RU2168728C1

RU2168728C1 - Method and device for conversion of signals from pickups of inductive and resistive type

Info

Publication number: RU2168728C1
Application number: RU99126361A
Authority: RU
Inventors: В.И. Смирнов
Original assignee: Смирнов Виталий Иванович
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method is based on measurement of transition process in sensitive element which incorporates inductance, resistor and diode connected in parallel, on conversion of pulse duration to amplitude and to code with its subsequent transmission via bi-directional parallel port into personal computer. Device for realization of given method is designed in the form of expansion plate positioned in standard connector of system bus of computer. EFFECT: reduced measurement time. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительных узлах металлообрабатывающих станков или автоматических технологических линий. The invention relates to measuring equipment and can be used in the control and measuring nodes of metalworking machines or automatic production lines.

Преобразование сигналов от параметрических датчиков в основном осуществляют либо мостовым способом, либо способом на основе генераторной измерительной схемы. Последний способ предпочтительнее из-за более высокой чувствительности, но уступает мостовому по быстродействию. The conversion of signals from parametric sensors is mainly carried out either by a bridge method, or by a method based on a generator measuring circuit. The latter method is preferable due to its higher sensitivity, but inferior to the bridge in speed.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ и устройство детектирования положения (Position detector apparatus and method utilizing a transient voltage waveform prozessor. Пат. 5198764 США), в котором датчик индуктивного типа используют как элемент управления в релаксационной цепи генератора. При подаче на датчик электрического импульса время спада наводимого переходного напряжения используют для модуляции частоты импульсного генератора. Образуемая на выходе схемы частота определяется положением электропроводящего или ферромагнитного объекта. Closest to the technical nature of the claimed invention is the selected as a prototype method and device for detecting position (Position detector apparatus and method utilizing a transient voltage waveform prozessor. US Pat. 5198764 USA), in which the inductive type sensor is used as a control element in the relaxation circuit of the generator . When an electric pulse is applied to the sensor, the decay time of the induced transient voltage is used to modulate the frequency of the pulse generator. The frequency generated at the output of the circuit is determined by the position of the electrically conductive or ferromagnetic object.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные признаки: оба они являются устройствами, преобразующими сигналы от датчиков индуктивного типа; оба используют подачу электрического импульса и вызванный этим переходный процесс в датчике. The prototype and the claimed invention have the following similar features: both of them are devices that convert signals from inductive type sensors; both use an electric pulse and the resulting transient in the sensor.

Недостатком прототипа является то, что при использовании преобразования параметров датчика в частоту время одного измерения должно по крайней мере на один-два порядка превышать период колебаний генератора, что ограничивает быстродействие устройства. The disadvantage of the prototype is that when using the conversion of the sensor parameters to the frequency, the time of one measurement should be at least one to two orders of magnitude longer than the oscillation period of the generator, which limits the speed of the device.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. Вместо LC-колебательного контура в качестве чувствительного элемента используются соединенные параллельно индуктивность L, резистор R и диод D, подключенный p-областью к шине с нулевым потенциалом. Подача электрического импульса в LC-колебательный контур возбуждает в нем быстрозатухающие колебания, вид которых изображен на фиг. 1а. Подача аналогичного импульса на соединенные параллельно индуктивность, резистор и диод с большим временем восстановления обратного сопротивления приводит к переходному процессу, определяемому рассасыванием неосновных носителей заряда в базе диода. Форма сигнала с выхода чувствительного элемента представлена на фиг. 1б. Длительность "отрицательной" части сигнала при фиксированном значении индуктивности зависит от сопротивления датчика резисторного типа, а при фиксированном значении сопротивления - от индуктивности соответствующего датчика. Первичный преобразователь преобразует изменения длительности переходного процесса в изменения амплитуды импульса и далее с помощью аналого-цифрового преобразователя в код. Таким образом, вместо преобразования первичного сигнала у прототипа по схеме "параметры датчиков - частота колебаний - код" используется схема "параметры датчиков - длительность импульса - амплитуда импульса - код". In relation to the prototype of the claimed invention has the following distinctive features. Instead of an LC oscillatory circuit, a parallel inductance L, a resistor R, and a diode D connected by a p-region to a bus with zero potential are used as a sensing element. The supply of an electric pulse to the LC oscillatory circuit excites quick-damped oscillations in it, the form of which is depicted in FIG. 1a. The supply of a similar pulse to the inductance, resistor and diode connected in parallel with a long recovery time of the inverse resistance leads to a transient process determined by the resorption of minority charge carriers in the diode base. The waveform from the output of the sensor is shown in FIG. 1b. The duration of the "negative" part of the signal with a fixed value of inductance depends on the resistance of the sensor of the resistor type, and with a fixed value of resistance it depends on the inductance of the corresponding sensor. The primary converter converts the changes in the duration of the transient process into changes in the amplitude of the pulse and then with the help of an analog-to-digital converter into code. Thus, instead of converting the primary signal from the prototype according to the scheme "sensor parameters - oscillation frequency - code", the scheme "sensor parameters - pulse duration - pulse amplitude - code" is used.

Структурная схема устройства, конструктивно выполненная на печатной плате, размещенной в разъеме системной магистрали IBM-совместимого компьютера, представлена на фиг. 2. Устройство содержит параллельный порт ввода/вывода 1, состоящий из дешифратора адреса порта, буферных регистров и двунаправленных шинных формирователей; блок формирования импульсов 2, вырабатывающий две последовательности импульсов разной длительности; коммутаторы тока 3 и 6; многоканальный усилитель тока 4; набор датчиков индуктивного и резисторного типов 5; компаратор 7; блок опорного плеча 8, включающий в себя те же элементы, что и измерительный тракт, т.е. коммутаторы, усилитель, компаратор; схему "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 9; преобразователь "время - амплитуда" 10; аналого-цифровой преобразователь 11. The block diagram of the device, structurally executed on a printed circuit board located in the connector of the system bus of an IBM-compatible computer, is shown in FIG. 2. The device contains a parallel input / output port 1, consisting of a port address decoder, buffer registers and bi-directional bus drivers; pulse forming unit 2, generating two sequences of pulses of different durations; current switches 3 and 6; multi-channel current amplifier 4; a set of sensors inductive and resistor types 5; comparator 7; block of the supporting arm 8, which includes the same elements as the measuring path, i.e. switches, amplifier, comparator; EXCLUSIVE OR 9; converter "time - amplitude" 10; analog-to-digital converter 11.

Работу устройства поясняют эпюры напряжения, представленные на фиг. 3. В буферный регистр порта 1 записывается код адреса канала, и одновременно с этим на блок формирования импульсов 2 поступает импульс запуска U₁, по фронту которого вырабатываются два импульса разной длительности U₂ и U₃. Импульс U₂, пройдя через коммутатор тока 3 и многоканальный усилитель U₄, возбуждает в соответствующем датчике 5 переходный процесс, длительность которого зависит от параметров датчика. Сигнал с выхода датчика U₄ поступает на компаратор 6, на выходе которого формируется импульс U₆. Аналогичный импульс U₇ формируется на выходе блока опорного плеча 8, в котором в качестве датчиков используются дроссель и резистор с фиксированными параметрами, обеспечивающие "опорный" сигнал U₅. Импульсы U₆ и U₇ поступают на вход схемы "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 9, на выходе которой формируется импульс U₈, длительность которого в конечном итоге определяется изменением параметров датчиков 5. На выходе преобразователя "время-амплитуда" формируется сигнал U₉, амплитуда которого определяется импульсом U₈, а длительность - импульсом U₃. На вход аналого-цифрового преобразователя наряду с сигналом U₉ с выхода преобразователя "время-амплитуда" поступает импульс логического сопровождения U₁₀ с временной задержкой относительно сигнала U₉. Импульс логического сопровождения U₁₀ запускает аналого-цифровой преобразователь, который по окончанию преобразования сигнала U₉ в код формирует сигнал запроса прерывания U₁₁, поступающий в системную магистраль. Получив сигнал запроса прерывания, процессор компьютера инициирует процедуру считывания данных с выхода АЦП, изменяет содержимое буферных регистров порта, формирует импульс запуска U₁, и процесс повторяется для другого канала.The operation of the device is illustrated by the voltage plots shown in FIG. 3. The channel address code is written into the buffer register of port 1, and at the same time, a trigger pulse U _{1 is} received at the pulse generating unit 2, along the edge of which two pulses of different durations U ₂ and U _{3 are} generated. The pulse U ₂ , passing through the current switch 3 and multi-channel amplifier U ₄ , excites a transient in the corresponding sensor 5, the duration of which depends on the parameters of the sensor. The signal from the output of the sensor U ₄ enters the comparator 6, the output of which is formed by a pulse U ₆ . A similar pulse U ₇ is generated at the output of the block of the supporting arm 8, in which the sensors use a choke and a resistor with fixed parameters, providing a "reference" signal U ₅ . The pulses U ₆ and U ₇ go to the input of the EXCLUSIVE OR circuit 9, at the output of which a pulse U _{8 is formed} , the duration of which is ultimately determined by a change in the parameters of the sensors 5. At the output of the time-amplitude converter, a signal U _{9 is formed} , the amplitude of which determined by the impulse U ₈ , and the duration by the impulse U ₃ . At the input of the analog-to-digital converter along with the signal U ₉ from the output of the time-amplitude converter, a pulse of logical tracking U ₁₀ with a time delay relative to the signal U _{9 is} received. The logical follow-up pulse U ₁₀ starts an analog-to-digital converter, which, upon completion of the conversion of the signal U ₉ to the code, generates an interrupt request signal U ₁₁ , which enters the system trunk. Having received the interrupt request signal, the computer processor initiates the procedure for reading data from the ADC output, changes the contents of the port buffer registers, generates a start pulse U ₁ , and the process repeats for another channel.

Положительный эффект данного технического решения состоит в том, что разработанный способ и устройство, реализованное на его основе, позволили существенно сократить время одного измерения, практически ограничив его только временем преобразования аналого-цифрового преобразователя. The positive effect of this technical solution is that the developed method and device, implemented on its basis, allowed to significantly reduce the time of one measurement, practically limiting it only to the conversion time of the analog-to-digital converter.

Claims

1. A method of converting signals from sensors of inductive and resistor types, in accordance with which an electrical pulse is applied to the sensor of the corresponding sensor, characterized in that the inductance, resistor and diode connected in parallel with the p-region to the bus with zero potential, transform the change in the duration of the transient process in the sensing element, caused by the supply of an electric pulse, into a change in the amplitude of the electric of pulse further converted amplitude of the electric pulse in the code.

2. A device for converting signals from sensors of inductive and resistor types, structurally made in the form of a printed circuit board located in the system bus of a personal computer, characterized in that a pulse generating unit is connected to the output of the parallel port connecting the device to the computer bus system, to the output of which a current switch controlled by signals from the port output and a multichannel amplifier are connected in series, the pulse from the output of the pulse forming unit passing through Without a current switch and a multi-channel amplifier, it initiates a transient process in the sensitive elements of the sensors, consisting of inductors, a resistor and a diode connected in parallel, the outputs of the sensors are connected through the other current switch to the input of the comparator, the output of the comparator is connected to one of the inputs of the exclusive OR circuit, the second input of which is connected to the output of the reference channel, which includes a current switch, a multi-channel amplifier, sensors with fixed parameters, another current switch and a comparator; the output of the exclusive-OR circuit is connected to one of the inputs of the time-amplitude converter circuit, to the second input of which the output of the pulse forming unit is connected; the outputs of the time-amplitude converter circuit are connected to an analog-to-digital converter, from the output of which a conversion code and an interrupt request signal are output to the system bus through a parallel port.