Устройство для преобразования сигнала мостового датчика в частоту

Устройство для преобразования сигнала мостового датчика в частоту

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических республик

П И С А П. И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное и авт. свид-ву (22) Заявлено 27. 12. 78 (2|) 2709197/26-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 23,1180, Бюллетень ¹ 43

Дата опубликования описания 27. 11. 80 (51)М. Кл.

Н 03 К 13/20

С 01 G 13/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретеиий

" и открытий (53) УДН 621 ° 376 (088.8) (72) Авторы изобретения

О. М. Ерусланова, М. М. Парфенов и Ю. С. Плискин

Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (71} Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА

МОСТОВОГО ДАТЧИКА В ЧАСТОТУ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения неэлектрических величин.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, компаратор, ключ, триггер, элемент совпадения, в котором выходной частотный сигнал образуется в результате накопления измеряемого напряжения 10 на интеграторе с помощью опорного напряжения за стабильный интервал времени 1 .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 15 устройство для преобразования электрических сигналов мостовых датчиков в частоту, содержащее мостовой датчик, масштабный усилитель, интегратор,суммирующий усилитель, компаратор, ис- 2Q точник питания, источник опорного напряжения, преобразователь код-аналог, делитель частоты, схему совпадения, генератор импульсов и счетчик.

В этом устройстве преобразователь 25 код-аналог обеспечивает и уровней сравнения на одном из входов сумми-. рующего усилителя, на два других входа которого подаются сигналы с выхо- да интегратора и с выхода источника 30 опорного напряжения. В момент равенства укаэанных сигналов суммирующий усилитель через компаратор и схему совпадения разрешает прохождение импульса с генератора на делитель часторы и счетчик. Делитель частоты переключает источник питания датчика с частотой в о раэ меньшей выходной частоты. Таким образом, в известном устройстве датчик питается прямоугольным напряжением, частота которого изменяется fk), 1

Недостатком известного устройства является изменение в большом диапазоне частоты питания датчика, что увеличивает влияние распределенных паразнтных емкостей самого датчика и линии связи между датчиком и преобразователем, которые вызывают переходной процесс напряжения питания.

Влияния фронтов питающего напряжения наиболее сильно проявляются при увелйчении выходной частоты.

Цель изобретения — повышение точности преобразования в широком динамическм диапазоне входных сигналов.

Поставленна» цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в частоту, содержащий мостовую схему, 782150 генератор частоты, выход которого соединен с первым входом элемента совпадения и счетным входом триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента совпадения и управляющим входом ключа, который своим ин формационным входом соединен через первый резистор с одной из вершин диагонали питания мостовой схемы, а выходом через интегратор соединен со входом основного компаратора, а также усилитель, выход которого соединен через второй резистор со входом интегратора, а входы усилителя соединены с измерительной диагональю мос товой схемы, и источник питания, выход которого через переключатель соединен с мостовой схемой, введены (n + 1) формирователей, и компараторов, управляемый: делитель частоты и делитель напряжения с и выходами, входы которого соединены с диагональю питания мостовой схемы, à и выходов соединены с перными входами. дополнительных и компараторон, вторые входы которых соединены между собой и с выходом усилителя, а выходы и компараторов соединены первыми входами и формирователей, другие входы которйх соединены между собой с первым входом (и + i)-го формироватедя и вершиной диагонали питания мостовой схемы, причем выходы и формирователей соединены с управляющими входами управляемого делителя частоты, счетный вход которого соединен с выходом триггера,.а выход соединен с управляющим входом переключателя,при этом второй вход (и + 1)-ro формирователя соединен с выходом основного компаратора, а выход с установленным входом триггера.

При этом каждый формирователь образован двумя иннерторами и тремя элементами совпадения, первый элемент из которых первым входом через первый инвертор соединен с первым входом формирователя и с первым входом нторого элемента совпадения, второй вход которого через второй инвертор соединен со вторым входом формирователя и вторым входом. первого элемен.та совпадения, а выходы двух первых элементов совпадения соединены со входами третьего элемента совпадения, выход которого является выходом формирователя.

"На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы изменения напряжения на выходах переключателя (а), усилителя (б), интегратора (в),компаратора (г) и форми- рователя (д).

Устройство преобразования сигнала мостового датчика в частоту содержит источник питания 1 (фиг.1),переключатель 2, мостовую схему 3, усилитель

4, резисторы 5 и 6, ключ 7, интегра.— тор 8, основной компаратор 9, триг- . гер 10, генератор 11, элемент 12 совпадения, делитель 13 напряжения с и выходами, и дополнительных компараторов 14-16, (n + 1) дополнительных формирователей 17-20, управляе- мый делитель 21 частоты.

Каждый формирователь содержит(на фиг. 1 раскрыт формирователь 17)два инвертора 22 и 24 и три элемента 23, 25 и 26 совпадения.

Устройство работает следующим образом.

10 жения, то- есть происходит преобразование сигнала мостовой схемы н частоту.

На входы и компараторов 14-16 поступает изменяющийся сигнал с выхода усилителя 4, уровень которого зависит от измеряемого параметра датчика. Этот сигнал сравнивается на входах п ком60 б5

В течение интервала t положение переключателя 2 таково, что напряжение в точке В относительно точки A положительно (фиг.2а).Напряжение с выхода датчика поступает на вход усилителя 4 и через резистор 5 поступает на вход интегратора 8. При этом в начале интервала положение триг4 гера 10 таково, что ключ 7 открыт.

Так как напряжение в точке Б много больше, чем выходное напряжение усилителя 4, на выходе интегратора 8 накапливается отрицательное напряжеg5 ние (фиг.2н). Затем по приходе импульса с генератора 11 частоты триггер перебрасывается, ключ 7 отключается, на вход интегратора 8 подается только напряжение с выхода усилителя 4, поэтому накопительный элемент интегратора начинает перезаряжаться, изменяя отрицательное ныходное напряжение интегратора в положительную сторону и в определенный момент перейдет нулевой уровень, компаратор 9 изменит свое состояние на противоположное (фиг.2г) и через формирователь 17 даст разрешение на вход триггера 10, но сработает триггер от первого, следующего после это40 ro импульса, приходящего на счетный вход триггера с генератора 11. С выхода триггера осуществляется управление временем, в.течение которого на интегратор 8 поступает опорное нап45 ряжение. Это управление осуществляется путем подачи импульса управления с триггера 10 на ключ 7. Таким образом, интегратор 8 постоянно накапливает напряжение с выхода усилителя

4, но при переходе выходного напряжения интегратора через нулевой уровень оно срабатывается опорным напряжением точки Б за время между двумя импульсами с генератора 11. Если выходной сигнал мостовой схемы 3 увеличивается, то увеличивается и скорость наКопления напряжения интегратором,а значит и частота сброса этого напря782150

Формула изобретения параторов с постоянным для кажцого Преимущество изобретения по компаратора сигналом, подаваемым на сравнению с известным заключается в "" другие входы компараторов от деЛителя увеличении точности и разрешающей напряжения, имеющего и выходов."В за способности за счет увеличения динависимости от уровня сигнала усилиТеля мического диапазона выходных частот.

4 срабатывает тот или иной компаратор. Положение и компараторов через и формирователей 18-20 определяет коэффициент деления управляемого делителя частоты 21.

Как видно из временной диаграммы

1. Устройство для преобразования (фиг.2г), при переходе выходного Ha» tQ сигнала мостового датчика в частотУ, пряжения интегратора через нуль при содержащее мостовую схему, генератор отрицательном входном сигнале на инчастоты, выход которого соединен с тервале с на выходе компаратора фор- первым вхоДом элемента совпаДениЯ и

1 мируется положительный фронт точки счетным входом тРиггеРа, выход котоинтервале t переход выход 15 РОГО сОединен сО BTGP вхОдОм зле»

2 ного напряжения интегратора через мента совпаДениЯ и Управлйюшим вхонуль при положительном входном сигдом ключа, который своим информационнале формирует отрицательный фронт ным входом соединен через первый ðåточки Г. Поэтому задачей формирова- зистор с одной из вершин диагонали теля является формирование одинаково- питания мостовой схемы, а выход клюго фронта (например, отрицательного) 2О ча чеРез интегратор соединен со вхопри переходе интегратора через нуль Дом основного компаратора, а также на обоих интервалах t H t . на один УСИЛИТЕЛЬ, ВЫХОД КОТОРОГО СОЕДИНЕН вход формирователя подается сигнал через втоРой Резистор со входом ин2 точки Б, а на другой — напряжение с тегратора, а выходы усилителя соедивыхода компаратора. На интервале 1 25 иены с измерительной диагональю мос1 сигнал точки Б положительный, а ком- товой схемы и источник питания, выход паратор в момент перехода интеграто- которого через переключатель соединен ра через нуль формирует положитель- с мостовой схемой,о т л и ч а ю щ е—

HbIA 4>pOHT, Ha HHTepBaslax t xoMllapa e c II TeM ITo c gezbI0 lIoSblIlIeHHII б 30 тОЧНОсти преобразования, в негО ДОЪ входа элемента 23 совпадения прихо- . полнительно ввеДены (" + 1) формиРОдят положительные сигналы, а на оба вателей, и компаРатоРов, УпРавлЯемый входа элемента 25 совпадения нуль,на делитель частоты и делитель напРЯжевыходе элемент 26 совпацения.поло- ниЯ с п выхоДами, вхоДы котоРого со жительный сигнал (фиг.2д). З5 единены с диагональю питания мосто1 вой схемы, а и выходов сойдинены с первыми входами дополнительных п комВ начале интервалов параторов, вторые входы которых сое входов элемента 23 через инвертор 22 динены между б и приходит нуль а на элемент

ы между со о и с выходом уситупает плюс и на выходе элемента 26 .вателей, другие входы которых соедифоРмиРУется îтрицательный фронт(фиг. нены между собой с первым входом

2д) .На интервале с сигнал точки Б . сигнал точки Б . (n + 1)-го формирователя и вершиной отрицательный, а компа ато в моо паратор в мо- диагонали питания мостовой схемы,примент перехода интегратора че ез"н ль

Р д Р Ра через нуль 45 чем выходы и формирователей соединеформирует отрицательный фронт. На интервалах t компа ато в ны с угравляющими входами управляеаратор выдает по мого делителя частоты, счетный вход ложительный сигнал, на оба вхо а элемента 25 поступает плюс а на оба а оба входа эле- которого соединен с выходом триггера, входа элемента 23 нуль, на выхо е у е плюс, а на оба . а выход соединен с управляющим вхоэлемента 26 — плюс. В начале инте уль, на выходе 0 дом переключателя, при этом второй валов t на один из вхо ов эле с. В начале интер- вход (п + 1)-го формирователя соеди" ди из входов элемента нен с выходом основного компаратора, 23 приходит плюс че ез инва то 22 а выход с установленным входом трига на элемент 25 нуль, тогда на оба входа элемента 26 поступает плюс и 2. Устройство по п.1, о т л и ч ана выходе элемента 26 О д мента 26 формируется - ю щ е е с я тем, что. каждый формиро15 отрицательный ф Онт (фиг.2д). р ц е ьный фронт (фиг.2д), ватель образован двумя инверторами и тремя элементами совпадения, первый

Алгоритм работы формирователей элемент иэ которых первым входом чезаключается в том, что если на вхо- рез первый инвертор соединен с пердах, например, формирователя 18 сиг- 60 вым входом формирователя и первым налы противоположны (нуль и плюс или входом второго элемента совпадения, плюс и нуль),на выходе сигнал соот- второй вход которого через второй ветствует плюсу. При одинаковых сиг- ннвертор соединен со вторым входом калах (Оба плюсы или Оба нули) на формирователя и вторым входом первовыходе :".игнал будет нуль. g} ro элемента совп1ления, а выходы двух

«в ( (° (782150

« первыф Юлементов совпадения соединены со(входами третьего элемента совпадения, выход которого является выходом. формирователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Экспресс-информация "Приборы и элементы автоматики и вычислительной техники". 1974, 1Ô 47, с. 5-9.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2597412, кл. Н 03 K 13/20,, 31.08.78. рНИИППИ Заказ 8266/72

Тираж 995 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.ÏðoåêTHàÿ,4