SU964659A1 - Устройство дл линеаризации нелинейных характеристик - Google Patents

Description

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИНЕАРИЗАЦИИ НЕЛИНЕЙНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Изобретение относитс  к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано, например, дл  линеаризации характеристик инте ференционных и других датчиков, опи ваемых синусоидальной или косинусоидальной зависимостью. Известен функциональный преобразователь , содержащий генератор импульсов с источником опорного напр  жени , компенсатор нулевого сигнала масштабирующий усилитель и элемент коррекции нелинейности, выполненный в виде делител  напр жени  1 . Недостатком этого устройства  вл етс  ограниченный диапазон линейного преобразовани ,, оно удовлетворительно линеаризирует аналоговые сигналы, содержащие только квадрати ные составл ющие от преобразуемого параметра. Наиболее близким техническим решением  вл етс  устройство дл  лине аризации нелинейных характеристик. содержащее управл емый генератор импульсов , к задающему входу которого подключен источник опорного напр жени , первый управл ющий вход генератора импульсов соединен с .входом устройства , а выход  вл етс  выходом устройства, первый источник компенсирующего напр жени , выход которого подключен к первому входу первого суммирующего усилител , выход которого соединен с вторым управл ющим входом генератора импульсов, квадратор , второй суммирующий усилитель, блок извлечени  квадратного корн  и второй источник компенсирую1чего напр жени  , выход КО орого подключен к второму входу второго суммирующего усилител , вход устройства через квадратор св зан с первым входом второго суммирующего усилител , выход которого через блок извлечени  квадрат ного корн  св зан с вторым входом первого суммирующего усилител  2. 3 Недостатком известного устройства  вл ете низка  точность линеаризации входных синусоидальных и косинусомдальных сигналов, обусловленна  нелинейностью зависимости, воспроизводимой устройством при линеаризации синусоидального входного сигнала (зависимость 1 на фиг. 2) FJ(FQ+K( 1+S in x-cos х), где К коэффициент пропорциональности , определ емый парамет рами генератора импульсов нулева  частота; преобразуемый параметр, И зависимости F FQ+K( 1+COS x-sin х) при линеаризации входного косинусоидального сигнала (зависимость 7а, 76 на фиг. 3). При этом нелинейность составл ет 2,% в диапазоне изменени  преобразуемого параметра от О до радиан по отношению к идеальной пр мой преобразовани . Характеристика (1) (зависимость 1а и 16 на фиг. 2) имеет S-образный характер. Целью изобрегеищ  вл етс  повышение точности линеаризации входных аналоговых сигналов. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  линеаризации нелинейных характеристик, содержащее генератор импульсов, к зада ющему входу которого подключен источник опорного напр жени , выход ге нератора импульсов  вл етс  выходом ycтpoйcfвa, первый управл ющий вход генератора импульсов соединен с выхо дом первого суммирующего усилител , первый вход которого соединен с выхо дом первого источника компенсирующег напр жени , второй вход через блок извлечени  квадратного корн  соединен с выходом второго суммирующего . усилител , первый вход которого подключен к выходу второго источникакомпенсирующего напр жени , второй вход через квадратор соединен с входом устройства, введены третий и чет вертый суммирующие усилители, три ключевых элемента и компаратор, причем первый вход третьего суммирующего усилител  соединен с входом устройства , второй вход третьего суммирующего усилител  соединен с выходом блока извлечени  квадратного корн , выход третьего суммирующего усилите9 ЛЯ подключен к первому входу компаратора , второй вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход соединен с управл ющими входами первого ., второго и третьего ключевых элементов, информационный вход первого из которых подключен к входу устройства , информационный вход второгок выходу первого источника компенсирующего напр жени , информационный вход третьего - к выходу блока извлечени  квадратного корн , вь1ход первого из ключевых элементов подключен к первому входу четвертого суммирующего усилител , второй вход которого соединен с входом устройства, выход четвертого суммирующего усилител  подключен к второму управл ющему входу генератора импульсов, выход второго ключевого элемента соединен с третьим входом первого суммирующего усилител , четвертый вход которого соединен с выходом третьего ключевого элемента. Введение этих блоков повышает точность преобразовани  за счет ениже ,ни  погрешности нелинейности, которое обеспечиваетс  вырабатыванием по ot ношению к известному, дополнительных корректирую1цих сигналов sin(x+-)cos (x+|-) на y4acjKe преобразовани  в пределах О х«; и 2+sin(x- )cos (x-|-) в пределах изменени |- х 4- , и их алгебраическим суммированием с сигналом 1+sin x-cos х, характерным дл  известного устройства. Так как знаки изменени  чувствительности преобразовани  известного устройства разные в диапазонах О .: х и f X. р то в предлагаемом устройстве нелинейность с возрастающей чувствительностью известного устройства в диапазоне О (зависимость 1а на фиг, 2) компенсируетс  дополнительным смещением зависимости 1+sin x-cos X известного устройства (зависимость 16 на фиг.2). характеризующейс  нелинейной зависимостью с убывающей чувствитель ностью, на (зависимость на фиг.2) по оси преобразуемого параметра х и (-1) по оси ординат V, и последующим их суммированием (результирующа  зависимость 3 на фиг. 2), Таким образом, частота на выходе reHepajopa в-диапазоне изменени  О х определ етс  выражением Fx 1+sfn x-cos x+sin(x+-)-cos (х+ .(3) Линеаризаци  известной зависимост 1+sin X-COS X в диапазоне X4; у (зависимость 16 на фиг. 2) осуществл етс  Сдвигом этой же зависимости на (j-) по оси преобразуемого параметра (смещена 1а в сторону опережени  на (-) - зависимость 5 на фиг. 2) и на (-1) по оси ординат и поел едущим .суммированием {зависимость 6 на фиг. 2) со смещением на 2 -кратный единичный сигнал (зависимость 3 на фиг. 2}. В данном, диапазоне изменени  Л . ,. . Ji Fy 3+sin x-cos х+51п(х-йг )cos (хfl V -тЬ( Преобразу  выражение (3) и (Л) получаем Fj( 1+2,1 2 sin x-cos х дл  О : X ; ; F 3+5in x-2,4ln2 cos X . лл дл  - Введение последовательно соединен ных третьего суммирующего усилител  и компаратора, подключение двух входов третьего сум «1руЮ1цего усилител  i к устройства и выходу блока извлечени  квадратного корн  позвол ет получить релейный сигнал на выходе компаратора, равный нулю при из менении преобладаний косин соиды над синусоидой и равный еди .нице - прит- х и преобладании си нусоиды над косинусоидой., Релейный сигнал компаратора измен ет коэффициенты передачи первого и четвертого суммируюс их усилителей, а также измен ет начальное смещение на первом суммирующем усилителе в соответствии с их необходимыми значени ми дл  выполнени  выражений пре - .U образовани  (5) - дл  , и (6) дл  f- x«-f- ., Линеаризаци  входных косинусоидальных аналоговых сигналов осуществл етс  аналогично. При этом частота на выходе генератора импульсов определ етс  выражением x-sin x+cos(x-5p )-sln(x- )3+cos x-2,4l42 sfn X(7) при 0 X |Т FX I+COS x-sin x+c6s(x+-)-sin(x+. +|-)1+2, cos x-sin X (8) при X s -j Дл  обеспечени  этого входы подключени  к третьему суммирующему усилителю {входа устройства и выхода блока извлечени  квадратного корн ) мен ют местами. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 ,и 3 - графичесхие зависимости, отображающие этапы линеаризации соответственно входного синусоидального и косинусоидального аналоговых сигналов., Устройство содержит генератор 1 импульсов, выход 2 которого  вл етс  выходом устройства, вход устройства 3, источник k опорного напр жени , первый источник 5 компенсирукмцего напр жени , первый суммирующий усилитель 6, квадратор 7 второй сум-. мирующий усилитель 8, блок 9 извлечени  квадратного корн , второй источник 10 компенсирукхцего напр жени , третий и четвертый сум фуодие усилители 11 и 12, компаратор 13, первый , второй, .третий ключегзые элементы 1, 15 и 16. На фиг. 2 обозначены 1а и 16 выходна  характеристика преобразовани  выходного аналогового синусоидального сигнала в частоту импульсов известного устройства; 2 - идеапьнё  характеристика преобразовани  известного устройства 3 - выходна  характеристика преобразовани  входно аналогового синусоидального сигнала в частоту предлагаемого устройг ства} - смещенна  ветвь 16 на у по оси преобразуемого параметра; 5 смещенна - ветвь 1а на (-f-) порей преобразуемого параметра; 6 - сумма зависимостей -16 и ij, при смещении зависимости 16 - 1 по оси ординат; . ., - приращение частоты при лине- аризации по известному устройству; . ч 1 vr I v« J f приращение частоты при линеаризации no предлагаемому устройству. На фиг. 3 обозначены 7а и 76 - выл ходна  характеристика преобразовани  входного аналогового косинусоидальногр сигнала в частоту известного устройства} 8 - выходна  характеристика преобразовани  входного косиыусоидального аналогового сигнала предлагаемого устройства; 9 - смещенна  ветвь 7а на (-). по оси преобразуемого параметра; -W - смещен , - - .- . -, -... - ,,1 на  ветвь 76 на (+) по оси преобраЗУемого параметра. Устройство работает следующим о6раЗом . При воздействии входного аналогового сигнала, соответствующего пре образуемому параметру, на второй управл ющий вход генератора 1 импульсов через четвертый суммирующий усилитель , частота на его выходе измен  етс  на величину, пропорциональную входному сигналу относительно опорной частоты Fg , задаваемой истоУником k, которым устанавливают начальный уровень дозар да емкостей управл емого генератора 1 и соответствует частота FQ генератора 1 при значении преобразуемого парамет: ра . Цепь коррекции, состо ща  из блоков 7-10, вырабатывает первый кор ал иJ, ) , лоректирующии сигнал ( - t л} , .поступающий с Ёыхода первого су.ммирующего усилител  на первый управл ющий вход генератора. При синусной характеристике входного датчика первый корректирующий сигнал соответствует зависимости cos х-1, а при косинусной характеристике - зависимости sin х-1. Совместное воздейатвие входного и корректирующего сигналов на управл ющие входы генератора формирует частотную характеристику, св зывающую частоту импульсов с преобразуемым параметром по отношению к частоте Fg или вида (1) (зависимость 1а и 16 на фиг. 2), при линеаризации синусоиды, или вида (2) при косинусоиде (зависимость 7а и 76 на фиг, 3) по аналогии с известным устройством . Одновременно входной синусоидальный сигнал поступает на первый вход третьего суммирующего усилител  11, на второй вход которого поступает косинусоидапьный сигнал из блока 9 извлечени  квадратного корн . В диапазоне изменени  О х косинусоидапьна  составл юща  больше сину соидальной и на выходе усилител  11 отрицательное напр жение, т.е. меньше нулевого напр жени  общей шины, подключенной к второму входу компаратора 13 и на выходе компаратора устанавливаетс  сигнал, равный логическому нулю. Этому состо нию компаратора 13 соответствует нормально закрытое состо ние ключевого элемента -I и нормально открытые.состо ни  элементов 15 и 1б. К первому управл ющему входу генератора 1 через усилитель 6 подклю- чен единичный сигнал от первого источника компенсирующего напр жени , к второму управл ющему входу генератора , дополнительно ко входному сигналу, поступаю14ему через четвертый суммируюсций усилитель 12 (его второй вход), подключаетс  дополнительна  часть входного сигнала, 1, sin X (второй вход усилител  12), а их совместное воздействие приводит к зависимости частоты на выходе генератора 1 от преобразуемого параметра в соответствии с выражением (5) или, что эквивалентно, с выражением (З). В диапазоне изменени  - х. у , синусоидальна  составл юща  преобладает над косинусоидальной, напр жение на выходе усилител  11 положительно , компаратор переходит в единичное . устойчивое состо ние. При этом второму управл ющему входу генератора Г через усилитель 12 подключен только :. входной синусоидальный сигнал, а к первому управл ющему входу генератора 1 через усилитель 6 подключен дополнительно сигнал 1,142 cos X и 2 -кратный единичный сигнал, равный сумме квадратов входного сигнала и сигнала на выходе блока 9. Частота на выходе генератора 1 опреде л етс  выражением (6) или, что эквивалентно ,.выражением (). При х , сигнал на выходе компаратора равен или нулю или единичному состо нию, но частота на выходе генератора 1 равна F. При линеаризации входных косинусоидальных сигналов на вход 3 устройства поступает косинусоидальный сигнал, ас выхода блока 9 снимают синусоидальный. i Дл  обеспечени  режима линеаризации по выражению (7 } при О (х и выражению (8 ) при (х. входные сигналы третьего суммирующего усилител  мен ют местами, чем достигают срабатывани  компаратора 13 в диапазоне О х и его возврат в нулевое состо ние при «х . Технико-экономический эффект заключаетс  в повышении при 2 -кратном увеличении чувствительности в 9-10 раз точности преобразовани  аналоговых входных сигналов, содержащих синусные и косинусные зависимости от преобразуемого параметра.

Обща  Н1елинейность частоты на вы ходе устройства от преобразуемого параметра, в пределах его изменени  от О до радиан, не превышает 0,.

Claims (1)

1.Авторское свидетельство СССР №713328, кл. G Об G 7/26, 1378.

2,Авторское свидетельство СССР по за вке W 287778i9/l8-2|t.

кл. G Об О 7/26 (прототип).

Ll-.±i J