SU945984A1

SU945984A1 - Ac voltage to code converter

Info

Publication number: SU945984A1
Application number: SU813237493A
Authority: SU
Inventors: Игорь Михайлович Федоров
Original assignee: Ордена Трудового Красного Знамени Институт Геофизики Уральского Научного Центра Ан Ссср
Priority date: 1981-01-13
Filing date: 1981-01-13
Publication date: 1982-07-23

Description

Изобретение относится к электрическим измерениям в диапазонах инфранизких и звуковых частот и может использоваться при экспериментальном определении амплитудно-фазовых частотных характеристик четырехполюсников, при 5 акустических измерениях, исследованиях в системах автоматического.управления и регистрирования, в геофизике, биофизике и т.д., в частности при преобразовании в цифровой код к средневыпрямленного значения переменного напряжения.The invention relates to electrical measurements in the ranges of infra-low and sound frequencies and can be used in the experimental determination of the amplitude-phase frequency characteristics of four-terminal devices, with 5 acoustic measurements, studies in automatic control and recording systems, in geophysics, biophysics, etc., in particular when converting to digital code to the average rectified value of the alternating voltage.

Известны цифровые приборы и преобразователи с промежуточным превращением входной величины в пропорцио- ¹нальное ей приращение частоты импульсной последовательности. Характеристики получаемого при этом потока импульсов, связанные с соответствующими параметрами сигнала, находят .путем ²подсчета по определенному алгоритму числа импульсов за фиксированный интервал времени с помощью суммирующего счетчика импульсов или реверсивного счетчика, управляемого опорным напря-’ жением или входным сигналом Γΐ].There are digital devices and converters with intermediate conversion input value proportional to ¹ s increments nal frequency pulse sequence. The characteristics of the pulse stream obtained in this connection, associated with the corresponding signal parameters, are found by ² counting, according to a certain algorithm, the number of pulses for a fixed time interval using a summing pulse counter or a reversible counter controlled by the reference voltage or the input signal Γΐ].

Недостаток подобных преобразователей - сложность, обусловленная наличием микропроцессорного устройства обработки промежуточных результатов измерений.The disadvantage of such converters is the complexity due to the presence of a microprocessor-based device for processing intermediate measurement results.

Известен преобразователь переменного напряжения в код, содержащий последовательно соединенные запоминающее устройство, преобразователь код-аналог, измерительный частотный преобразователь и смеситель частоты, а также суммирующий счетчик импульсов, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом запоминающего устройства, реверсивный счетчик импульсов, входы которого подключены к выходам измерительного частотного преобразователя и генератора, подклоченного к второму входу смесителя частоты t21.A known AC-to-code converter comprising a memory device connected in series, a code-to-analog converter, a measuring frequency converter and a frequency mixer, as well as a summing pulse counter, a control unit whose output is connected to a control input of the storage device, has a reversible pulse counter, the inputs of which are connected to the outputs of the measuring frequency converter and the generator connected to the second input of the frequency mixer t21.

Это устройство имеет недостаток малое быстродействие из-за наличия инерционной астатической системы автоматической подстройки центральной частоты ц)₀ измерительного частотного преобразователя. Система подстройки уменьшает разность частот υϋθ - ю* где ил¹ - частота автогенератора, до уровня- « cu_m ω₀-ω· за it»=4+enf периодов обрабатываемого сигнала. Здесь γ - коэффициент передачи цепи из последовательно соединенных преобразователя код-аналог и измерительного частотного преобразователя (ИЧП), ω,γ,- девиация частоты ИЧП и ^- частота обрабатываемого напряжения.This device has the disadvantage of low speed due to the presence of an inertial astatic system for automatically adjusting the center frequency c) _{0 of the} measuring frequency converter. The tuning system reduces the frequency difference υϋθ - ω * where il ¹ is the frequency of the oscillator, to the level “cu _m ω ₀ -ω · for it” = 4 + enf periods of the processed signal. Here, γ is the transmission coefficient of the circuit from a series-connected code-to-analog converter and a measuring frequency converter (IPH), ω, γ, is the deviation of the frequency of the IPH and ^ is the frequency of the voltage being processed.

Цель изобретения - увеличение быст₂₀родействия.The purpose of the invention is to increase the fast ₂₀ exposure.

Для этого в преобразователь переменного напряжения в код, содержащий последовательно соединенные запоминающее устройство, преобразователь коданалог, измерительный частотный преобразователь и смеситель частоты, а также суммирующий счетчик импульсов, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом запоминаю-_Ч1щего устройства, реверсивный счетчик импульсов, входы которого подключены к выходам измерительного частотного . преобразователя и генератора, подключенного к второму входу смесителя частоты, введены клапан и цифровой аттенюатор, включенный между выходом реверсивного счетчика импульсов и входом запоминающего устройства, причем выходы блока управления подклочены к управляющему входу цифрового аттенюатора, входу Сброс реверсивного счетчика импульсов и управляющему входу клапана, через который выход смесителя частоты соединен с входом суммирующего счетчика импульсов.For this purpose, the inverter AC voltage into a code comprising serially connected memory kodanalog converter, measuring a frequency converter and a mixer frequency, and summing the pulse counter, the control unit whose output is connected to a control input zapominayu- _CH1 present device, reversible pulse counter, whose inputs are connected to the outputs of the measuring frequency. a converter and a generator connected to the second input of the frequency mixer, a valve and a digital attenuator are inserted, connected between the output of the reversible pulse counter and the input of the storage device, and the outputs of the control unit are connected to the control input of the digital attenuator, the reset reset of the pulse counter and the valve control input, through which output of the frequency mixer is connected to the input of the summing pulse counter.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - эпюры, иллюстрирующие его работу.In FIG. 1 presents a block diagram of the proposed Converter; in FIG. 2 - diagrams illustrating his work.

Преобразователь включает вход 1, преобразователь 2 код-аналог (ПКА), измерительный частотный преобразователь (ИЧП) 3, смеситель 4 частоты; клапан 5» суммирующий счетчик 6 импульсов (СИ), выход преобразователя 7, цифровой аттенюатор 8, реверсивный счетчик импульсов (РСИ) 9. генератор 10, блок 11 управления, ’The converter includes input 1, converter 2 code-analogue (PKA), measuring frequency converter (IPI) 3, mixer 4 frequencies; valve 5 "totalizing counter 6 pulses (SI), the output of the transducer 7, a digital attenuator 8, a reversible pulse counter (RSI) 9. generator 10, control unit 11,’

запоминающее устройство (ЗУ) 12. На эпюре 13 (фиг. 2)представлена временная зависимость коэффициента передачи K(t) цифрового аттенюатора, на эпюре 14 - сигнал управления клапана 5> который пропускает импульсную последовательность, с выхода смесителя частоты 4 к счетчику 6, если управляющий потенциал (эпюра 14) отличен от нуля.storage device (memory) 12. On plot 13 (Fig. 2) shows the time dependence of the transfer coefficient K (t) of the digital attenuator, on plot 14 - the control signal of the valve 5> which passes the pulse sequence from the output of the frequency mixer 4 to the counter 6, if the control potential (plot 14) is nonzero.

В исходном состоянии (при t<0 по эпюрам фиг. 2) счетчики импульсов установлены.в нуль. Коэффициент передачи аттенюатора и выходное напряжение ПКА равны нулю, в ЗУ записан код нуля, а СИ отключен от смесителя частоты. На вход Сброс РСИ от блока управления подается импульсная последовательность .с периодом Ч , равным, I например, периоду обрабатываемого сигнала: Ч = 2J/A2, где Q - частота преобразуемого напряжения. Генератор 10 вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой ω¹ . Входное напряжение устройства с помощью ИЧП преобразуется в поток импульсов с частотой ω (t) = ψ0 + ldJ^sinQt, где ω0 и к' соответственно центральная частота и крутизна модуляционной характерисI тики ИЧП., ит ^=UJm/k - амплитуда обрабатываемого напряжения и отвечающая ей девиация частоты ИЧП.In the initial state (for t <0 in the diagrams of Fig. 2), the pulse counters are set to zero. The attenuator transfer coefficient and the PKA output voltage are equal to zero, a zero code is recorded in the memory, and the SI is disconnected from the frequency mixer. A pulse sequence is fed to the Reset RCI input from the control unit. With a period of H equal to, for example, I the period of the processed signal: H = 2J / A2, where Q is the frequency of the converted voltage. The generator 10 generates a sinusoidal signal with a frequency of ω ¹ . The input voltage of the device with the help of an ICP is converted into a pulse stream with a frequency ω (t) = ψ0 + ldJ ^ sinQt, where ω0 and к 'are the central frequency and the steepness of the modulation characteristic of the ICP., Um ^{= UJ} m / k is the amplitude of the processed voltage and the corresponding deviation of the frequency of the IPP.

При t - 0 начинается первый такт работы устройства. В течение интервала времени (а, 2Л/Й = t) величина K(t)=0 и РСИ накапливает результат N_d = (Л0_о-Ц)' )Q. Затем код N₄K передается в .ЗУ, превращается с помощью ,ПКА в постоянное напряжение и соответствующим образом сдвигает центральную частоту ИЧП, после чего за второй такт (при Ч έt$2Т) в РСИ фиксируется код ιυ' К ч где <|р , как и прежде, - коэффициент передачи цепи из последовательно соединенных ПКА и ИЧП. После окончания второго такта постоянная составляющая частоты ИЧП и частота генератора должны быть связаны соотношениемWhen t - 0, the first clock cycle of the device begins. During the time interval (a, 2L / Y = t), the quantity K (t) = 0 and the RCI accumulates the result N _d = (Л0 _о -Ц) ') Q. Then the code N ₄ K is transferred to the memory. It is converted with the help of the PCA into a constant voltage and accordingly shifts the central frequency of the ICP, after which the code ιυ 'K h is fixed in RSI for the second clock cycle (at Ch έt $ 2Т) where <| p , as before, is the transmission coefficient of the circuit from series-connected PKA and ICHP. After the end of the second cycle, the constant component of the frequency of the IPP and the frequency of the generator should be related by

Если влияние нестабильности коэффициента передачи д' на смещение ценральной частоты уминимального в результате получаем систему из двух уравнений с двумя неизвестными γ/Q. и К:If the influence of the instability of the transmission coefficient d 'on the displacement of the central frequency is minimal, as a result we get a system of two equations with two unknown γ / Q. and K:

Ш'Я^г0' отсюда К = 0,25, = 2.SH'YA ^r0 'hence K = 0.25 = 2.

Таким образом, в течение третьего такта (при 2 С4 З^Э центральная частота ИЧП равна частоте автогенератора. Смеситель частоты 4 с помощью клапана 5 управляемого потенциалом на эпюре 14 (фиг. 2) подклочается к счетчику импульсов 6, который за время 2хЛ2 накапливает код N = 2uJ_rn/j^2_iпропорциональный искомому средневыпрямленному значение переменного напряжения.Thus, during the third clock cycle (at 2 С4 З ^ Э, the central frequency of the IPP is equal to the frequency of the oscillator. The frequency mixer 4, using the potential-controlled valve 5 on diagram 14 (Fig. 2), is connected to the pulse counter 6, which accumulates the code in 2xL2 N = 2uJ _rn / j ^ 2 _i proportional to the sought average rectified value of the alternating voltage.

Погрешность преобразования сУ* в данном случае возникает из-за температурной и временной нестабильности дк крутизны к;модуляционной характеристики ИЧП, что ведет к изменение коэффициента передачи прямой цепи преобразования и смещению частоты uj_Q-fl⁴Νη, относительно частоты ю· * автогенератора. Первая составляющая погрешности учитывается при калибровке устройства, вторая компонента пренебрежимо мала в сравнении с первой. Если д к « к, то ³ The conversion error cU * in this case arises due to the temperature and time instability of the dc slope k; the modulation characteristic of the IPP, which leads to a change in the transfer coefficient of the direct conversion circuit and a frequency shift uj _Q -fl ⁴ Νη, relative to the oscillator frequency ω * *. The first component of the error is taken into account when calibrating the device, the second component is negligible in comparison with the first. If q to k, then ³

4иПредложенный преобразователь сред-3 невыпрямленного значения переменного напряжения в код позволяет искомую информацию получить в течение трех периодов обрабатываемого сигнала против, например , 1 3 периодов, необходи- 4 мых для нормального функционирования известного. Увеличение быстродействия достигается превращением астатической системы автоматической подстройки центральной частоты ИЧП в стати- 4 ческую систему путем создания входа Сброс и РСИ и подключения этого входа к блоку управления для периодического стирания содержимого РСИ.4i The proposed medium-3 converter of a non-rectified value of alternating voltage into a code allows one to obtain the desired information for three periods of the processed signal against, for example, 1 3 periods necessary for the normal functioning of the known one. The increase in speed is achieved by converting the astatic system for automatically adjusting the central frequency of the ICP into a static system by creating a Reset and RCI input and connecting this input to the control unit to periodically erase RCI contents.

Установка между РСИ и ЗУ цифрового аттенюатора с изменяемым во времени коэффициентом передачи и включения ’ между смесителем) частоты и суммирую5 щим счетчиком импульсов нового узлаклапана, который подключает СИ к смесителю только в течение третьего такта работы устройства, увеличивают быстродействие предлагаемого устрой♦0 ства.Installing a digital attenuator between the RSI and the memory with a time-varying transmission and switching coefficient ’between the mixer) frequency and a summing pulse counter of a new valve unit, which connects the SI to the mixer only during the third cycle of the device’s operation, increases the speed of the proposed device ♦ 0 device.

Claims

The invention relates to electrical measurements in the infra-low and sound frequency ranges and can be used in experimentally determining the amplitude-phase frequency characteristics of quadrupoles, in acoustic measurements, studies in automatic, control and recording systems, in geophysics, biophysics, etc. In particular, when converting into a digital code the average value of a variable voltage. Digital devices and transducers are known with an intermediate transformation of the input quantity into a proportional frequency increment of the pulse sequence. The characteristics of the resulting pulse flow associated with the corresponding signal parameters are found by counting the number of pulses in a fixed time interval using a certain algorithm using a pulse counter or a reversible counter controlled by the reference voltage or the input signal Tl. The disadvantage of such converters is complexity, due to the presence of a microprocessor-based device for processing intermediate measurement results. A known alternating voltage converter into a code comprising a serially connected memory, a code-analog converter, a measuring frequency converter and a frequency mixer, as well as a summing pulse counter, a control unit whose output is connected to the control input of the memory device, a reverse pulse counter, inputs which is connected to the outputs of the measuring frequency converter and the generator connected to the second input of the frequency mixer t2l. 94 This device has the disadvantage of low speed due to the presence of inertial astatic system of automatic adjustment of the center frequency lUjj of the frequency converter. The trimming system reduces the frequency difference uJg - i) where w is the frequency of the oscillator, to the level of - ("LO l (- -lir for m -" - 6nt tOg-WlJ periods of the signal being processed. Here, -jp is the circuit transfer ratio from the series-connected converters code analog and measuring frequency converter (ICP frequency deviation of the IPP and I part of the voltage to be processed. The purpose of the invention is to increase the speed of operation. For this, the AC voltage to code converter, which contains a serially connected memory device, coding analog, measuring frequency converter and frequency mixer, as well as a summing pulse counter, a control unit whose output is connected to the control input of a memory device, a reversible pulse counter whose inputs are connected to the outputs of the measuring frequency converter and a generator connected to the second input a frequency mixer, a valve and a digital attenuator are inserted, connected between the output of the reversible pulse counter and the input of the memory device, the outputs of the control unit are connected to the control input of the digital attenuator, the input Reset of the reversing pulse estimator and the control input of the valve through which the output of the frequency mixer is connected to the input of the totaling pulse counter. FIG. 1 shows the block diagram of the proposed converter; in fig. 2 - diagrams illustrating his work. The converter includes input 1, converter 2 code-analogue (PKA), measuring frequency converter (ICP) 3 mixer t frequency; valve 5 summing pulse counter 6 (SR), converter output 7, digital attenuator 8, reversing pulse counter (RCI) 9, generator 10, control unit 11. memory device (memory) 12. Diagram 1-3 (Fig. 2) shows the time dependence of the transfer coefficient K (t) of a digital attenuator, and diagram T shows the control signal of valve 5. which passes a pulse sequence from the mixer output to the counter 6, if the control potential (plot 1) is different from zero. In the initial state (with the diagrams of Fig. 2), the pulse counters are set to zero. The coefficient of transmission of the attenuator and the output voltage of the PCD are equal to zero, the code zero is recorded in the memory, and the SR is disconnected from the frequency mixer. The input of the RCI reset from the control unit is given a pulse sequence with a period "C" equal, for example, to the period of the signal being processed: t 2H, where Q is the frequency of the voltage to be converted. The generator 10 generates a sinusoidal signal with a frequency of U). The input voltage of the device is converted into a stream of pulses with a frequency (t), where Sd and k, respectively, the central frequency and the slope of the modulation characteristic of the PSI, and (is the amplitude of the processed voltage and the suppressive deviation of the frequency of the IPP. At t - О starts the first cycle of the device operation. During the time interval (a, 23Т / Й t), the value of K (t) 0 and the RCI accumulates the result N (iCg-u)) ft. The code is then transmitted to the RAM, converted into a constant voltage with the aid of a PKA and appropriately shifts the center frequency of the PSI, after which the second clock (at t 4 t 2 ГО VGO) the code O-fs- is fixed) And where "jp, as and before, - the transmission coefficient of the chain of serially connected PKA and IPP. After the end of the second cycle, the constant component of the frequency of the IPP and the frequency of the generator should be related by the ratio o- | -0- | -k) K--) If the influence of the instability of the transmission coefficient dG on the center frequency shift y () C2 is minimal, then, as a result, we get a system of two equations with two unknowns mi -jf / S and K: I-N-MCH from here K 0.25, T / D 2, Thus, during the third clock cycle (.with t cent | The ICP is equal to the frequency of the autogenerator. The frequency mixer with the help of the potential controlled valve 5 in plot 1 (Fig. 2) is connected to the counter Pulse 6, which, over time 2Ji / Q, accumulates the code N 2uJ, / J proportional to the desired mean value of 1 ") alternating voltage. The conversion error - “Y” in this case arises due to the temperature and time instability Ak of the steepness k of the modulation characteristic of the ICP, which leads to a change in the transfer coefficient of the direct conversion circuit and the offset c /. frequency and) relative to the frequency c) of the oscillator. The first component of the error is taken into account when calibrating the device, the second component is negligible in comparison with the first. If uk "k, then - (u)) (f;) The preceding media converter of the unresolved value of the alternating voltage into the code allows the sought information to be obtained for three periods of the signal being processed, for example, 13 periods necessary for normal functioning known. An increase in speed is achieved by converting the static system of automatic adjustment of the center frequency of the PSI into a static system by creating a Reset and RCI input and connecting this input to the control unit to periodically erase the contents of the RCI. Installation between the RCI and the digital attenuator memory with variable warping. The transmission coefficient and switching-on between the frequency mixer and the summing pulse Lsem of the pulses of the new valve node, which connects the SI to the mixer only during the third cycle of the device, increase the speed of the proposed device. Claims of an alternating voltage converter into a code comprising a series-connected memory device, a code-analog converter, a measuring frequency converter and a frequency mixer, as well as a summing pulse counter, a control unit, the output of which is connected to the control device, reversible pulse counter, the inputs of which are connected to the outputs of the measuring frequency converter and the generator connected to the second input of the frequency mixer, characterized by in that, in order to increase performance, in non-, th valve is introduced and digital attenuator connected between the output-intensity rever- pulse counter and the input of the memory device, wherein the control I ° you are connected to a control input of a digital attenyua ora. Input A reset of the reversible pulse counter and the control input of the valve, through which the mix output is connected to the input of the pulse totalizer. Sources of information taken into account in the examination of expert evidence 1. USSR author's certificate in accordance with the application W 2 870 Х8 / 18-21, ref. H 03 K 13/20, 1980.

2. USSR author's certificate W, cl. H 03 K 13/02, 1977 (prototype).

Ult)