором, выходы блока управления подключены к дополнительным входам схем ИЛИ, реверсивного счетчика и триггера. A digital device is known (autoswitch. USSR N 1068389, MKI G 01 K 7/32), containing a primary converter with a frequency output connected to the key input, the control inputs of which are connected to the shaper of the measurement interval and the control unit, the outputs of which are connected to the installation inputs of the sign trigger and a reverse counter, a reference frequency generator connected to the second input of the key, the output of which is connected to the first input of the OR circuit, the output of which is connected to the input of the reverse counter, the output of which is the waiting mule a vibrator, the first output of which is connected to the counter input of the trigger, the output of which is connected to the input of the sign display circuit and to the counter direction input of the counter, the output of which is connected to a digital indicator, the control unit outputs are connected to additional inputs of the OR circuits, the reversible counter and the trigger.
Основным недостатком этого цифрового прибора является сложность схемы и жесткие требования на параметры входных импульсов (скважность) и низкое быстродействие, обусловленное его структурой построения. The main disadvantage of this digital device is the complexity of the circuit and the stringent requirements for the parameters of the input pulses (duty cycle) and low speed due to its construction structure.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является цифровой прибор (авт.свид. СССР N 1107009, МКИ G 01 K 7/32), содержащий первичный преобразователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, подключенный к формирователю временных интервалов, счетчик результата измерения с цифровым индикатором, первый триггер, первый вход которого соединен с выходом "нуль" счетчика результата измерения, а первый выход соединен с входом управления реверсом счетчика и через переключатель знака крутизны, соединенный с вторым выходом первого триггера, - с информационным входом второго триггера, выходы которого подключены к индикатору знака, а также распределитель импульсов, ключи, дополнительный триггер. Closest to the proposed invention in technical essence is a digital device (autoswitch. USSR N 1107009, MKI G 01 K 7/32) containing a primary Converter with a frequency output, a reference frequency generator connected to the shaper time intervals, the counter of the measurement result with a digital indicator, the first trigger, the first input of which is connected to the zero output of the meter of the measurement result, and the first output is connected to the counter reverse control input and through the slope sign switch connected to the second output the first trigger, - with the information input of the second trigger, the outputs of which are connected to the sign indicator, as well as a pulse distributor, keys, an additional trigger.
Недостатком этого цифрового прибора является сложность его схемы и низкое быстродействие, обусловленное наличием подготовительного этапа во временной диаграмме работы. Кроме того, этот цифровой прибор предназначен для работы только с частотными датчиками температуры. The disadvantage of this digital device is the complexity of its circuit and low speed, due to the presence of the preparatory stage in the timing diagram of work. In addition, this digital device is designed to work only with frequency temperature sensors.
Цель изобретения - повышение быстродействия, упрощение схемного решения и расширение функциональных возможностей цифрового прибора. The purpose of the invention is improving performance, simplifying circuit design and expanding the functionality of a digital device.
Поставленная цель достигается тем, что, в отличие от известного цифрового прибора, содержащего первичный преобразователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, подключенный к формирователю временных интервалов, счетчик результата измерения с цифровым индикатором, первый триггер, первый вход которого соединен с выходом "нуль" счетчика результата измерения, а первый выход соединен с входом управления реверсом счетчика и через переключатель знака крутизны, соединенный со вторым выходом первого триггера, - с информационным входом второго триггера, выходы которого подключены к индикатору знака, в заявляемом техническом решении введены синхронный счетчик результата измерения, синхронный регистр памяти и синхронный счетчик формирователя временных интервалов, выход которого соединен с его входом предустановки и со входом предустановки синхронного счетчика результата измерения, со входами синхронизации синхронного регистра памяти и триггера знака и входом установки триггера направления счета, и синхронный счетчик результата измерения, счетный вход которого соединен с выходом первичного измерительного преобразователя с частотным выходом, а выход - со входом регистра памяти, выход которого соединен с индикатором результата измерения, сигнал с выхода триггера направления счета поступает на вход направления счета счетчика результата измерения. This goal is achieved in that, in contrast to the known digital device containing a primary converter with a frequency output, a reference frequency generator connected to a time interval former, a measurement result counter with a digital indicator, a first trigger, the first input of which is connected to the zero output the meter of the measurement result, and the first output is connected to the counter reverse control input and through the slope sign switch connected to the second output of the first trigger, to the information input of the second trigger, the outputs of which are connected to the sign indicator, in the claimed technical solution, a synchronous counter of the measurement result, a synchronous memory register and a synchronous counter of the time interval shaper are introduced, the output of which is connected to its preset input and to the preset input of the synchronous measurement result counter, with synchronous synchronization inputs the memory register and the sign trigger, and the installation input of the counting direction trigger, and a synchronous measurement result counter, the counting input of which is is dined with the output of the primary measuring transducer with a frequency output, and the output is with the input of the memory register, the output of which is connected to the indicator of the measurement result, the signal from the output of the counting direction trigger enters the counting direction input of the measurement result counter.
На чертеже приведена структурная схема цифрового прибора. The drawing shows a structural diagram of a digital device.
Цифровой прибор содержит первичный преобразователь с частотным выходом 1, счетчик результата измерения 2, включающий в себя синхронный реверсивный счетчик 3 с синхронной предустановкой. синхронный регистр памяти 4, дешифратор 5 с цифровым индикатором, триггер направления счета 6, триггер знака 7, дешифратор индикатора знака 8, переключатель знака крутизны 9, генератор опорной частоты 10, синхронный счетчик формирования временных интервалов 11 с синхронной предустановкой. The digital device contains a primary Converter with a frequency output 1, the counter of the measurement result 2, which includes a synchronous reversible counter 3 with a synchronous preset. synchronous memory register 4, decoder 5 with digital indicator, counting direction trigger 6, sign 7 trigger, sign 8 decoder, sign slope switch 9, reference frequency generator 10, synchronous counter for generating time intervals 11 with synchronous preset.
Частота следования импульсов f на выходе первичного преобразователя в зависимости от регистрируемой физической величины x определяется выражением f= ax+b, где а - крутизна частотной характеристики первичного преобразователя; b - свободный член (значение частоты f при входной физической величине x, равной нулю). The pulse repetition rate f at the output of the primary converter, depending on the recorded physical quantity x, is determined by the expression f = ax + b, where a is the steepness of the frequency response of the primary converter; b is a free term (the value of the frequency f with an input physical quantity x equal to zero).
В качестве первичного преобразователя, например, состава газовой среды может быть применен частотный датчик на основе рекомбинационных волн (авт. свид. СССР N 1602189, МКИ G 01 N 27/12), построенный по дифференциальной автогенераторной схеме. В этом случае один канал является опорным и отрабатывает изменение параметров окружающей среды, а второй - является измерительным. На выходе такого датчика при наличии регистрируемой физической величины (в данном случае концентрации частиц газа - водорода) появляется разностный частотный сигнал. Он является входным для электронной части цифрового прибора. As a primary converter, for example, the composition of the gas medium, a frequency sensor based on recombination waves (ed. Certificate of the USSR N 1602189, MKI G 01 N 27/12), constructed according to a differential self-generating scheme, can be used. In this case, one channel is a reference and fulfills a change in environmental parameters, and the second is a measuring one. At the output of such a sensor, in the presence of a recorded physical quantity (in this case, the concentration of gas particles - hydrogen), a difference frequency signal appears. It is the input to the electronic part of the digital device.
В качестве материала для датчика на основе рекомбинационных волн использован кремний, содержащий мелкую донорную примесь, например фосфор или мышьяк с концентрацией Nd, и глубокий двойной акцептор - цинк - с концентрацией NA, при выполнении следующего соотношения между ними (Nd/2)<NA<Nd, причем отношение концентраций электронов и дырок в кремнии менее отношения их времен жизни n/p < τn/τp. B датчике использовано сенсорное покрытие из металла платиновой группы, в частности палладия, а расстояние между омическими контактами не превышает пяти диффузионных длин неосновных носителей заряда (дырок).Silicon containing a small donor impurity, for example, phosphorus or arsenic with a concentration of N d , and a deep double acceptor, zinc, with a concentration of N A , were used as a material for the sensor based on recombination waves, with the following ratio between them (N d / 2) <NA <N d , and the ratio of electron and hole concentrations in silicon is less than the ratio of their lifetimes n / p <τ n / τ p . The sensor used a sensor coating of a platinum group metal, in particular palladium, and the distance between the ohmic contacts does not exceed five diffusion lengths of minority charge carriers (holes).
Частотный датчик по разностной автогенераторной схеме может быть выполнен и на основе линии задержки поверхностных акустических волн (A.D Amico, A. Palma and E.Verona. Proc.IEEE Ultrasonic Symp., CA, U.S.A., 1982, p. 312). В качестве материала звукопровода такого датчика мы предлагаем использовать LiNbO3. Такой датчик тоже снабжен сенсорным покрытием, аналогичным приведенному выше, причем расстояние между центрами входного и выходного преобразователей поверхностных акустических волн равно длине входного преобразователя. Отличие этого датчика от датчика на основе рекомбинационных волн будет только в диапазоне частот на выходе первичного преобразователя и в относительном изменении частоты в рабочем интервале измеряемой физической величины. Если для датчика на основе рекомбинационных волн этот диапазон составляет Δf = (1-103) Гц, то для датчика второго типа он равен Δf = (103 - 106) Гц. С другой стороны, относительное изменение частоты для датчиков первого типа равно δf = (Δf/f) = (10-2-10)%, а для датчиков второго типа оно составляет δf = (10-5 - 10-2)%.The frequency sensor according to the difference self-generating scheme can also be performed on the basis of the delay line of surface acoustic waves (AD Amico, A. Palma and E. Verona. Proc.IEEE Ultrasonic Symp., CA, USA, 1982, p. 312). As a material for the sound duct of such a sensor, we suggest using LiNbO 3 . Such a sensor is also provided with a sensor coating similar to the above, and the distance between the centers of the input and output transducers of surface acoustic waves is equal to the length of the input transducer. The difference between this sensor and the sensor based on recombination waves will be only in the frequency range at the output of the primary transducer and in the relative change in frequency in the operating range of the measured physical quantity. If for a sensor based on recombination waves this range is Δ f = (1-10 3 ) Hz, then for a sensor of the second type it is Δ f = (10 3 - 10 6 ) Hz. On the other hand, the relative change in the frequency for the sensors of the first type is δ f = (Δ f / f) = (10 -2 -10)%, and for the sensors of the second type it is δ f = (10 -5 - 10 -2 ) %
Для калибровки частотных датчиков различных типов (для измерения таких физических величин, как температура, освещение различного спектрального диапазона, постоянное магнитное поле, механическая деформация, состав газовой среды и т.п.) необходимо установить соответственно на входах предустановки счетчика результата измерения 2 D1...Dn значение:
N2 =F0/a;
где F0 - частота опорного генератора, а по входам предварительной установки D1. . .Dk счетчика формирователя временного интервала 11 - значение рабочего временного интервала:
N1 =-b/a.For calibration of frequency sensors of various types (for measuring physical quantities such as temperature, lighting of various spectral ranges, constant magnetic field, mechanical deformation, composition of the gaseous medium, etc.), it is necessary to set 2 D 1 respectively on the inputs of the preset counter of the measurement result. ..D n value:
N 2 = F 0 / a;
where F 0 is the frequency of the reference generator, and at the inputs of the preset D 1 . . .D k counter of the shaper time interval 11 - the value of the working time interval:
N 1 = -b / a.
Цифровой прибор работает следующим образом. The digital device operates as follows.
Частотный сигнал с выхода первичного преобразователя 1 поступает на счетный вход счетчика результата измерения 2. С выхода генератора опорной частоты 10 сигнал поступает на счетный вход формирователя временного интервала 11, в качестве которого используется синхронный счетчик с синхронной предустановкой. Каждый раз, когда наступает переполнение счетчика формирователя временного интервала 11, на его выходе появляется импульс, поступающий на входы загрузки счетчиков 2 и 11, регистра 4 и вход установки триггера 6 направления счета. При этом информация, накопленная в счетчике 2 за предыдущий период, записывается в регистр 4 и отображается на цифровом индикаторе 5, а знак фиксируется на триггере знака 7 и отображается на индикаторе знака 8. Одновременно производится предустановка счетчика 2 по входам предварительной установки D1...Dn значением частоты, соответствующей нулевой точке измеряемого значения первичного преобразователя, а счетчика 11 - по входам предварительной установки D1... Dk значением рабочего временного интервала. Счетчик 2 начинает работать в режиме вычитания из записанного в него кода, при переходе содержимого счетчика через нуль выходной сигнал с его выхода переноса поступает на счетный вход триггера направления счета 6, переводя его в другое состояние, при этом сигнал с выхода триггера 6 переводит счетчик 2 по входу направления счета в режим суммирования импульсов. Далее цикл измерения повторяется.The frequency signal from the output of the primary Converter 1 goes to the counting input of the counter of the measurement result 2. From the output of the reference frequency generator 10, the signal goes to the counting input of the shaper of the time interval 11, which is used as a synchronous counter with a synchronous preset. Each time when the counter overflows the shaper of the time interval 11, a pulse appears at its output, which goes to the load inputs of the counters 2 and 11, register 4 and the installation input of the trigger 6 of the counting direction. In this case, the information accumulated in counter 2 for the previous period is recorded in register 4 and displayed on digital indicator 5, and the sign is fixed on the trigger of sign 7 and displayed on the indicator of sign 8. At the same time, counter 2 is preset at the inputs of preset D 1 .. .D n the frequency value corresponding to the zero point of the measured value of the primary Converter, and the counter 11 on the inputs of the preset D 1 ... D k the value of the working time interval. Counter 2 starts to work in the mode of subtraction from the code written into it, when the contents of the counter go through zero, the output signal from its transfer output goes to the counting input of the trigger for counting direction 6, translating it into another state, while the signal from the output of trigger 6 transfers counter 2 at the input of the counting direction into the pulse summation mode. Next, the measurement cycle is repeated.
Диапазон рабочих частот цифрового прибора зависит от быстродействия и разрядности синхронных счетчиков и соотношения частот опорного генератора и первичного преобразователя. The range of operating frequencies of a digital device depends on the speed and bit depth of synchronous counters and the frequency ratio of the reference generator and the primary converter.
Наличие в заявляемом техническом решении синхронных счетчиков с синхронной предустановкой, а также новых связей между его элементами позволяет существенно упростить конструкцию цифрового мультимера без снижения точности измерения регистрируемой физической величины, повысить его быстродействие, упростить процесс его градуировки и тем самым расширить его функциональные возможности. The presence in the claimed technical solution of synchronous meters with a synchronous preset, as well as new connections between its elements, can significantly simplify the design of a digital multimeter without reducing the measurement accuracy of the recorded physical quantity, increase its speed, simplify the process of its calibration and thereby expand its functionality.
Claims (6)
4. Прибор по п.3, отличающийся тем, что расстояние между омическими контактами не превышает пяти диффузионных длин неосновных носителей заряда Lp.3. The device according to claim 2, characterized in that silicon containing a small donor impurity, for example phosphorus, with a concentration of N d and a deep double acceptor - zinc - with a concentration of N A is used as the material for the sensor based on recombination waves: relations between them: (N d / 2) <N A <N d , and the ratio of electron concentrations n and hole p in silicon is less than the ratio of their lifetimes n / p <τ n / τ p .
4. The device according to claim 3, characterized in that the distance between the ohmic contacts does not exceed five diffusion lengths of minority charge carriers L p .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99113963/09A RU2161805C1 (en) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | Digital instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99113963/09A RU2161805C1 (en) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | Digital instrument |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2161805C1 true RU2161805C1 (en) | 2001-01-10 |
Family
ID=20221925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99113963/09A RU2161805C1 (en) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | Digital instrument |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2161805C1 (en) |
-
1999
- 1999-06-25 RU RU99113963/09A patent/RU2161805C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100220672B1 (en) | Time interval measurer having parallel architecture | |
| RU2161805C1 (en) | Digital instrument | |
| JPS5819068B2 (en) | Denshiki Denryokuriyokei | |
| SU903919A1 (en) | Graphic information readout device | |
| SU1239618A1 (en) | Method of measuring pulse repetition frequency with respect to fixed time interval | |
| SU1317642A1 (en) | Frequency multiplier | |
| RU2156471C2 (en) | Device measuring frequency of events | |
| SU1073887A1 (en) | Time-pulse converter of a.c.parameters | |
| SU657362A1 (en) | Frequency-and-phase meter | |
| SU1619071A1 (en) | Meter of index of thermal lag of frequency thermal converters | |
| SU1359749A1 (en) | Period-measuring device | |
| SU1374065A1 (en) | Method of determining heat inertia factor of thermal converters with frequency output | |
| SU718908A1 (en) | Arrangement for shaping pulse train with internal pulse modulation | |
| SU661491A1 (en) | Time interval digital meter | |
| SU670810A1 (en) | Discrete level meter | |
| SU505009A1 (en) | Interpolation time interval meter | |
| SU712808A1 (en) | Time interval measuring device | |
| SU1206824A1 (en) | Scaling unit for device for reading graphic information | |
| SU1226298A1 (en) | Ultrasonic flaw detector | |
| SU1633439A1 (en) | Information and measurement system | |
| SU1430895A1 (en) | Device for measuring time scale transformation factor of stroboscopic converter of electric signals | |
| SU900206A1 (en) | Device for measuring random process outburst duration probability distribution | |
| SU890251A1 (en) | Correlation speed meter | |
| SU1501294A1 (en) | Method and apparatus for measuring errors in digital data transmission channel | |
| SU538335A1 (en) | The device of the Vernier time interval measurement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030626 |