Многоканальное устройство для ввода информации

Многоканальное устройство для ввода информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистнческик

Республик (i>i1 003 Î59 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1%10.81 (21) 3347920/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) ПриоритетОпубликовано 070383 Бюллетень ¹

Р М g+ з

G Об F 3/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (ЩУДК 681.327ф .11(088.8) Дата опубликования описания 070383

A.B.ËHïåèü, В.Ф.Прокофьев и IO.Н.Торопкин

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАПЬНОВ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА

ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к автома- тике, измерительной информационной и вычислительной технике и предназначено для коммутации и преобразо вания аналоговых сигналов низкого уровня от датчиков при проведении экспериментальных научных. исследований и при управлении технологическими процессами.

Известны устройства, используете для сбора и преобразования сигналов с большего количества датчиков в измерительных информационных системах, и содержащие датчики, коммутатор с ключевыми элементами, управ ляемыми через разделительные трансформаторы, усилитель постоянного тока и аналого-цифровой преобразователь (1) .

Недостатком этих устройств является невысокая надежность, которая в частности ограничивается снижением точности устройства из-за малой стабильности тока управления при заныкании ключевого элемента.

Наиболее близким к изобретению является устройство, в котором для повышения точности в цепи вторичных обмоток разделительных трансформаторов введены токостабилиэирующие эле. менты, обеспечивающие стабильный ток управления при замыкании ключевого элемента 1 2).

Однако известное устройство не обеспечивает высокой надежности при применении датчиков с изменяющимся под воздействием физического. параметра сопротивлением при наличии на выходах этих датчиков синфазных йомех, возникающих из-за наличия разности потенциалов между шиной нулевого потенциала (корпусом) измерительного устройства и корпусом изделия,,на котором установлены датчики.

15 В частности точность этого устройства снижается из-за паразитного сигнала, возникающего на выходе датчика при протекании по изменяющемуся сопротивлению датчика входного

20 тока усилителя.

Кроме того, снижение надежности известных устройств вызывается их недостаточной помехоустойчиростью, которая при отсутствии в этих уст25 ройствах полной гальванической развязки измерительных и управляющих цепей., ограничивается разбалансом синфаэных емкостей на входе каждого канала и на выходе коммутатора, а также способностью усилителей по1003059 давлять синфазный сигнал помех на входе усилителя.

Цель изобретения - понышение надежности и помехоустойчивости устройства при применении датчиков с изменяющимся сопротивлением и на5 личии синфазных помех.

Поставленная цель достигается тем, что- н многоканальное устройство для внода информации, содержащее распределитель импульсов, вы- 1О ходы которого соединены с первыми входами разделительных элементов, выходы которых соединены с управляющими входами коммутатора, первый и второй выходы которого соответствен- 15 но соединены с первыми и вторыми входами усилителей группы, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих аналоговых ключей группы, выходы которых соединены с первым входом аналогоцифрового преобразователя, генератор тактовых импульсов, вход которого соединен с первым выходом блока выбора диапазона, а выход — с входами распределителя импульсов и элемента задержки, первый аналоговый ключ, информационный. вход которого соединен с первым выходом коммутатора, шину нулевого потенциала и датчики,. введены иннертор, второй, третий и четвертый аналоговые ключи, первый, второй, третий и четвертый элементы гальванической развязки и группа элементов гальванической разнязки, буферный повторитель, источник ста- Ç5 билиэированных токов, согласующие элементы и первый и второй ограничительные элементы, причем нторые входы разделительных элементов соединены с вторым входом аналого-цифрово- 4О го преобразователя, с третьими входами усилителей группы, входом источника стабилизированных токов, вы ходы которого соединены с первым и втоРым выходами коммутатоРа, и с 4 выходом буферного повторителя, первый вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, à его второй вход подключен к второму выходу коммутатора, выход первого аналогового ключа соединен с информационным входом второго аналогового ключа и через первый ограничительный элемент - с информационным входом третьего аналогового ключа, выход которого соединен с входом источника стабилизированных токов, второй выход коммутатора соединен с выходом второго аналогового ключа, информационный вход которого через второй ограничительный элемент соединен с 60 информационным входом четвертого аналогового ключа, выход которого соединен „c шиной нулевого потенциала, выход аналого-цифрового преобразователя через первый элемент гальва- 6 нической развязки соединен с входом блока выбора диапазона, управляющие входы первого и второго аналогоных ключей соединены между собой и через второй элемент гальванической развязки подключены к выходу элемента задержки, управляющий вход третьего аналогового ключа через третий элемент гальванической развязки соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу элемента задержки, управляющий вход четвертого аналогового ключа через четвертый элемент гальванической развязки соединен с выходом генератора тактоных импульсов, управляющие входы аналоговых ключей группы через группу элементов гальванической развязки соединены соответственно с выходами группы блока выбора диапазона, входы согласующих элементов соединены с выходами датчиков, а выходы согласующих элементов подключены к информационным нходам коммутатора, выход первого элемента гальванической развязки является выходом устройства.

На чертеже приведена функциональная схема многоканального. Устройства .цля ввода информации.

Устройство содержит аналоговые ключи 1 группы, усилители 2 группы, первый аналоговый ключ 3, первый ограничительный элемент 4, третий аналоговый ключ 5, аналого-цифровой преобразователь 6, источник 7 стабилизированных токов, второй аналоговый ключ 8, второй ограничительный элемент Б, четвертый аналоговый ключ 10, буферный повторитель 11,шину 12 нулевого потенциала, первый элемент 13 гальванической развязки, группа элементов 14 гальванической развязки, второй 15, третий 16 и четвертый 17 элементы гальванической развязки, распределитель 18 импульсов, разделительные элементы

19, коммутатор 20, согласующие элементы 21, датчики 22, элемент 23. задержки, инвертор 24, блок 25 диапаэона, генератор 26 тактовых импульсов и выходные шины 27 устройства.

Ограничительные элементы 4 и 9 могут выполняться на резисторах, включенных между входом и выходом, разделительные элементы 19 — на импульсных трансформаторах, первичная обмотка которых подключена к первому входу, вторичная — к выходу, а проводящий сердечник — к второму нходу разделительного элемента, согласующие элементы 21 — в виде линии с двумя соединяющими первые два.входа с выходами элемента сигнальными проводами, скрученными с малым шагом и помещенными в изолированную экранирующую оболочку, соединенную с третьим входом элемента. Элементы

1003059 гальванической развязки 13-17 могут выполняться в виде оптоэлектронных пар.

Датчиками 22 низкого уровня могут являться термопары или тензометрические датчики, термометры сопро«

5 тивлення и т.п., включенные по мостовой схеме. Третьим выходом датчика является при этом точка спая эле ментов термопары или средняя точка источника питания датчиков, вклю- 10 ченных по мостовой схеме. Эта точка соединяется с корпусом изделия, на котором установлены датчики.

Источник 7 стабилизированных токов может выполняться в виде высокоомных резисторов, включенных последовательно с источником стабильного напряжения, буферный повторитель 11 представляет собой усилительный каскад с единичным коэффициентом передачи выполненный, например, на операционном усилителе с полевым транзистором на входе и мощным выходом

Для уменьшения влияния наводок

I от внешних полей и уменьшения паразитных емкостей сигнальных цепей относительно земли аналого-цифровой преобразователь б, аналоговые ключи группы усилители 2 группы ace 30 отдельные аналоговые ключи 3,5,8 и

10, ограничительные элементы 4 и 9, источник 7 стабилизированных токов, буферный повторитель 11, разделительные элементы 19 и коммутатор

20 помещаются в изолированный защит- 5 ный экран, подключенный к цепи, объединяющей второй вход аналогоцифрового преобразователя б с треть.ими входами усилителей 2 группы,вы-! ход третьего аналогового ключа 5, 40 вход источника 7 стабилизированных токов, выход буферного повторителя

11 и вторые входи разделительных элементов 19. Назовем эту цепь общей шиной. 45

Устройство работает следующим образом.

По сигналу запуска с регистратора (чаще всего это ЗВИ), поступающего по шинам 27, через блок 25 выбора диапа-50 зона запускается генератор 6 тактовых импульсов.

При поступлении импульса с генера- тора 26 тактовых импульсов на распределитель 18 на одном из выходов рас пределителя 18 вырабатывается импульс, который через соответствующий разделительный элемент 19 открывает один из ключей коммутатора 20. Пройдя через элемент 23 задержки и второй . элемент 15 гальванической развязки этот тактовый импульс закрывает пер. вый 3 и второй 8 аналоговые .ключи.

Одновременно этот тактовый импульс через инчертор 24 и третий эле- 65 мент гальванической развязки 16 замыкает третий аналоговый ключ 5 и через четвертый элемент гальванической развязки 17 размыкает четвертый аналоговый ключ 10. При этом выход-. ной сигнал соответствукщего датчика

22 на сннфазном потенциале помехи через один из согласующих элементов

21 и коммутатор 20 поступает на объединенные входы усилителей 2 группы и на второй вход буферного повторителя 11. Емкость защитного экрана и проводящих сердечников разделительных элементов 19 на шину нулевого потенциала 12 (землю) заряжаются до синфазного потенциала подключенного датчика 22, потенциал общей шины устанавливается равным синфазному .потенциалу датчика 22, емкости выходных шин коммутатора 20 относительно общей шины остаются разряженными, входные токи усилител и 2 группы и компенсирующие их токи источника

7 стабилизированных токов протекают через плавающий на синфазном потенциале датчик 22 и замыкаются через корпус изделия„ на котором установлены датчики 22, и шину нулевого потенциала 12 на общую шину.По сигналу с блока 25 выбора диапазона через элементы 14 гальванической развязки группы открывается один из аналоговых ключей 1 группы, подключая выход соответствующего усилителя 2 группы к входу аналого-цифрового преобразователя 6. Цифровой код с аналогоцифрового преобразователя 6 через первый элемент гальванической развязки

13 поступает на вход блока 25 выбора диапазона и на выходную шину 27 устройства.

В предлагаемом устройстве повышена точность, так как в нем скомпенсированы входные токи усилителей и практически исключена погрешность от протекания этих токов по изменяющемуся сопротивлению датчиков, так как входной ток усилителей через датчик в данном случае не протекает, а замыкается на источник стабилизированных.токов.

В предлагаемом устройстве также повышена помехоустойчивость, так как в нем цепь измерительного тракта изолирована.от земли и привязана к потенциалу синфазной помехи, что обеспечивает работу усилителей практически без синАазных помех и устраняет влияние синфазных помех на компенсацию входных токов усилителей.

Кроме того, помехоустойчивость предлагаемого устройства повыаена за счет устранения заряда синфазной помехой емкбстей выходных шин коммутатора относительно общей шины, чем знаЧительно ослаблен эффект преобразования синфазной помехи в дифференци1003059 альную, обусловленную разбалансом сопротивлений плеч датчиков и разбалансом емкостей выходных шин коммутатора относительно шины нулевого потенциала.

При этом третий аналоговый ключ

5 замыкается в момент размыкания первого 3 и второго 8 аналоговых ключей, осуществляя привязку потенциала точки их соединения к потен- ° циалу общей шины, что предотвращает 1р накопление параэитного заряда в этой точке, могущего создавать помехи на выходах коммутатора. кроме того, повышение помехоустой- 5 чивости обеспечивает также четвертый аналоговый ключ 10, замякаемый на время разьыкания ключевых элементов коммутатора 20 и подключающий вход буферного повторителя 11 к шине 12 нулевого потенциала через первый аналоговый ключ 3 и ограничительный эле мент 9.

Наличие третьего 5 и четвертого

10 аналоговых ключей сохраняет быстродействие устройства на уровне нескольких тысяч измерений в секунду, так как предотвращает. наличие в устройстве точек свободного потенци» ала; что исключает возможность накопления паразитных зарядов и снижает время протекания переходных процессов, элементы 4 и 9 служат для ограничения токов при замыкании ключей 5 и 10. 35

В результате повышения точности и помехоустойчивости предлагаемое устройство обеспечивает повышение дос товеоности регистрируемой или вводимой в ЭВМ аналоговой информации с ур датчиков в условиях меняющегося сопротивления датчиков и при наличии синфазных помех.

Формула изобретения

Многоканальное устройство для ввода информации, содержащее распредели тель импульсов, выходы которого сое,динены с первыми входами разделитель ных элементов, выходы которых соеди- зо нены с управляющими входами коммутатора, первый и второй выходы которого соответственно соединены с первыми и вторыми входами усилителей группы, выходы которых соединены с информа- 55 ционными входами соответствующих аналоговых ключей группы, выходы которых соединены с первым входом аналогоцифрового преобразователя, генератор тактовых импульсов, вход которо- ()

ro соединен с первым выходом блока выбора диапазона, а выход - с входами распределителя импульсов и эле» мента задержки, первый аналоговый ключ, информационный вход которого соединен с первым выходом коммутатора, шину нулевого потенциала и датчики, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и жмехоустойчивости устройства, в него введены инвертор, второй, третий и четвертый аналоговые ключи, первый, второй, третий и чет вертый элементы гальванической развязки и группа элементов гальванической развязки, буферный повторитель, источник стабилизированных токов, согласующие элементы и первый и второй ограничительные элементы, причем вторые входы разделитель- ных элементов соединены с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, .с третьими входами усилителей группы, входом источника стабилизированных токов, выходы которого соединены с первым и вторым выходами коммутатора, и с выходом буферного повторителя, первый вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а его второй вход подключен к второму выходу коммутатора, выход первого аналогового ключа соединен с информационным входом второго аналогового ключа и через первый ограничительный элемент с информационным входом третьего аналогового ключа, выход которого соединен с входом источника стабилизированных токов, второй выход коммутатора соединен с выходом второго аналогового ключа, информационный вход которого через второй ограничительный элемент соединен с информационным входом четвертого аналогового ключа, выход которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход аналогоцифрового преобразователя через первый элемент гальванической развязки соединен с входом блока выбора диапазона, управляющие входы первого и второго аналоговых ключей соединены между собой и через второй элемент гальванической развязки подключены к выходу элемента задержки, управляющий вход третьего аналогового ключа через третий элемент галь. ванической развязки соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу элемента задержки, управляющий вход четвертого аналогового ключа через четвертый элемент гальванической развязки соединен с выходом генератора тактовых импульсов, управляющие входы аналоговых ключей группы через группу элементов гальванической развязки соединены соответственно с выходами группы бло ка выбора диапазона, входд согласующнх элементов соединены с вйходами датчиков, а выходы согласующих элементов подключены к информационным входам коммутатора, выход первого элемента гальванической раз10

1003059

ВНИИПИ Закаэ 1553/31 Тираж 704 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 вязки является выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

Ф 374742,. кл . Н 03 К 17/56, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 615602, кл. Н 03 К 17/56, 197S (прототип).