Функциональный преобразователь

 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий источник эталонного напряжения, выход п ложительной полярности которого через последовательно соединенные первый и второй ключи лодключен к первому входу ийтегратора, второй вхой которого через третий ключ подключен к выходу источника отрицательного эталонного, напряжения, блок выборки-хранения, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а выход блока выборки-хранения подключен к третьему входу интегратора и первому входу компаратора, второй вход которого подключен к шине нулевого потенциала , а выход которого соединен с входом запуска синхроннасщий, первый, второй, третий, четвертый и Лятый выходаа которого соединены соответственно с управляющими входами блока выборки-хранения, первого и второго ключей, регистра поразрядного уравновешивания и преобразователя кода в интервал времени, выход которого соединен с управляю1пим входом третьего ключа, выход регистра поразрядного уравновешивания, являющийся вы-, ходом преобразователя, соединен с информационным входом преобразователя кода в интервал времени, накопительный конденсатор, подключенный между , общей шиной и точкой соединения первого и второго ключей, отличающийся тем, что,, с целью повышения его точности, введены деилифратор, коммутатор и кодоуправляемая резистивная матрица, причем выходы коммуВ татора подключены к соответствующим входам кодоуправляемой резистивной матрицы, выход которой соединен с третьим входом интегратора, информационные и управляющие входы коммутатора подключены соответственно к выходу положительной и отрицательной .полярности источника эталонного наО ,пряжения и соответствуйхаим выходам дешифратора, вход которого подключен СС к выходу преобразователя. ее

9 А

ЩЩ3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(50 0 06 G 7 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ВТО СН0МУ СвиДКтаЛьСтам

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3382185/18-24 (22) 14,01,82 (46) 07.05.83. Бюл. В 17 (72) И.Ю.Сергеев, В.М.Лунин, Ю.Н.Самарцев, В.И.Беда, Ю.Н.Власенко, В.И.Русин, В.К.Рощин и В.С.Артеменко (71)"Киевский ордена Ленйна политехнический институт имени 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 681. 335 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 679997, кл.. G 06 G 7/26, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

В 894856, кл. Н 03 К 13/02, 1979 (прототип) °

-(54) (57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник эталонного напряжения, выход пс ложительной полярности которого через последовательно соединенные первый и второй ключи подключен к первому входу ин- тегратора, второй вход которого через третий ключ подключен к выходу источника отрицательного эталонного. напряжения, блок выборки-хранения, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а выход блока выборки-хранения подключен к третьему входу интегратора и первому

) входу компаратора, второй вход кото- рого подключен к шине нулевого потейцнала, а выход которого соединен,с входом запуска блока синхроннзацйи, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами блока выборки-хранения, первого и второго ключей, .регистра поразрядного уравновешивания и преобразователя кода в интервал времени, выход которого соединен с управляющим входо третьего ключа, выход регистра поразрядного уравновешивания, являющийся вы . ходом преобразователя, соединен с информационным входом преобразователя кода в интервал времени, накопительный конденсатор, подключенный между общей шиной и точкой соединения первого и второго ключей, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения era т чности, введены дешифратор, ею коммутатор и кодоуправляемая резис- % тивная матрица, причем выходы коммутатора подключены к соответствующим входам кодоуправляемой реэистивной матрицы, выход которой соединен с третьим входом интегратора, информационные и управляющие входы коммутатора подключены соответственно к выходу положительной и отрицательной полярности источника эталонного на- ф ,пряжения и соответствукчанм выходам

I дешифратора, вход которого подключен. к выходу преобразователя. Я с©

101б 799

Изобретение относится к информаци- онно-измерительной технике и автоматическому управлению, в частности к функциональным преобразователям, и может быть .использовано при построении, информационно-измерительных и управляющих систем.

ИЗвестен функциональный преобразователь-, содержащий блок управления, блок выборки-хранения, интегратор, источник эталонного напряжения, че- 10 тыре ключа и накопительные конденсаторЫ. Функциональный преобразователь представляет собой итерационный преобразователь отношения двух накопительных емкостей в напряжение, Емкос- f$ ти включены .в прямую и обратную цепь преобразователя. Если емкость, включенную в обратную цепь, сделать эталонной, то измеряя выходное напряжение преобразователя вольтметром,можно20 получеть значение емкости конденсатора, включенного в прямую цепь 1 1).

Недостатком преобразователя является невозможность непосредственного преобразования емкости в цифровой код, 25

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий последовательно включенные источник эталонного напряжения, первый ключ, З0 интегратор и .блок выборки-хранения, преобразователь кода в интервал времени, соединенный с первым ключом и блоком синхронизации, а также второй, ключ, подключенный к источнику эта- : 35 лонного напряжения и блоку синхрони-. зации, причем выход блока выборкихранейия соединен с выходом интегратора, а блок синхронизации соединен с ключом блока выборки-хранения, а так-gg де компаратор и регистр, причем к одному входу компаратора подключен .выход блока выборки-хранения, а второй вход компаратора соединен с общейшиной иреобраэователя, а также вкдю- . ченные последовательно между источником эталонного напряжения и другим входом, интегратора третий и четвертый ключи, а также пятый ключ, соединенный с вторым и четвертым ключом, а также первый конденсатор, подключенный между общей точкой устройства и точкой соединения третьего и четвертого ключей, а также второй.конденсатор, подключенный между общей точкой устройства и точкой соединения второго и пятого ключей, причем выход компаратора соединен с входом запуска блока синхронизации, который, в свою очередь, соединен с регистром, источником эталонного напряжения, третьим, бО четвертым и пятым ключами, а выход регистра соединен с преобраэователеМ, кода в интервал времени, причем выход функционального преобразователя соединен с выходом регистра (2 ). у к недостаткам функционального преобразователя следует отнести невоз-. можность использования его для получения различных функциональных зави-. симостей, требуемых, например,. для линеаризации характеристик емкостных цатчиков, совместно с которыми он может быть использован в информационноизмерительной системе.

Цель изобретения — повышение точности, в частности, обеспечение. воэможности линеариэации характеристик емкостных датчиков.

Поставленная цель достигается тем, что, в функциональный преобразователь, содержащий источник эталонного напряжения, выход положительной полярности которого через последовательно соединенные первый и второй ключи подключен к первому входу интегратора,-второй вход которого через третий ключ подключен к-выходу источника отрицательного эталонного напряжения, блок выборки-хранения, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а выход блока выборки-хранения подключен к третьему входу интегратора и первому входу компаратора, второй вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход которого соединен с входом запуска блока синхронизации, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами блока выборки-хранения, первого и второго ключей, регистра поразрядного уравновешивания и преобразователя кода в интервал времени, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, выход регистра поразрядного уравновешивания, являющийся выходом преобразователя, соединен с информационным входом преобразователя кода в интервал времени, накопительный конденсатор, подключенный между общей шиной и точкой соединения первого и второго ключей,. введены дешифратор, коммутатор и кодоуправляемая резистивная матрица, причем выходы коммутатора подключены к соответствующим входам кодоуправляемой реэистивной матрицы, выход . которой соединен с третьим входом интегратора, информационные и управляющие входы коммутатора подключены соот:ветственно к выходу положительной и отрицательной полярности источника эталонного напряжения и соответствующим выходам дешифратора, вход которого подключен к выходу преобразователя.

На фиг.1 приведена блок-схема преобразователя, на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Функциональный преобразователь содержит источник 1, эталонного напр..жения, ключи 2 и 3, интегратор 4, блок 5 выборки-хранения, компаратор б, блок

1016799

7 синхрониэации, регистр 8 поразряд-. ного уравновешивания, преобразователь

9 кода в интервал времени, ключ 10, накопительный конденсатор 11, коммутатар 12, кодоуправляемая резистивная матрица 13, дешифратор 14.

Преобразователь работает следующим образом.

- Преобразователь работает циклично

Ь два этапа. В каждом цикле 1-го .этапа осуществляется заряд накопительно- 10 го конденсатора 11 от источника 1 эталонного нйчряжения положительной полярности с.последующим разрядом на вход интегратора 4, выборка выходного напряжения интегратора 4 бло- )5 ком 5 выборки-хранения с последующиМ запоминанием в течение времени цикла Т, интегрирование интегратором 4 выходного напряжения блока 5 вйборкихраненИя в .течение времени цикла Тн., интегрирование интегратором 4 компенсирующего напряжения отрицательной полярности источника 1 эталонного напряжения, причем интервал времени компенсации Т» формируется с помощью регистра 8 поразрядного уравновешнваI ! ния и преобразователя 9 кода в интер-. вал времени.:

Предположим, что перед .началом . преобразования напряжение на выходе блока 5 выборки-хранения равно 0> и заряд на наКопительном конденсаторе

11 С » равен нулю. Тогда после окончания первого цикла работы преобразователя напряжение на выходе блока 5 выборки-хранения будет равно З ц ц р (@- о т Сх U T с „" к„ с„"и

« о » о и (т, г- т» Ч

- =С вЂ” Кл= С- х(1-б )- )+

2 1 1 ., 2

+О < и и, 40

Аналогично, после окончания И-го цикла преобразования и учитывая, что 65 б где Е .- напряжение источника 1 эта- Ф о лонного напРяжения 45

Т - время, на которое замыкаето ин ся ключ 3 1 —, раз за время

° Тц

- постоянная цепи заряда конденсатора С„ 50

С - емкость конденсатора интегЯ ратора 4, 1(- коэффициент передачи блока

И

5 выборки-хранения, Т вЂ” длительность цикла преобразования, 55 сопротивление интегратора

4 по входу отрицательной .обратной связи, Т - интервал времени компенсации, 60

k< — сопротивление интегратора

4 по входу компенсации.

Той>, напряжение на выходе блока

5 выборки-хранения становится равным

Выражение (1} состоит иэ двух частей геометрической прогрессии, сходящей" ся при условии к„т

- ас «() и убывающего члена, при том же усло- вии .l- 7

При выполйении условия <2) в усI тановившемся режийе(И m ) напряжение на выходе блока 5 выборки-хранения определяется выражением о„- йм u„= — -jc„-+), > eo u, реально процесс сходится за 4-6 циклов.

С помощью регистра. 8 поразрядного уравновешивания осуществляется преобразование напряжения на выходе блока

5 выборки-хранения в код по следующе-" му алгоритму. Сначала записывается

"1".в старший разряд регистра 8. поразрядного уравновешивания при помощи блока .7 синхронизации. Этот код управляет преобразователем 9 кода s интервал времени, который, в свою очередь, замыкает ключ 10. Если произошла перекомпенсация — изменился знак напряжения на выходе компарато- ра б, то "1" записывается,в следующий разряд регистра, а "1" в старшем раэ ряде стирается. Если перекомпенсации не было, то "1" в старшем разряде остается. Затем снова определяется знак напряжения на выходе комг аратора

6. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе блока 5 выборки-xpasesaj не станет равным нулю или точнее, пока оно яе по- падет в,область нечувствительности компаратора 6

В результате осуществления уравновешивания, которое длится в течение . .8=(4-б)й циклов (где и - количество разрядов s регистре 8 поразрядного, уравновешивания), код на выходе этЬ

ro регистра определяется выражением

% йх= Т„Сх, (4) где Т к — длительность единичного (соответствующего единице младшего раз-ряда регистра 8 поразрядного уравно- вешивания) интервала компенсации.

На этом завершается первый этап работы функционального преобразователя. Второй этап работы функционал ного преобразователя отличается от первого только тем, что в каждом цикле второго этапа осуществляется дополнительное интегрирование интегра. тором 4 напряжения отрицательного или положительного источника 1 эталонного напряжения в течение всего времени цикла Тц через один из резисторов -кодо управляемой резистивной матрицы 13. Причем, знак напряжения и номер подключаемого резистора К„ 16 определяется кодом Й, полученным в последнем цикле первого этапа преобразования (этот код запоминается s буферном регистре дешифратора 14 и хранится в течение второго этапа пре-15 образования).

Таким образом, после окончания второго этапа преобразования функционального преобразователя, код на выходе регистра .6 поразрядного уравно- р вешивания определяется выражением 4:

Их Сх+ .г р,.

I где Е.=ЙЕэ (знак напряжения опреде1 ляется кодом х формула 4).

Как следует из выражения (5) выходной код и имеет две составляющие.

Первая из них Р /ТкСх определяется накопительной емкостью СХ исследуемо«

ro конденсатора (или емкостного датчика ), а вторая, формируемая вновь введенными в функциональный преобразователь блоками,- - + . д„ conpoEi, Т К тивлеиием й„и йайрлжением Е (которие определяются, соответственно, кодом . ну,, пропорциональным измеряемой емкости Сх). Весь. диапазон изменения емкости C> (в случае изменения емкости емкостного датчика разбивается на поддиапаэоны, в каждом46 из которых при помощи дешифратора 14 и коммутатора 22 между входом интегратора 4 и выходом источника 1 эта лонного напряжения в течение всего времени цикла включает ся соответ ст вующий этому поддиапазону резистор.

В результате в каждом поддиапазоне значения емкости С к выходному .коду, пропорциональному этой емкости, прибавляется или вычитается добавка.

Совокупность всех добавок во всем диапазоне изменения С> представляет собой кусочно-ступенчатую функцию, которой можно аппроксимировать различные нелинейные зависимости. Благодаря этому. в результирующую зависимость выходного кода й; от измеряемой емкости С может бить введена требуемая нелйнейност (методом ступенчатой аппроксимации).

Таким образом, функциональный преобразователь может- быть использован для линеаризации нелинейноствй различных емкостных датчиков.

На фиг.2 приведены кривые зависимостей выходного кода от измеряемой емкости, причем, кривая 1 — идеальная зависимость l4 от С>, 2 — реальная зависимость, содержащая нелинейность, 3 — ступенчато-аппроксими- рованная заданная нелинейность (формируемая с помощью дещифратора 14, коммутатора 12 и реэистивной матрицы

13); 4 - результирующая зависимость от С .

Технико-экономический эффект заключаетсяя в том, что предлагаемый преобразователь может быть использован непосредственно для линеаризации характеристик емкостных датчиков, при» чем, создание до .олнительных блоков требует незначительных аппаратурных затрат и может быть реализовано с использованием деыевых резисторов.

1016799

1016799

Составитель В.Жирнова

Редактор Е.Лушникова Техреду.Гергель

Корректор A. Tÿñêî

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

ПЛЛ,Патент 3ах.

Заказ 3388/49 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5