Устройство для измерения скорости изменения сигнала

 

Изобретение может быть использовано при измерении концентрации глюкозы в растворе за счет измерения временных интервалов, пропорциональных скорости изменения фиксированных относительных малых значений перепадов тока ферментного датчика. В устройство для измерения скорости изменения сигнала, содержащее преобразователь 1 тока в напряжение, предварительный усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 3, с целью повышения точности измерений, введены цифроаналоговый преобразователь 4, усилитель 5 относительных приращений, источник 6 опорных напряжений, двухпороговый компаратор 7, формирователь 8 импульсов, генератор 9 тактовых импульсов, счетчик 10 импульсов, вычислитель 11. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСЙЮ(, ЮЗ НОЮ

PKOlYSlNH ае (и) (51)5 Н 03 М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОС ДЛРСТВЕННЫЙ НОМ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬЗТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCQP (21) 4381613/24-24 (22) 23.02.88 (46) 30.06.90. Биап. Р 24 (71) Опытно-конструкторское бюро тонкого биологического машиностроения (72) Ю.Н.Чугай и В.A.ÖHêèí (53) 68 1.325 (088.8) (56) Отчет Всесоюзного научно-исследовательского института прикладной знэимологии (ВНИИПЭ). УДК 543.06+

+543.866, Ф Гос. регистрации 7700796 1, том III; 1980.

Паспорт на анализатор глюкозы

1!7.058.00.00.00.НС.

Схема функциональная 117.058.00.

00,00.32. (54) УСТРОЙСТВО- ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СИГНАЛА

2 (57) Изобретение может быть исполь эовано при измерении концентрации глюкозы в растворе sa счет измерения временных интервалов, пропорциональных скорости изменения фиксированных относительных малых значений перепадов тока ферментного датчика.

В устройство для измерения скорости изменения сигнала, содержащее преобразователь 1 тока в напряжение, предварительный усилитель 2 и аналого-цифровой преобразователь 3, с целью повышения точности измерений, введены цифроаналоговый преобразователь 4, усилитель 5 относительных приращений, источник 6 опорных напряжений, двухпороговый компаратор 7, формирователь 8 импульсов, генератор 9 тактовых импульсов, счетчик

10 импульсов и вычислитель 11. 3 ил.

1575312

Изобретение относится к измери= тельной технике, в частности к устройствам для исследования медленно и монотонно убывающего во времени процесса, и может быть использовано в микробиологии, биохимии и медицине. . Целью изобретения является повышение точности измерений скорости изменения сигнала за счет измерения временных интервалов, пропорциональных скорости изменения фиксированных относительных малых значений перепадов тока ферментнрго датчика., На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 — диаграммы его работы, на фиг.3 — алгоритм работы вычислителя.

Устройство содержит преобразователь 1 тока в напряжение, предварительный усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 3, цифроаналоговый преобразователь 4, усилитель 5 относительных приращений„ источник

6 опорных напряжений, двухпороговый компаратор 7, формирователь 8 импульсов, генератор . 9 тактовых импульсов, счетчик IO импульсов и вычислитель 11.

На фиг.2 обозначены: 1 — временная зависимость преобразованного и усиленного входного сигналов", 2— временная зависимость, работы цифроаналогового преобразователя, 3— временная зависимость работы усилителя относительных приращений1 4 временная зависимость работы формирователя импульсов.

Вычислитель 11 выполнен на микропроцессорном комплекте серии 580.

Устройство работает следующим образом.

l0

Преобразованный сигнал с выхода преобразователя 1 тока в напряжение усиливается предварительным усилителем 2. В момент t по сигналу

"Управ.1" происходит преобразование абсолютного значения входного сигнала н двоичный код на аналого-циф= роном преобразователе 3. По сигналу

"Управ ° 2" этот двоичный код подается в вычислитель 11, где происходит определение напряжения k I, пропорционального входному току. По команде "Управ.3 происходит обнуление

ll

55 счетчика 10 импульсов. На цифроаналоговом преобразователе 4 выставляется напряжение U близкое, но меньше k I q так, чтобы разность

ЬХа — Uо " ЬЦ была больше нуля

При этом усилитель 5 относитель ных приращений находится в ограничении и на его выходе присутствует небольшой отрицательный потенциал, Так как характеристика входйого сиг" нала имеет вид монотонного убывающего во времени процесса, то в момент t< напряжение kiI на выходе предварительного усилителя 2 становится равным напряжению U, выставленному на выходе цифроаналогового преобразоватеЛя 4. При дальнейшем уменьшении напряжения k I разность k I-Б о становится меньше нуля. Эта разность напряжений начинает усиливаться усилителем 5 относительных приращений.

Напряжение на выходе усилителя 5 относительных приращений начинает линейно возрастать пропорционально скорости изменения входного сигнала

При достижении этим. напряжением значения П „, в момент t срабатывает первая половина двухпорогового компаратора 7, формируется передний фронт импульса "ворот" на формирователе 8 импульсов и начинается счет импульсов на счетчике 10 импульсов.с генератора 9 тактовых импульсов. В момент t напряжение на выходе уси9 лителя 5 относительных приращений достигает значения U Ä, при этом срабатывает вторая половина двухпорогового компаратора 7, формируется задний фронт импульса "ворот" на формирователе 8 импульсов и прекращает" ся счет импульсов на.счетчике 10 импульсов. Количество насчитанных импульсов пропорционально ширине временного интервала t --t, который в свою очередь, пропорционален скорости изменения входного сигнала;

Во временном интервале t>-tq происходит считывание значений со счетчика 10 импульсов в вычислитель 11 и обработка полученной информации.

В момент t на выходе цифроаналогового преобразователя 4 устанавливается нулевое напряжение, при этом на выходе усилителя 5 относительных приращений устанавливается небольшой отрицательный потенциал, двухпороговый компаратор 7 возврашается в исходное состояние и заканчивается первый цикл измерений. В момент t после того, как закончились переходные процессы в усилителе 5 относительных прираще=

2,05 и

25 10З

51250>

45 — 4250

25 10

Максимальная погрешность счета(у при ошибке счета «+1 импульс равна:

Точность срабатывания двухпорогового компаратора по каждому порогу не хуже +2 m V, точность установки опорных напряжений на источнике 6

5 " f57531 ний, по сигналу "Управ.1" начинается, следующий цикл измерений. Процесс измерения временных интервалов продолжается до тех пор, пока не будет найдено минимальное значение временного

5 интервала Ь t,.н °

Таким образом, процесс измерения сводится к измерению временных интервалов, пропорциональных скорости 1р изменения фиксированного перепада входного сигнала. Величина этого перепада формируется опорными напряжениями U z и Uo источника 6 опорных напряжений. Так как коэффициент уси" линия усилителя 5 относительных приращений большой, то величине этого перепада ставится в соответствие относительно малое изменение тока ферментного датчика, при этом происхо- 20 дит более точная выборка линейного участка с максимальной скоростью asменения входного сигнала, за счет чего повышается точность измерения и расширяется диапазон измерения. 25

Коэффициент преобразования измерительного тракта выбирается таким, .что на выходе усилителя 5 относительных приращений изменение тока на 1 нА вызывает изменение напряжения на 4 В. 30

При изменении скорости входного сигнала от 1 до 12 нА/с и установке разности опорных напряжений на двухпороговом компараторе 7, равной ."

8,19 В, длительность импульса "ворот" на выходе формирователя 8 импульсов изменяется в пределах 2,05-0, 171 с.

При заполнении шестнадцатиразрядного счетчика 10 импульсов тактовой частотой, равной 25 кГц с генератора 9 4р количество импульсов заполнения им= пульса "ворот" меняется в пределах.

2 d опорных напряжений не хуже +5 m V, точность установки напряжения -на выходе цифроаналогового преобразователя 4 не хуже +2,5 ш V. Определяя общую ошибку по закону сложения случайных ошибок, находим:

= 4 +4 +10 + ь

+5" - 12,45 (mV), где -. суммарная ошибка

1 =- = -

p = +2 mV - ошибка срабатывания двухпорогового компаратора 7 по первому и второму порогам, 73

= +5 mV — ошибка, установки опорного напряжения П„ при

= О, +2,5 пФ вЂ” ошибка установки напряжения на цифроаналоговом преобразователе 4 °

Максимальная погрешность измерения (>, обусловленная ошибкой р в.интервале опорных напряжений, равна:

12,45 10 100

8,19

Формула изобретения

Устройства для измерения скорости изменения сигнала, содержащее преобразователь тока в напряжение, выход которого соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены усилитель относительных приращений, источник опорных напряжений, двухпороговый компаратор, формирователь импульсов, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, вычислитель и цифроаналоговый преобразователь, вход которого подключен к первому выходу вычислителя, а выход — к первому входу усилителя относительных приращений, второй вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, а выход подключен к первому входу двухпорогового компаратора, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам источника опорных напряжений, первый и второй выходы двухпорогового компаратора соединены соответственно с первым и вторым вхо1575312

"е-/ к7„ и» и,„, U

Манаго е- е е»

@Ил иенгии«аер ди Мдн еииагжданйн н Р иетиик рай»

cpals////s

Ит/н Ю си/шндание енаиени// е драка Ф

Ве/оие//ение и еанрнинание дрененне/каи/а ка/о4инаЕ о«М еиенан

/ ° ан- a/I/P. аео йидд к д/нараниа

pro//vt/////// раоаа4/ д//ока Я

Ве/дон нинина неге Зрененнего ин/нердана

vt/m4/ ание

3 анне/к N еаен,»аероЮ Р фе//енм

«1! нен/ //////vip»

4//л/

На аднанение ноег Юле еаен

Улаад. Л еен/еел еиае

Дииеге

au ave д аниного кода на

Аикц

Г нана

Ие/и анана рано и акт

Яа ннаниар на//ау

NN ан дами формирователя импульсов, третий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход соединен со счетным входом счетчика импульсов, вход обнуления которого соединен с вторым выходом вычислителя, выход счетчика импульсов соедин(и нф не/ и/ лli нен с первым информационным входом вычислителя, третий и четвертый выходы которого соединены соответствен5 но с выходами "Пуск" и "Считывакие" аналого-цифрового преобразователя, выход которого подкпючен к второму информационному входу нычислителя.