SU920766A1 - Функциональный преобразователь - Google Patents

Description

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относитс  к области информа1шонно--измерителъной техники и автоматического управлени , в частности к функциональным преобразовател м, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем и систем автоматического контрол . Известны функциональные преобразователи , используемые при построении информационно-измерительных систем, представл ющие собой преобразователи кода в напр жение интегрируюжего типа и использующие в процессе преобразова5ш  итерационную аддитивную коррекцию погрешностей. Основными блоками в этих схемах  вл ютс  интегратор, блок выборки-хранени  и ключи 11 и 12 . Благодар  использованию в этих струк турах итерационной аддитивной коррекции погрешности достигаетс  высока  точност преобразовани  при относительной просто те устройства и сравнительно низких тре бовани х к элементам и блокам, вход в их состав. Недостатком этих преобразователей  вл етс  ограниченность функщюнальных возможностей, в частности невозмойшость преобразованн  емкости в напр жение и определени  тангенса угла диэлектрических потерь. Наиболее близким к предложенному по технической сущности  вл етс  функциональный преобразователь, содернсащий интегратор с подключенными к его входу первым и вторым ключами, блок выбор- Ю5-хранени , включенный между выходом интегратора и выходом преобразовател , источник эталонного напр жени  и блок управлени , соединенные с первым и вторым ключами и блоком выборки-хранени , третий ключ, подключенный к 1 сточнику эталонного напр жени , первому ключу н блоку , четвертый ключ, подключенный к выходу преобразовател , второму ключу II блоку управлени , а также два конденсатора, один из которых подключен к первокту ключу, а второй - ко второму ключу. 3 сТ ункш1О{гальный преобразователь работает ЦИКП1ГЧНО. Каждый никл состоит из поочередшлх замыканий ключей в цепи (эбратпой св зи, пр мой цепи и ключа в блоке выборки-хранени . Напр жение Ш выходе функционального преобраэогузтел  пропоршюналъно емкости конден сатора, включенного в пр мую цепь ГЗ - Однако такой функциональный преобразова ель обладает погрешностью, котора  обусловлена токами, утечки самог конденсатора, токами утечки ключей, а также токами утечки конденсатора в цепи обратной св зи и его нестабильностью . Цель изобретени  - увеличение точности преобразовани  функционального преобразовател  за счет компенсации погрешности, обусловленной токами утечки конденсаторов и ключей, а также устранени  погрешности, вызванной нестабильностью источника эталонного напр жени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в функциональный преобразователь, содержащий последовательно соединен- ные источник эталонного напр жени , первый и второй ключи, интегратор и блок выборки-хранени , накопительный ковденсатор, включенный между общим выводом первого и второго ключей и шг-шой нулевого потен шала, и блок син хронизации, первый и второй вьгходы к торого подключены соотве1х;твенно к управл ющим входам первого ключа и блока выборки-хранени , введены преобразователь напр жени  в интервал времени, реверсивный счетчик импульсов , генератор, делитель частоты, тре тий ключ и формирователь временных: сдвигов, информационный и управл ющи входы которого подключены к третьему и четвертому выходам блока синхрони зации, а выход соединен с управл ющи ми входами второго и третьего ключей включенных между вторым выходом источника эталонного напр жени  и вто рым входом интегратора, вход преобразовател  напр жени  в интервал врем тг подключен к выходу блока выборки хранени , выход соединен с первым етробирующим входом реверсивного счетчика импульсов, а управл ющий вход св зан с п тым выходом блока си11хронизаШ1И, шестой и седьмой вы Ж)ды которого подключенът соответстве но ко второму с троб1фующему входу реверсивного счетчика импульсов и управл5аощему входу генератора, причем суммируюшнй вход реверсивного счетЧ нка импульсов непосредственно, а вычитающий вход через делитель частоты подключены к выходу генератора, а выход реверсивного счетчика  вл етс  выходом преобразовател . На фиг. 1 представлена структурна  схема предложенного устройства; на фиг, 2 - схема блока синхронизации; на фиг. 3 - временные диаграммы его рабо7Ъ1. Источник 1 эталонного гшпр жени  через ключ 2 и ключ 3 соединен с первым входом интегратора 4. Выход интегратора 4 соединен с входом блока Б выборки-хранени . Блок 6 синхронизации соединен с управл ющими входами ключа 2 и блока 5 выборки хране ш . Накопительный ковденсатор 7 между ключами 2 и 3 и шиной 1 улевого потен1Шала. Преобразователь 8 напр жени  в интервал времени соединен с реверсивным счетчиком 9 импульсов, к суммирующему входу которого подключен выход генератора 10. Выход реверсивного счетчика 9 импульсов  вл етс  выходом функционального преобразовател . Выход генератора 1О соединен с делителем 11 частоты, который подключен к вычитаю щему входу реверсивного счетчика 9 импульсов. Блок 6 синхронизации, соединен с преобразователем 8 напр жени  в интервал времени, генератором 10, етробирующим входом реверсивного счетчика 9 импульсов, управл ющим и информационным входами формировател  12 временных сдвигов, который соединен с управл ющим входом ключа 3, Выход преобразовател  8 напр жени  в интервал времени соединен с управл ющим входом ключа 13. Ключ 13 включен между источником 1 эталонного напр жени  и вторым входом интегратора 4. Блок 6 синхронизации состоит из задающего генератора 14, к выходу которого подключен счэтчик-делитель 15. Выходы счетчгаса 15 подключены ко входам даш;ифратора 16, к выходам которого подалючены два 6-входовых 17 и 18 и двухвходовый 19 эпемен ты ИЛИ, На выходе блока 6 синхронизации подключены лопгаеские элементы И 2О и 21. Блок 6 синхронизации вьфабатьгоает следующие сигналы управлентю: сигнал управлени  ключом 2 (предназначен дл  зар да конденсатора 7 и вырабатываетс  один раз за такт); две сигнала дл 

управлени  формирователем 12 временн сдвигов, причем один сигнал вырабатываетс  в каждом такте первого цикла работы функЕшонального преобразова тел , а второй - в каждом такте второго цикла; сигнал дл  стробировани  реверсивного счетчика 9 (вырабатьгоает с  каждый 6-ой такт) ; сигнал дл  упралени  ключом блока 5 выборки-хранени ( вырабатываетс  каждый такт) ; сигнал дл  стробировани  преобразовател  8 напр жени  в интервал времени (вырабатываетс  каждый такт) ; сигнал дл  управлени  генератором 10 (в каждом такте первого цикла выход генератора 10 плдкпйэчен к суммирующему входу реверсивного счегчика 9, а в каждом такте второго шжла через делитель частоты 11 к вычитающему входу реверсивного счетчика 9).

Работа блока 6 синхронизации по сн етс  временными диаграммами (см. фиг. 3).

Сигналы DC1 , DD1 , ...БС11 - сигналы на выходах дешифратора 16, Q - выходна  частота задающего генератора 14, который вырабатьгоает импульсы с большой скважностью.

Выход о - сигнал управлени  ключом 2, ключом блока 5 выборки-хранени  и преобразователем 8 напр жени  в интервал времени; выходы 5 и Б выходы управлени  формирователем 12 временных .сдвигов ; §ыход 1 - выход сигнала, стробирующего реверсивный счетчик 9; выходы Э и 6 - выходы сигналов управлени  генератора 10.

Функциональный преобразователь работает в два цикла, каждый из которых состоит из нескольких тактов.

В каждом такте первого цикла осуществл етс  : зар д конденсатора 7 от источника 1 эталонного напр жени  с последующим разр дом на вход интегратора 4, причем врем  между размыканием ключа 2 и замьпсанием ключа 3 равно TQ ; интегрирование интегратором отрицательного напр жени  источника 1 эталонного напр жени  в течение времени дТ, обусловленного напр жением на выходе блока 5 выборки-хранени ; выборка выходного напр жени  интегратора 4 блоком 5 выборки-хранени  с последующим запоминанием в течение следующего такта.

Второй цикл отличаетс  от первого только тем, что врем  между размыканием ключа 2 и замыканием ключа 3 равно XTj, где X 7/0.

Калиброванна  временна  задержка TQ и ХТ0 между размыканием ключа 2 и замыканием ключа 3 осуществл етс  с помощью формировател  12 временных сдвигов, который может представл ть набор управл емых линий задержек (например , на RC. -цепочках) или набор управл емых ждущих мультивибраторов (возмомшы и другие реализации формировател  12 временных сдвигов).

0

В каждом из циклов работы функционального преобразовател  блок 6 cifflxpoнизации обеспечивает подключение требуемой линии задержки (на врем  Т- в первом цикле и на врем  ХТ - во вто5 ром) .

Выведем уравнение преобразовани  дл  первого цикла работы.

Предположим, перед началом преобразовани  напр жение на выходе блока 5

0 выборки-хранени  равно Оц , а зар д на ко1зденсаторе 7 равен нулю.

Так как напр жение на выходе блока 5 выборки-хранени  равно U ц , то ключ 13 будет замкнут на врем 

5

где К - коэффициент преобразовани  преобразовател  8 напр жени  в интервал времени. При замыкании ключа 13 на врем  Тц напр жение на выходе интегра0 тора 4 равно

) RC ,

KH

где Кп - коэффициент передачи блока 5 выборки-хранени  ;

i - сопротивление интегратора по входу подачи компенсирующего отрицательного напр жени  источника 1 эталонного напр жени ;

0

С/ - емкость конденсатора интегратора 4;

Fg - напр жение источника 1 эталонного напр жени .

При замыкании ключа 2 на врем  .Т

5 напр жение на конденсаторе 7 равно

V-b,(,

где t;/ - посто нна  времени цепи зар да конденсатора 7 при замкнутом ключе 2.

При последующем замыкании ключа 3 напр жение на интеграторе 4 станет равным

/ -Tl.C

.

. 21+р н-е L

и

RC. oV /Сд

Claims (3)

1. где C-j - емкость конденсатора 7. При злмыкании ключа блока 5 выборки-хранени , напр жение на ее выходе равно при получают V. Р Ur o57 n Аналогично , после окончани  второго такта КЦБ . рс После окончани  h -го такта получаю С п Г -iH г 4-T Выражение Uy, состоит из двух ча тей: геометрической прогрессии, сход щейс  при выполнении услови  RC, и убывающего, при этом же условии, члена. В результате, при выполнен ш услови  Uf, в установившемс  режиме () напр жение на выходе блока 5 выборки-хранени  равно п После преобразовани  этого напр жен в интервал времени получают T,-KU.RC,. Формулу с учетом погрешности уте ки конденсатора 7 и ключей 2 и 3 за врем  TQ и за врем  разр да конде сатора 7 на интегратор 4 можчо зап сать в виде ТОе RST суммарное сопротивление п раллельно включенных сопротивлений утечки RN( конденсатора 7:И сопротив лений закрыгъ1Х ключей 2 и 3. Количество тактов в цикле выбира в зависимости от параметра сходимос S и требуемой погрешности преобраз вани  f , Обычно число тактов л 4 Допустим, п « 6. 66 Выход преобразовател  8 напр .жсии  в интервал времени соедЯйен с одним стробирующим входом реверс:ивного счетчика импульсов 9, а блок 6 синхронизации , соединен с другим стробирующим входом реверсивного счетчика импульсов 9. По истечении 6-го такта первого цикла преобразовани  блок 6 синхронизации стробирует реверсивный счетчик 9 импульсов и одновременно подключает выход генератора 10 к суммкруюшему входу реверсивного счетчика 9 импульсов . Следовательно, в течение времени Ту,, реверсивный счетчик 9 импульсов насчитает Nj импульсов от генератора 10 где Jfjj - частота генератора 1О. Уравнение преобразовани  дл  второго цикла можно получить аналогично выражению дл  Во втором цикле работы функдиоргаль- ного преобразовател  после окончани  6-го такта блок 6 стробирует реверсивный счетчик 9 импульсов и подключает выход генератора 10 ко входу делител  11 частоты, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 9 импульсов. Частота на выходе делител  11 частоты определ етс  выгде О , ражением в этом случае код, записаннъгй в реверсивный счетчик 9 импульсов, определ етс  выражением V Nffo nt- fo niУчитыва  выражени  Т и Т,-,,- , последнюю формулу можно записать в виде . 1 в U 01 тгг Если выбрать - 1 , то последнее выражение будет иметь вид ,o(-)fAC7 , где (1-E) oonst. Таким образом, погрешность от утечки конденсатора 7 и ключей 2 и 3 скомпенсирована . Введение в устройство преобразовател  напр жени  в интервал времри, реверсивного счетчргка импульсов, генератора , делител  частоты, .формировател  временных сдвигов и ключа с соответствующими св з ми выгодно отличают пред ложенный функшюналъный преобразовател от известного, поскольку увеличе а точность преобразовани , уменьшены требовани  к стабильности некоторых блоков преобразовател . В частности, в уравнен преобразовани  предлагаемого функцио- надьного преобразовател  не входит напр жение источника 1 эталонного напр жени  и поэтому требовани  к его стабильности уменьшены, в отличие от известного функционального преобразовател в уравнение преобразовани i которого входит напр жение Eg источника эталонного напр жени . В предлагаемом устройстве, в отличие от известного, нет эталонного конденсатора в цепи об- ратной св зи, поэтому соответственно уменьшаетс  и погрешность преобразовани  за счет исключени  утечки эталон ного конденсатора и соответствуюш.их ключей.. Коэффициент передачи вновь вводимого блока преобразовател  напр жени  в интервал времени также не входит в уравнение преобразовани , поэтому и тре бовани  к нему невысокие. Этот преоб- разователь может быть построен по прос тейшей схеме интегрирующего типа. Введение преобразовател  напр жени  в интервал времени в предложенное устройство позвол ет не только уменьшить погрешность преобразовани  за счет исключени  погрешности нестабильности источника эталонного напр жени  и утеч ки эталонного конденсатора и соответствующих ключей, но и облегчить выполнени алгоритма коррекции погрешностей и пре разование емкости в цифровой код. Предложенный функциональный преобразователь с коррекцией погрешности мо но использовать в процессе контрол  емкостей запоминающих элементов сег- нетоэлектрических матриц типа ЗО7РБ1 где в процессе технологического контро параметров элементов матриц измерение электрической емкости составл ет примерно половину всех электрических измерений . При этом процесс контрол  емкостей запоминающих элементов может быть легко автоматизирован, что приведет к повьпиению производительности труда и к уменьшению числа зан тых контролем людей. Высока  точность устройства позвол ет в процессе контрол  задавать узкое поле допуска. Это очень с позиций точнсюти управлени  технологическим процессом, поскольку позвол ет уволи шrь йроцент выхода годных изделий. Формула изобретени  Функциональный преобразователь, содержащий последовательно соединенные источник эталонного напр жени , первый и второй ключи, интегратор и блок выборки-хранени , накопительный котшенсатор , включенный между общим выводом первого и второго ключей и шиной нулевого потенциала, и блок синхронизации , первый и второй выходы которого подключены соответственно к управл ющим входам первого ключа и блока выборки-хранени , отличающийс   тем( что, с целью повьпиени  точности преобразовани , в него введены преобразователь напр жени  в интервал времени, реверсивный счетчик импульсов , генератор, делитель частоты, третий ключ и формирователь временных сдв1П ов, информационный и управл ющий входы которого подключены к третьему и четвертому выходам блока синхронизации , а выход добдинен с управл ющими входами второго и третьего ключей, включенных между вторым выходом источника эталонного напр жени  и вторым входом интегратора, вход преобразовател  напр жени  в интервал времени подключен к выходу блока вы- борки-хранени , выход соединен с первым стробирующим входом реверсивного счетчика импульсов, а управл ющий вход св зан с п тым выходом блока синхронизации , шестой и седьмой выходы которого подключены соответственно ко второму стробирующему входу реверсивного счетчика импульсов и управл ющему входу генератора, причем сук(мируюцщй вход реверсивного счетчика импульсов непосредственно, а вычитающий вход через делитель частоты подключены к выходу генератора, а выход реверсивного счетчика  вл етс  выходом преобразовател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3646545, кп. 286 - 29О, опублик. 1979.
2. 2.Патент США 3435196, кл. 286 - 29О, опублик. 1976.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 679997, кл. S06G 7/26, 1978 (прототип).

   )2 f2

   fuz.2

   10 DS

   f

   21 D7

   M

   f

   /

   JPS