Аналого-цифровой интегратор

 

Аналого-цифровой интегратор относится к области автоматики и может найти применение при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобретения является повышение точности восстановления информации. Сущность изобретения состоит в том, что в аналого-цифровой интегратор, построенный на основе последовательно соединенных преобразователя 3 напряжение - частота, реверсивного счетчика 5 импульсов и цифроаналогового преобразователя 6 и снабженный контуром восстановления информации и записи начальных условий с блоком 7 слежение - хранение, блоком 8 сравнения, усилителем 11, нуль-органом 12, реле 14 времени, сигнализатором 16 напряжений питания и пиковым детектором 17, введены сумматор 10 и компаратор 18, соединенные с другими элементами интегратора так, что обеспечивается возможность существенного уменьшения порогов срабатывания и отпускания нуль-органа 12, в результате чего достигается повышение точности восстановления информации в интеграторе. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

-SU,» 15 447 (51)5 G 06 G 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРНЕНИЯМ И ОтНРЫТИЯМ

ПРИ П1НТ СССР

1 (61) 1444832 (21) 4395045/24-24 (22) 22.03.88 (46) 0?.01.90.Бюл. ¹- 1 (72) Э.С.Никулин и М.В.Шмаков (53) 681.335 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1444832, кл. G 06 С 7/18, 1987. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАТОР (57) Аналого-цифровой интегратор относится к области автоматики и может найти применение при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобретения является повышение точности восстановления информации. Сущность изобретения состоит в том, что в аналого-цифровой интегратор, построенный на основе последовательно

2 соединенных преобразователя 3 напряжение-частота, реверсивного счетчика 5 импульсов и цифроаналогового преобразователя 6 и снабженный контуром восстановления информации и записи начальных условий с блоком 7 слежение-хранение, блоком 8 сравнения, усилителем 11 нуль-органом 12, реле

14 времени, сигнализатором 16 напряжений питания и пиковым детектором

1?, введены сумматор 10 и компаратор

18, соединенные с другими элементами интегратора так, что обеспечивается возможность существенного уменьшения порогов срабатывания и отпускания нуль-органа 12, в результате чего достигается повышение точности восстановления информации в интеграторе. 1 ил.

1534473

Изобретение относится к автомйТи= ке, предназначено для формирования напряжения, пропорционального интегралу от входного сигнала, может использоваться в системах автоматического управления различными объектами и является усовершенствованием интегратора по авт.сн.9 1444832.

Цель изобретения — повышение точности восстановления информации.

На чертеже приведена схема аналого-цифрового интегратора.

Интегратор содержит последователь ио включеннь.е источник 1 входного сигнала трехпозиционный переключа1 тель 2, преобразователь 3 напряжениечастота схему ИЛИ 4, ренерсивный счетчик 5 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 6 и блок 7 слеженияхранения.

Выход блока 7 слежения-хранения

Ф являющийся выходом интегратора соединен с одним из входов блока 8 сравнения, другой вход которого подключен к входу 9 задания начальныхусловий, .а выход блока 8 сравнения

Соединен с вторым входом переключателя 2, третий вход которого соединен через сумматор 10 с ныходом усилителя 11 и входом нуль-органа 12, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 4, к первому упр;-> ляющему входу перекло".ателя 2 и к первому входу элемента И-НЕ 13, второй вход которого соединен с вторым управляющим входом переключателя. 2 и с выходом реле 14 времени, соедин.:иного по входу - источником 15 питания, 40

Выход элемента И-НЕ 13 подключен к входу. слежения блока ? слеженияхранения, Вход задания опорного напряжения н вход записи информации подключены соответственно к выходам сигнализагора 16 напряжений питания N пикового детектора 17, соединенных по входам с источником 15 питания.

Между выходом усилителя 11 и вторым входом сумматора 10 включен компаратор 1 8, между выходом реле 14 времени к зторым вхоцом элемента

ИЛИ 4 — имзертор 19, а между выходом цифроаналогового преобразователя и входом блока слежения-хране55 ния — масштабный резистор 20, Блок 7 слежения-хранения содержит операционный усилитель 21, запоминающий конденсатор 22 в цепи отрица— тельной обратной связи, ключ 23, переключатель 24, МОП-транзистор 25, масштабные резисторы 26 — 28, Для предлагаемого интегратора ха-. рактерны следуюшие режимы работы: запись начальных условий, интегрирование и восстановление информации после сбоев счетчика и кратковременных перерывов в подаче питания, Интегратор в режиме записи начальных условий работает следующим образом.

Если после длительного нахождения интегратора в обесточенном состоянии он подключается к питающей сети, то в первый момент времени выходной сигнал реле 14 нремени име.::т нулевое значение. При этом пере>..лючатель 2 устанавливается в средк;.е положение, переключатель 24 — н кер::.-,ее положение, а ключ 23 — B замкнутое cocTcя.ние. Рассогласовани,U.„ U« > — Бо„,„ с выхода блока 8 сран.; ениг поступает через переключатель 2 на вход преобразователя 3 напряжение-частота, который настраивается на повышенную частоту следования импульсов (f<„» f ) сигналом с выхо,.", реле 14 г,p:мени„

По нулевому значению сигнала реле

14 времени переключатель 24 отключат конденсатор 22 от иннертирующего входа усилителя 21 и подкгпочает его к резистору 28, в резупьтате чего блок 7 слежения-хранения переходит в режим аналогового инвертора, коэффициент передачи которого определяет". ся отношением сопротивлений реэисторов 26 и 20. Конденсатор 22 при этом заряжается до выходного напряжения усилителя 21 через резистор 28, переключатель 24 и открытый N03-транзистор 25. В результате в этом режиме преобразователь 3 напряжение-частота, работая на повышенной частоте f „ обеспечивает быстрое изменение кода н счетчике 5 до тех пор, пока рассогласование IUD> на выходе блока 8 сравнения не станет равным нулю, т,е, до выполнения условия U>b,<= 5,U„, Время, которое требуется для достижения этого услония (т.е., фактическое время записи начальных усдовий й„,1), определяется, в основном, частотой импульсов f на выходе преобразователя

3 напряжение-частота и значением записываемого в счетчик 5 кода.

5 15344

Обеспечение нормальной работы интегратора в режиме записи начальных условий связано с выполнением соотНoIIIHHA рь t „„ „ñH " рз» I. 3 »

5 а — временная™задержка, формируемая реле 14 времени, а ь y - постоянная времени заряда конденсатора 22.

При выполнении этих соотношений конденсатор 22 в конце выдержки о оказь.— вается заряженным до уровня выходного напряжения усилителя 21 соответствующего условию U ы„ = U y, После окончания задержки ь выход-. ной сигнал реле 14 времени принимает единичное значение, что приводит к переключению переключателя 2 в верхнее положение, переключателя 24 — в нижнее, и интегратор переходит в режим интегрирования входного сигнала, При этом переключении выходное напряжение блока 7 слежения-хранения не изменяется, так как левая обкладка конf денсатора 22 переключается между точками, напряжения в которых практичес- 25 ки равны (равны нулю), В режиме интегрирования устройство работает после окончания переходных процессов в цепях питания и прихода реле 14 времени во включенное состояние, характеризующееся тем, что что его выходной сигнал имеет ециничное значение, по которому переключатель 24 удерживается в нижнем положении. При этом выходные напряжения источника 15 питания имеют номинах ьные значения, сигнализатор 16 напряжений питания и пиковый детектор 17 удерживают NOII-транзистор 25 в открытом состоянии. Исходное состояние контура восстановления информации, включающего в себя блок 7 слеженияхранения, усилитель 11 и нуль-орган

12, соответствует равенству нулю напряжения на входе блока 7, в результате чего выходной сигнал .нульоргана 12 имеет нулевое значение, переключатель 2 соединяет вход преобразователя 3 напряжение-частота с источником 1 входного сигнала (U>„ ), 50 ключ 23 находится в замкнутом состоя-. нии и блок 7 слежения-хранения работает в режиме слежения за напряжением с выхода цифроаналогового преобразователя б, 55

При наличии входного сигнала U «»ф 0 преобразователь 3 напряжение-частота генерирует импульсы с частотой х 1» пропорциональн=. é Uq » которые в

73 6 зависимости от знака U.„ïoñòóïàþò . на один из входов реверсивного счетчика 5 импульсов. За каждый период работы преобразователя 3 в счетчике

5 фиксируется величина и знак приращения интеграла входного напряжения

U,,т.е. осуществляется квантование интеграла входного сигнала по уровню.

Таким образом, в счетчике 5 формируется цифровой код N характеризующий

I U dt, который с помощью цифроанаЪ логового преобразователя б преобразуется в эквивалентное электрическое напряжение, (При нормальной работе аналогоцифрового интегратора (без сбоев счетчика) блок 7 слежения-хранения

I находится в режиме слежечия за сигналом с выхода цифроаналогового преобразователя б, причем скорость слежения выбирается выше максимальной скорости изменения напряжения на выходе преобразователя 6, а приведенная к входу усилителя 11 зона нечувствительности нуль-органа 12 не менее одного кванта сигнала с выхода преобразователя 6 и контур восстановления информации находится в исходном состоянии, рассмотренном выше.

Если в процессе интегрирования (или хранения интеграла при U>< = С) произойдет сбой счетчика 5 то из-за ограниченной скорости слежения блока 7 слежения-хранения сигнал на входе блока 7, а следовательно, и на входе усилителя 11 будет отличаться от нуля на величину, превышающую зону нечувствительности нуль-органа

12. При этом нуль-орган 12 формирует независимо от знака рассогласования единичное значение логического сигнала, по которому элемент И-НК 13 переводит ключ 23 в разомкнутое состояние и блок 7 слежения-хранения пе.", реходит в режим поддержания напряжения, предшествующего сбою, счетчика 5

I (режим хранения), Одновременно по сигналу с нульоргана 12 переключатель 2 соединяет через сумматор 10 вход преобразователя 3 напряжение-частота с выходом усилителя 11, а преобразователь 3 настраивается на повышенную частоту следования импульсов, Под действием сигнала с выхода сумматора 10 преобра" зователь 3 восстанавливает информацию в счетчике 5, так как подача им1534473 пульсов на один из входов счетчика 5 осуществляется до тех пор, пока напряжение на входе блока 7 не снизи ся до величины при которой праизой5 дет отключение нуль-органа 12, После этого ега выходной сигнал принимает нулевое значение, а следовательно, 4 переключатель 2 подключает вход преобразователя 3 к источнику 1 вход- 10 ного сигнала, ключ 23 переходит в замкнутое состояние, блок 7 слеженияхранения — в режим слежения эа сигналом U преобразователь 3 настраивается на нормальную частоту следава-15 нйл импульсов и схема врзвращается в прежнее .состояние, обеспечивающее, дальнейшее формирование интеграла ат входного сигнала, Интегратор в режиме. восстановления 20 информации при кратковременных перерывах питания работает следующим образом, При исчезновении напряжения U в питающей сати выходные. напряжения 25 источника 15 питания уменьшаются до нулевых уровней с различными постояннь1ми времени. Пока они близки к номинальным значением, сигнализатор 16 напряжений питания псддержинает МОП- 30 ъ транзистор 25 в открытом состоянии.

На Kéк талька хатл бь: ОднО из выходных напряжений источника 15 :п>тапи-: выйдет p э д(>пус тимон эа ".ы,. I. .Ioc:д. -! J". : сигнал сигнализатора 16 релейно и.:меняет свою полярность,. что при«зодит к закрыванию NOTI-транзистора 25,, 3 результате этога запоминающий конденсатор 22 оказываетсл атключенным ат операционного усилителя 21 и напряжение на нем за время перерыва гитания изменяется относительно первоначального уровня (U ) на незначительную величину, Поскольку сигнализатор 16 напряже- 45 ний питания обеспечивает отключение запомина.ощега конденсаторы 22 при условии выхода из допустимой зоны хотя бы одного напряжения питания, нарушения нормальных состояний узлов интегратора, возникающие после этого9 не приводлт к изменению заряда на,saпоминающем <онденсаторе 22, Необходимые значения напряжений на подложке МОП-транзистора 25 и на выходе .«5 сигнали затора 16 сахранлются н течение перерыва питания за счет пиково.го детектора 17, Краткавременнь.е перерывы питания не приводят к запуску реле 14 времени.

Появление напряжения U в питаюо щей сети после кратковременного ега исчезновения вызывает увеличение выходных напряжений блока 15 питания.

При этом состояние сигнализатора 16, соответствующее закрытому МОП-транзистору 25> сохраняется до тех пор, пока хотя бы одно из этих напряжений находится вне допустимой зоны. Как только последнее иэ них примет. допустимое значение, при катарам на все узлы интегратора поступают напряжения питания, близкие к номинальным, сигнализатор 16 релейно изменяет голярность .- своего выходного сигнала, МОП-транзистор 25 аткрываетсл и иа выходе блока 7 слежения-хранения устанавливаетсл напряжение U„ апрецеляI емое потенциалом на конденсаторе 22 и близкое по значению напряжению U, которое было на нем да перерыва в подаче питания. Если напряжение на входе блока 10 не равно нулю, то срабатывает нуль.-срган 12 и .н интеграторе происходит восстановление инфа1>>>адни подобно тому, как эта имеет

:,-. ста при сбоях сче"..чика.

В предлагаемом интеграторе погреш>:.;.:ть восстановления информации, как и в известном интеграторе, определяется суммой абсолютных значений порогов срабатывания и отпускания нульаргана.

Ф о р и у л а и з о б р е т е и и л

Аналого-цифровой интегратор по авт.св, У- 1444S32, о т л и ч а ю — . шийся тем, что, с целью повыше-. ния.точности восстановления информации, в него введены сумматор и кампаратар, вход которого подключен к . выходу усилителя, соединенному с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу кампаратора, а выход соединен с третьим информационным входом трехпозиционного переключателя, второй управляющий вход которого соединен с выходом нуль-органа„ а вход усилителя соединен с входом блока слежения-хранения.