Устройство сравнения

332422

Н И Е

ЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства М

М. Кл. G 05b 1/01

G 06f 7/04

Заявлено 22.V1.1970 (М 1450884/18-24) с присоединением заявки М

Приоритет

Опубликовано 14.!11.1972. Бюллетень М 10

Дата опубликования описания 15.IV.1972

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 681.325.66(088.8) Авторы изобр етеп ия

К. Г. Самофалов и Я. В. Мартынюк

Заявитель

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции

УСТРОИСТВО СРАВНЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам сравнения электрических сигналов и может быть применено в вычислительной и измерительной технике, а также автоматике (в самонастраивающихся и оптимальных системах).

Известны устройства сравнения, содержащие усилитель-ограничитель и элемент, входы которого подключены к источникам сравниваемых сигналов, а выход соединен со входом усилителя-ограничителя.

Недостатком таких устройств является сравнительная сложность, которая приводит к большим аппаратурпым затратам, и жесткие требования к подбору элементов.

Кроме того, эти устройства не универсальны — одни из них сравнивают только разнополярные сигналы, а другие — сигналы только одного знака, т. е. эти устройства могут одновременно выполнять сравнение однополярных положительных и однополярных отрицательных сигналов.

Целью изобретения являются: расширение функциональных возможностей, т. е. реализация трех признаков сравнения и сравнение как однополярных так и разнополярных сигналов; повышение точности; исключение механической и внедрение электрической настройки устройства без вмешательства в принципиальную электрическую схему, а только путем подачи определенных настроечных электрических сигналов; сравнение производных во времени сигналов, т. е. сравнение как синхронных так и асинхронных сигналов.

Эта цель достигается тем, что элемент сравнения состоит из двух пьезотрансформаторов, входы которых соединены с источниками сравниваемых сигналов, а выходы объединены и подключены на вход усилителя — огра10 ничителя. Генераторные секции пьезотрансформаторов поляризованы в противоположHbIx направлениях. Кроме того, входы пьезотрансформаторов через элементы развязки соединены с генер атором возбуждения

15 восстановления.

На фиг. 1 изображена схема устройства применительно к сравнению импульсных напряжений; на фиг. 2 — схема устройства применительно к сравнению синусоидальных и

20 импульсных напряжений; на фиг. 3 — схема устройства применительно к сравнению произвольных во времени сигналов.

Устройство сравнения состоит из усилителя †ограничите 1, выходом которого яв25 ляется клемма 2. Вход усилителя — ограничителя 1 соединен с выходными электродамп 3 пьезотрансформаторов 4 и 5. Пьезокерамические генераторные секции 6 пьезотрансформаторов имеют противоположные направле30 ния поляризаций. Электрод 7 является экра332422 пирующим электродом, он соединен с клеммой 8 через общую точку устройства. Пьезокерамические секции 9 являются секциями возбуждения. Для сравнения однополярных напряжений они имеют одинаковые направления поляризации, а для сравнения разнополярных напряжений — противополо>кные направления поляризаций. Входные электроды 10 пьезотрансформаторов соединены с источниками сравниваемых сигналов 11 и 12.

Кроме того, для сравнения произвольных во времени сигналов в устройстве (фиг. 3) электроды возбуждения 10 через элементы развязки 13 (диоды) и ограничивающий резистор 14 соединены с генератором возбу>кдения — восстановления.

Генератор может быть выполнен на транзисторе 15, коллектор которого через резистор 1б соединен с источником напряжения

+Е„, а база — с цепочкой смещения, состоящей из резисторов 17, 18, источника смещения +Е, и диодов 19. Цепочка смещения одновременно является логической схемой

«ИЛИ» с логическими входами 20,21, на которые поступают сигналы управления. Параллельно выходу генератора, его транзистору

15, включен интегрирующий конденсатор 22.

Для устранения акустической связи между пьезотрансформаторами 4 и 5, которая существует в монолитной конструкции при резонансном режиме возбуждения, пьезотрапсформ а тор ы (ф и г. 2) разделены.

Идентичные пьезотрансформаторы 4 и 5 при одинаковых уровнях поляризаций соответствующих секций имеют одинаковые коэффициенты передачи. Фаза выходного сигнала пьезотрансформатора определяется соотношением направлений поляризации секций.

Для пьезотрансформаторов 4 и 5 фаза между выходными сигналами отличается на 180 от фазы между входными сигналами, В импульсном режиме пьезотрансформатор 4 инвертирует входной сигнал, а пьезотрансформатор 5 пе инвертирует. В резонансном режиме фазы выходных сигналов имеют соответственно значения +90 и — 90 по отношению к сигналу возбуждения. Величина коэффициента передачи пьезотрансформатора однозначно связана с величинами поляризаций его секций, благодаря чему возможно направленное изменение величины коэффициента передачи электрическим путем, что обусловливает возможность получения идентичных пьезотрансформаторов и простую настройку устройства.

Сравниваемые сигналы источников П и 12 подаются на входы пьезотрансформаторов 4 и 5. Выходной сигнал усилителя-ограничителя определяется суммарным действием сигналов с выходов пьезотрансформаторов. Сигналы с выходов пьезотрансформаторов пропорциональны входным сигналам, а фаза между ними отличается на 180 от фазы между входными сигналами. При равенстве входных сравниваемых сигналов амплитуда

15 го

65 выходного сигнала устройства равняется нулю. При поступлении положительных импульсов на входы пьезотрансформаторов, когда амплитуда сигнала источника 11 меньше амплитуды сигнала источника 12, результирующий сигнал на выходе усилителя ограничителя будет положительным. Если амплитуда сигнала источника 11 больше чем амплитуда сигнала источника 12, то сигнал на входе усилителя-ограничителя будет отрицательным. Устройство работает аналогично и при поступлении отрицательных импульсов напряжения, но при этом на входе усилителяогр аничителя изменяется фаза результирующего сигнала, характеризующего отношение амплитуд сравниваемых сигналов. Таким образом, устройство производит алгебраическое сравнение сигналов. Посредством усилителяограничителя выходные сигналы устройства преобразуются в стандартные импульсы. Настройкой порога чувствительности усилителяограничителя обеспечено сравнение величин по трем признакам: «меньше», «равно», и

«оольше». Если устройство сравнения предназначено для работы, как в импульсном так и резопапсном режимах, то оно состоит из акустически несвязанных широкополосных пьезотрансформаторов (фиг. 2) . Выходной сигнал при работе устройства сравнения в резонансном режиме определяется, как и при импульсном режиме, суммарным действием выходных сигналов пьсзотрансформаторов 4 и 5. Если сравниваемые сигналы спнфазны, то выходной сигнал устройства мо>кет характеризоваться наличием разнополярпых импульсов одной фазы, разнополярных импульсов противоположной фазы или отсутствием импульсов.

Если сравниваемые синусоидальные напряжения имеют произвольные фазы, то выходной сигнал устройства может характеризоваться наличием разнополярных импульсов произвольной фазы и отсутствием импульсов при равенстве фаз и амплитуд сравниваемых напряжений, т. е. такое устройство может быть использовано для сравнения комплексных величин.

Работа устройства в резонансном режиме имеет свои недостатки и преимущества по сравнению с работой устройства в импульсном режиме. Необходимым условием правильного функционирования устройства является равенство частот источников сравниvàåìûõ сигналов 11 и 12. Кроме того, для резонансного режима требуется изготовление двух идентичных пьезотрансформаторов с одинаковыми резонансными свойствами, и согласование частоты сигналов возбуждения с резонансной частотой пьезотрансформаторов, Однако при этом в резонансных пьезотрансформаторах коэффициент передачи по напряжению много больше единицы, вследствие чего снижаются требования к усилителюограничителю по сравнению с импульсным режимом работы.

332422

Устройство сравнения применительно к сравнению производных во времени сигналов (фиг. 3) не имеет ограничений времени поступления сравниваемых сигналов, они могут поступать синхронно и асинхронно. Сравнение синхронных сигналов на устройстве может происходить двояким образом. Во-первых, сравнение сигналов может осуществляться по результирующему выходному сигналу во время действия сравниваемых сигналов, Во-вторых, сравнение синхронных сигналов может происходить так же, как и сравнение асинхронных сигналов. А сравнение асинхронных сигналов основано на изменении поляризации секций возбуждения пьезотрансформаторов 4 и 5 при поступлении сравниваемых сигналов.

Сравнение асинхронных сигналов осуществляется в два такта. В первом такте сравниваемые сигналы источников 11 и 12 поступают на входные электроды 10 пьезотрансформаторов. При этом под их действием происходят изменения значений поляризации секций возбуждения, однозначно связанных сравниваемыми сигналами, т. е. сравниваемые сигналы запоминаются. С другой стороны изменение значения поляризаций секции возбуждения пропорционально изменению коэффициента передачи пьезотр анс форм атор а.

Во втором такте на логический вход 20 поступает отрицательный управляющий импульс. Во время действия управляющего импульса заряжается конденсатор 22. Изменение напряжения па конденсаторе 22 прикладывается к возбуждающим секциям пьезотрансформаторов. На вход усилителя-ограничителя поступает сигнал, который определяется суммарным действием сигналов с выходов пьезотрансформаторов, которые, в свою очередь, определяются сравниваемыми сигналами источников 11 и 12. На выходе устройства сравнения появляется сигнал, показывающий соотношение сравниваемых сигналов.

Величина емкости конденсатора 22 и длительность импульса, поступающего на логический вход 20, выбираются из того условия, что напряжение, до которого заряжается конденсатор во время действия импульса, не вызывает изменения поляризации секции возбуждения. Резистор 14 огр аничивает токи диодов 18 и транзистора 15 при поступлении сравниваемых напряжений.

После окончания процесса сравнения на логический вход 21 поступает отрицательный импульс напряжения, который закрывает транзистор 15. Конденсатор 22 заряжается до

35 напряжения +Е,, которое прикладывается к секциям возбуждения и обеспечивает поляризацию их до прежних значений. Длительность этого импульса много больше длительности импульса, поступающего на вход 20, и определяется временем переполяризации секций.

Если в устройстве (фиг. 3) монолитную конструкцию пьезотрансформаторов заменить отдельными пьезотрансформаторами (фиг. 2), то устройство может работать и в резонансном режиме. В таком режиме управляющие импульсы поступают на вход 20 с частотой, равной резонансной частоте пьезотрансформ аторов.

В устройстве сравнения (фиг. 3) асинхронные сигналы представлены отрицательными импульсными напряжениями.

Если секции возбуждения пьезотрансформаторов имеют переменную толщину, то устройство может быть использовано как для сравнения амплитуд импульсов напряжения постоянной длительности, так и для сравнения длительности импульсов напряжения постоянной амплитуды.

Устройство с пластинчатыми секциями возбуждения постоянной толщины может сравнивать только длительности импульсов напряжения постоянной амплитуды. Для сравнения амплитуды асинхронных импульсов напряжения постоянной длительности устройство с секциями постоянной толщины плохо пригодно из-за наличия гистерезисной зависимости между поляризацией и напряженностью электрического поля.

Предмет изобретения

1. Устройство сравнения, содержащее элемент сравнения и усилитель-ограничитель. отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения точности, исключения механической настройки, элемент сравнения выполнен из двух пьезотрансформаторов, генераторные секции которых поляризованы в противоположных направлениях, причем входы пьезотрансформаторов соединены с источниками сравниваемых сигналов, а выходы объединены и подключены на вход усилителя ограничителя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью сравнения произвольных во времени сигналов, входы пьезотрансформаторов через диоды соединены с генератором возбуждения — восстановления.

332422

g 7 ф

Составитель С. Белан

Тскрсд 3. Тараненко

Коррсктор А. Васильева

Редактор В. Левитов

Типография, пр, Саt.óíoâà, 2

Заказ 942/1б Изд. ¹ 384 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, уК-85, Раушская паб., д. -415