SU1107138A1 - Функциональный преобразователь - Google Patents

Abstract

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий источник эталонного напр жени , подключенный первым вы- . ходом к сигнальному входу первого ключа соединенного выходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора , соединенного выходом с информационным входом блока выборкихранени , подключенного выходом к информационному входу преобразовател  напр жени , в длительность импульса , выход которого соединен с первым управл ющим входом выходного счетчика и с управл ющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напр жени , а выходом - к второму входу интегратора, причем счетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхронизации, выходы которого соединены с управл кмцими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранени  и преобразовател  напр жени  в длительность импульса и с вторым управл ющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразовател , о т л и ч а ю (Л щ и и с   тем, что, с целью расшире-, ни  класса воспроизводимых функций и повышени  быстродействи  функционального преобразовател , в него дополнительно введены коммутатор, распределитель импульсов и масштабирующа  резисторна  матрица, подключенна  выходом к первому входу интегратора, а входами - к выходам коммутатора, соединенного информационными входами с выходами источника эталонного 00 напр жени , а управл ющими входами.- 00 с выходами распределител  импульсов, подключенного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразовател  напр жени  в длительность импульса.

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам дл  функ ционального преобразовани , и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем и систем автоматического контрол . Известен функциональньй преобразователь , содержащий источник эталонного напр/1жени , ключи, конденса торы, интегратор, блок выборки-хранени  и блок синхронизации СП. Известен также функциональный преобразователь, содержащий источни эталонного напр жени , ключи, конденсаторы , интеграторы, блоки выборки-хранени , блок вычитани , масштабный преобразователь и блок синхронизации С23. Недостатком известных преобразователей  вл етс  ограниченность функциональных возможностей, так как они не могут быть использованы дл  пр мого преобразовани  электрической емкости в цифровой код. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  функциональный преобразователь , содержащий источник эталонного напр жени , подключенный первым выходом к сигнальному входу пер вого ключа, соединенного выходом с сигнальным входом второго Kjlro4a, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборки-хранени , подключенного выходом к информационному входу преобразовател  напр жени  в длител ность импульса, выход которого соединен с первым управл ющим входом выходного счетчика и с управл ющим входом третьего ключа, подключенног сигнальным входом |с второму выходу источника эталонного напр жени , а выходом - к второму входу интегра тора, причем счетный (суммирующий), вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхрон зации, выходы которого соединены с управл ющими входами первого и вт рого ключей, блока выборки-хранени  и преобразовател  напр жени  в длительность импульса и с вторым управ л ющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого клю ча подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединен 138X ного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразовател , причем вычитающий вход выходного счетчика подключен через делитель частоты к третьему выходу задающего генератора. Блок синхронизации содержит формирователь временных сдвигов, счетчик-делитель частоты, дешифратор) и элементы И и КПИ. Известный функциональный преобразователь позвол ет осуществл ть пр мое преобразование емкости конденсатора в цифровой код с одновременной коррекцией погрешностей от токов утечки ключей и измерительного конденсатора t31. Однако разделение работы на два этапа уменьшает быстродействие преобразовател  по крайней мере в два раза. Кроме того, недостатком функционального преобразовател   вл етс  ограниченность класса воспроизводимых функций, не позвол юща  произВодить линеаризацию характеристик различного рода емкостных датчиков которые наход т применение в информационного-измерительных системах. Цель изобретени  - расширение класса воспроизводимых функций и повьшение быстродействи  функционального преобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в функциональный преобра-. зователь, содержащий источник эталонного напр жени , подключенный первым выходом к сигнальному входу первого ключа, соединенного вы-ходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборки-хранени , подключенного выходом к информационному входу преобразовател  напр жени  в длительность импульса, выход которого соединен с первым управл ющим входом выходного счетчика и с управл ющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напр жени , а выходом - к второму входу интегратора, причем счетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора , подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхронизации , выходы которого соединены

с управл ющими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранени  и преобразовател  напр жени  в длительность импульса и с вторым управл ющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразовател , дополнительно введены коммутатор, распределитель импульсов и масштабирук ца  резисторна  матрица, подключенна  выходом к первому входу интегратора, а входами к выходам коммутатора, соединенного информационными входами с выходами источника эталонного напр жени , а управл югДими входами - с выходами распределител  импульсов, подключенного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразовател  напр жени  в длительность импульса.

На фиг.1 изображена блок-схема функционального преобразовател ; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Функциональный преобразователь содержит источник 1 эталонного напр жени ; первый 2 и второй 3 ключи интегратор 4, блок 5 выборки-хранени , преобразователь 6 напр жени  в длительность импульса, третий ключ 7, блок 8 синхронизации, задающий генератор 9, измерительный конденсатор 10, коммутатор 11, масштабирующую резисторную матрицу 12, распределитель 13 импульсов и выходной счетчик 14. Блок 8 синхронизации содержит счетчики 15 и 16 и дешифратор 17.

Источник 1 эталонного напр жени  подключен первым выходом к сигнальному входу ключа 2, соединенного выходом с сигнальным входом ключа 3 Ключ 3 подключен выходом к первому входу интегратора А, соединенного выходом с информационным входом блока 5 выборки-хранени . Блок 5 подключен выходом к информационному входу преобразовател  6 напр жени  в длительность импульсов, соединенного выходом с первым управо ющим входом выходного счетчика 14 и с управл ющим входом ключа 7. Ключ 7 подкл:очен сигнальным входом к второму

выходу источника 1 эталонного напр жени , а выходом - к второму входу интегратора 4.

Счетный вход счетчика 14 соединен 5 с первым выходом задающего генератора 9, подключенного вторьпч выходом к входу опорной частоты блока 8 синхронизации . Выходы блока 8 соединены с управл ющими входами ключей 2 и 3,

О блока 5 выборки-хранени , преобразовател  бис вторым упра:вл юи;ий входом счетчика 14 соответственно. Выход ключа 2 подключен к первой обкладке измерительного конденсатора 10, ,

5 соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразовател . Резисторна  матрица 12 подключена выходом к первому входу интегратора 4, а входами 0 к выходам коммутатора 1 1, соединенного информационными входами с выходами источника 1 эталонного напр жени , а управл ющими входами - с выходами распределител  13 импульсов.

5 Входы распределител  13 подключены к группе выходов блока 8 синхронизации , соединенного стробирующим входом с выходом преобразовател  6.

Функциональный преобразователь

0 работает циклично. В каждом цикле осуществл етс : зар д конденсатора 10 от источника 1 эталонного напр жени  (положительной пол рности +Ер) , через ключ 2 с последующим разр дом

5 его на интегратор 4 через ключ 3; интегрирование интегратором 4 отрицательного напр жени  -Ео источника 1 эталонного напр жени , поступающего через ключ 7 в течение времени

0 TX, пропорционального напр жению на выходе блока 5 выборки-хранени  поочередное подключение каждого из резисторов матрицы 12 при помощи коммутатора 11 к источнику 1 эталонно5 го напр жени  (положительной или отрицательной пол рности) наврем , задаваемое распределителем 13 импульсов- , выборка выходного напр жени  интегратора 4 блоком 5 выборки-хра0 нени  с последующим запоминанием в течение времени цикла TU, подсчет счетчиком 14 импульсов задающего генератора 9 в течение време ни TX .

5 Поочередное подключение каждого из резисторов матрицы 12 к источнику 1 эталонного напр жени  осуществл етс  при noMomji коммутатора 1 1, управл емого распределителем 13 импульсов , который может представл ть собой, например, дешифратор. Подключение резистивной матрицы 12 прекращаетс  по окончании интервала времени Тх . На фиг.2 в качестве примеров прив едены временные диаграммы токов: 1тх через резистор R интегратора 4 за - ток разр да конденсатора 10, С(,, За M Rgтоки , поступающие нА первый вход интегратора 4 соответственно через резисторы i, матрицы 12 при заданной емкости С С ( (в рассматриваемом случае число резисторов в матрице 12 - восемь). Не зачернены импульсы тока, соответствующие значению С,4Су ,y, а также приведены кривые функциональной зависимости кода Ny на выходе преобразовател  от входного параметра Р емкостного датчика, играю щего роль конденсатора Су: крива  1 идеальна , 2 - без линеаризации, 3 с линеаризацией. В данном случае требуема  функциональна  зависимость получена с помощью кусочно-линейной аппроксимации , имеющей восемь участков В зависимости от угла наклона каждого участка кривой выбираетс  сопротив ление резистора и пол рность подключаемого к нему напр жени . Проч- женность участка определ етс  временем подключени  соответствующего резистора . Б установившемс  режиме, которьй наступает в функциональном преобразователе по истечении нескольких циклов (4-6 циклов), код на выходе счетчика 14 определ етс  из следующего выражени , получаемого из услови  баланса Зар дов интегратора 4: fo Е- (Ty-tO (T4-ti) , fti2 где ЕЭ - напр жение источника 1 эталонного напр жени  0 - частота задающего генератора 9i . R - сопротивление интегратора 4 на втором входе (входе компенсации ) fet напр жение источника 1 эталон ног of напр жени  С+Е или -ЕЙ), подключенного к 1 -му резистору матрицы 12, R-j, сопротивление 1 -го резистор матрицы 12, t-t - врем  от начала интервала компенсации до d го участка аппроксимации; sing X - знакова  функци  при ., при Таким образом, предлагаемьй функциональный преобразователь за счет соответствующего подбора резисторов матрицы 1 2 может воспроизводить различные функциональные зависимости, задаваемые с требуемой точностью соответствуючим числом участков кусочно-линейной аппроксимации, и, в частности, может быть использован дл  линеаризации характеристик емкостных датчиков. При этом матрица 12 может быть вьтолнена в виде сменного блока, в результате чего упрощаетс  перестройка преобразовани  при смене вида воспроизводимой функции. Кроме того, преимуществом функционального преобразовател   вл етс  повышение быстродействи  (по..крайней мере в 2-3 раза) за счет снижени  , длительности и цикла работы и сокращени  этапов уравновешивани  до одного при сохранении погрешности преобра зовани  на прежнем уровнеу причем возникающа  при снижении длительности цикла работы собственна  нелинейность может быть линеаризопреобразовател  соответствующим выбором параметвана соответств j. ров резисторов матрицы 12, позвол ющим также минимизировать погрешности от токов утечки измерительного конденсатора и ключей.

Claims (1)

1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник эталонного напряжения, подключенный первым вы- . ходом к сигнальному входу первого ключа_?соединенного выходом с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегратора, соединенного выходом с информационным входом блока выборкихранения, подключенного выходом к информационному входу преобразователя напряжения, в длительность импульса, выход которого соединен с первым управляющим входом выходного счетчика и с управляющим входом третьего ключа, подключенного сигнальным входом к второму выходу источника эталонного напряжения, а выходом - к второму входу интегратора, причем счетный вход выходного счетчика соединен с первым выходом задающего генератора, подключенного вторым выходом к входу опорной частоты блока синхронизации, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей, блока выборки-хранения и преобразователя напряжения в длительность импульса и с вторым управляющим входом выходного счетчика соответственно, а выход первого ключа подключен к первой обкладке измерительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя, о т л и ч а ю-ι щ и й с я тем, что, с целью расшире-_: ния класса воспроизводимых функций и повышения быстродействия функционального преобразователя, в него дополнительно введены коммутатор, распределитель импульсов и масштабирующая резисторная матрица, подключенная выходом к первому входу интегратора, а входами - к выходам коммутатора, соединенного информационными входами с выходами источника эталонного напряжения, а управляющими входами— с выходами распределителя импульсов, подключенного входами к группе выходов блока синхронизации, соединенного стробирующим входом с выходом преобразователя напряжения в длительность импульса.

   seizoi ι “ ns >