Преобразователь напряжения в интервал времени

 

Изобретение может быть использовано в устройствах, имеющих датчики неэлектрических величин, преобразуемых в интервал времени. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Преобразователь напряжения в интервал времени содержит генератор 1 импульсов, ключ 11, дифференциальный усилитель 7, компаратор 9, элемент 10 памяти, а также вновь введенные управляемый генератор 6 тока, функциональный преобразователь 5, повторитель 12 напряжения, дешифраторы 3 и 4 и счетчик 2 импульсов. 3 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях сигналов от датчиков одновременного измерения двух параметров, одного статического и одного динамического параметра.

Известен преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий три операционных усилителя, два ключа, переключатель, конденсатор, генератор тактов и блок управления. Инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, первой обкладкой конденсатора и через резистор подключен к шине "Земля". Выходы первого и второго операционных усилителей соединены с выходами переключателя, вход которого подключен к второй обкладке конденсатора и инвертирующему входу третьего операционного усилителя. Первый ключ соединяет выход первого операционного усилителя с его неинвертирующим входом. Второй ключ соединяет выход третьего операционного усилителя с его неинвертирующим входом. Управляющие входы обоих ключей соединены с выходами блока управления, а входы блока управления соединены с выходом генератора тактов и выходом третьего операционного усилителя. Шина опорного напряжения подключена к неинвертирующим входам первого и третьего операционных усилителей. Вход схемы является неинвертирующим входом второго операционного усилителя.

Недостатком данного устройства является его достаточно высокая сложность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому преобразователю является преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий первый и второй операционные усилители, первый, второй, третий и четвертый ключи, первый и второй резисторы, триггер, элемент И, генератор тактовых импульсов.

Недостатком данного устройства является его сложность из-за необходимости использования высокоточного источника опорного напряжения, который для получения высоких точностных характеристик требует сложных схемотехнических решений и, кроме того, в данном устройстве невозможно получить преобразование динамических характеристик в интервал времени.

Целью изобретения является повышение надежности за счет упрощения и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь введены управляемый генератор тока, функциональный преобразователь, повторитель напряжения, первый и второй дешифраторы и счетчик импульсов, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первая группа выходов счетчика импульсов подключена через первый дешифратор к входу функционального преобразователя, вторая группа выходов счетчика импульсов - через второй дешифратор к управляющему входу ключа, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора тока и с неинвертирующим выходом операционного усилителя, вход генератора тока соединен с выходом функционального преобразователя и с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к второму входу компаратора, первый вход которого подключен к входу элемента памяти и к входу повторителя напряжения, выход которого является первой выходной шиной, а выход компаратора является второй выходной шиной.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - пример выполнения функционального преобразователя; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь напряжения в интервал времени состоит из генератора 1 импульсов, счетчика 2 импульсов, дешифраторов 3 и 4. Выход дешифратора 3 соединен с входом функционального преобразователя 5, выход которого соединен с входом управляемого генератора 6 тока и неинвертирующим входом дифференциального усилителя 7, выход генератора тока 6 соединен с инвертирующим входом усилителя 7 и датчиком 8. Выход усилителя 7 соединен с сигнальным входом компаратора 9, на опорный вход которого подается напряжение с выхода элемента 10 памяти, соединенного с выходом ключа 11 и с входом повторителя 12 напряжения. Управляющий вход ключа 11 через дешифратор 3 подключен к выходам двоичного счетчика 2, начиная с n/2 до n разряда, а разряды счетчика с первого до n подключены к входам дешифратора 4. Счетный вход двоичного счетчика 2 соединен с выходом генератора 1 импульсов. Сигнальный вход ключа 11 соединен с выходом генератора 6 тока.

Функциональный преобразователь 5 содержит блок ПЗУ 13, цифроаналоговый преобразователь 14.

Преобразователь напряжения в интервал времени работает следующим образом.

Счетные импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход двоичного счетчика 2, выходы счетчика Х_n/2...X_n соединены с входами дешифратора 3, где n - число разрядов двоичного счетчика. Таким образом на выходе дешифратора 3 формируется широкий импульс (фиг. 3, в) длительностью Т/2, где Т - период равный F/2ⁿ-1, где F - частота счетных импульсов. Одновременно выходы двоичного счетчика 2, Х₁...Х_n соединены с входами дешифратора 4, на выходе дешифратора 4 формируется короткий импульс (фиг. 3, а) длительностью Т/n. Дешифраторы 3 и 4 синхронизируют работу всего преобразователя.

В начальный момент времени дешифратор 4 со своего выхода подает короткий импульс (фиг. 3, а) управления ключа 11 и одновременно с выхода дешифратора 3 подается широкий импульс (фиг. 3, в) на функциональный преобразователь 5, который запускает генератор 6 тока, форма тока на выходе генератора 6 тока задается в соответствии с функцией, заложенной в блоке ПЗУ 13 (фиг. 3, г). Значение падения напряжения на датчике 8 фиксируется на элементе 10 памяти 10 по переднему фронту короткого импульса поступающего на ключ 11 с дешифратора 4. Напряжение на элементе 10 памяти (фиг. 3, б) сохраняется до следующего рабочего цикла и используется, с одной стороны, как опорное напряжение и подается на опорный вход компаратора 9, а также это напряжение пропорционально уровню начального значения сопротивления датчика 8 и подается на повторитель 12 напряжения.

В последующий момент времени (по окончании короткого импульса фиг. 3, а) на выходе генератора 6 тока формируется суммарный сигнал, соответствующий функции S(t)= F(t)+dU/dt, где F(t) - ранее заданная функция (фиг. 3, г); dU/dt - функция скорости реакции датчика, зависящая от воздействия внешних факторов на датчик 8. Очевидно, что на выходе дифференциального усилителя 7, на один вход которого подан сигнал, соответствующий функции S(t) (фиг. 3, д), а на другой вход - сигнал, соответствующий функции F(t), формируется сигнал, соответствующий функции A(t)=[S(t)-F(t)] ˙ K, и опуская преобразования, имеем A(t)= = dU/dt ˙ K (фиг. 3, е), где К - масштабный множитель, численно равный коэффициенту усиления. Вместе с полезным сигналом от датчика 8 на оба входа дифференциального усилителя 7 подается сигнал пульсаций питающего напряжения, который подавлен дифференциальным усилителем 7, как синфазный сигнал. Затем сигнал, соответствующий функции A(t) (фиг. 3, е), подается на сигнальный вход компаратора 9, на выходе которого и формируется интервал времени, соответствующий величине воздействия внешних факторов на датчик 8.

Функциональный преобразователь 5 представляет из себя устройство, состоящее из ПЗУ 13, которое по импульсу от дешифратора 3 на шине данных вырабатывает кодовую матрицу, в соответствии с зашитой в ПЗУ информацией данные от ПЗУ 13 поступают на вход АЦП 14, на выходе которого формируется аналоговый сигнал, соответствующий функции F(t).

Длительности импульсов, которые формируются на выходных шинах устройства, характеризуют измеряемый параметр неэлектрических величин, причем измеряемые параметры могут быть как статическими, так и динамическими, например, в данном случае параметры имеют размерности влажности и температуры.

Таким образом, данный преобразователь по сравнению с известным позволяет сменить в качестве источника опорного напряжения энергонезависимый элемент памяти, что существенно упрощает устройство и одновременно повышает надежность схемы. Кроме того, предлагаемый преобразователь содержит функциональный преобразователь 5, позволяющий управлять током генератора 6, что позволяет корректировать характеристики реакций датчиков в зависимости от области использования преобразователя. Также позволяет одновременно преобразовывать два различных сигнала, один статический и один динамический, что существенно расширяет возможности преобразователя.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ, содержащий генератор импульсов, ключ, элемент памяти, операционный усилитель, компаратор, первый вход которого соединен с сигнальным входом ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, в него введены управляемый генератор тока, функциональный преобразователь, повторитель напряжения, первый и второй дешифраторы и счетчик импульсов, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первая группа выходов счетчика импульсов подключена через первый дешифратор к входу функционального преобразователя, вторая группа выходов счетчика импульсов подключена через второй дешифратор к управляющему входу ключа, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора тока и с неинвертирующим выходом операционного усилителя, вход генератора тока соединен с выходом функционального преобразователя и с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к второму входу компаратора, первый вход которого подключен к входу элемента и к входу повторителя напряжения, выход которого является первой выходной шиной, а выход компаратора является второй выходной шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3