Устройство для регистрации информации

 

Использование: в приборостроении для регистрации сигналов различной физической природы. Цель: повышение точности и снижение энергопотребления. Сущность изобретения: устройство содержит блок 2 чувствительных элементов, коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 8, буферный регистр 10, регистрирующий блок 11, блок 9 синхронизации, разделительную RC-цепь 4, усилитель 5, синхронный детектор 6 и фильтр 7 нижних частот. 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 10 - 11, 9 - 3, 9 - 6, 9 - 10, 2 - 8. 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для регистрации сигналов различной физической природы.

Известно устройство для регистрации информации, содержащее последовательно соединенные блок чувствительности элементов, коммутатор, нормирующий преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, ОЗУ, цифроаналоговый преобразователь и регистрирующее устройство, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока синхронизации [1] Недостатками данного устройства являются низкое быстродействие и повышенное энергопотребление, обусловленные наличием промежуточных преобразований.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для регистрации информации, содержащее последовательно соединенные блок чувствительных элементов, коммутатор, нормирующий преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, буферный регистр и регистрирующее устройство, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока синхронизации [2] Недостатками такого устройства являются невысокая точность и повышенное энергопотребление, которые в основном связаны с тем, что в устройстве нет средств для коррекции статических и динамических характеристик первичных преобразователей.

Цель изобретения повышение точности и снижение энергопотребления.

Для этого в устройство для регистрации информации, содержащее блок чувствительных элементов, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, буферный регистр, управляющий вход которого соединен с выходом блока синхронизации, и регистрирующее устройство, введены последовательно соединенные разделительная RC-цепь, усилитель, синхронный детектор и фильтр нижних частот, при этом управляющие входы коммутатора и синхронного детектора соединены с выходом блока синхронизации, вход разделительной RC-цепи соединен с выходом коммутатора, а выход фильтра нижних частот с информационным входом аналого-цифрового преобразователя.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с известными техническими решениями позволяет утверждать, что предлагаемая совокупность отличительных признаков удовлетворяет критерию "новизна". При этом в конкретных промышленных реализациях (например, если в качестве блока чувствительных элементов будет использована тензометрическая или резистивная мостовая схема) введение в устройство разделительной RC-цепи позволяет устранить постоянную составляющую напряжения на входе усилителя без применения второго источника питания моста и тем самым снизить энергопотребление и повысить точность преобразования. Здесь следует отметить, что в известных схемотехнических решениях наибольшая доля энергопотребления в измерительных каналах с тензомостами приходится на питание тензорезисторов. Например, ток питания современных фольговых тензорезисторов типов КФ4 и КФ5 обычно составляет величину порядка 10 мА и соответственно ток питания тензомоста равен 20 мА. Типовое значение сопротивления тензорезисторов равно 200 либо 400 Ом, таким образом, мощность, рассеиваемая тензомостом, равна 80 мВт или 160 мВт. При питании тензомоста от источника стабильного напряжения на стабилизаторе источника рассеивается дополнительная мощность, равная произведению тока питания моста на величину падения напряжения на стабилизаторе.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство для регистрации информации содержит источник 1 стабильного напряжения, блок 2 чувствительных элементов, коммутатор 3, разделительную RC-цепь 4, усилитель 5, синхронный детектор 6, фильтр 7 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь 8 напряжения, блок 9 синхронизации, буферный регистр 10 и регистрирующий блок 11.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 стабильного напряжения питает блок 2 чувствительных элементов (в рассматриваемой реализации тензомост) постоянным напряжением. Под управлением блока 9 синхронизации (в простейшем случае генератора тактовых импульсов) коммутатор 3 поочередно подключает выводы измерительной диагонали (в рассматриваемой реализации тензомост) к входу разделительной RC-цепи 4. Вследствие этого на входе разделительной RC-цепи 4 присутствует напряжение, включающее в себя две составляющие. Первая из составляющих является постоянной и неинформативной и равна полусумме напряжений между каждым из выводов измерительной диагонали блока 2 чувствительных элементов и общей шиной устройства. Вторая составляющая напряжения на входе разделительной RC-цепи 4 является переменной, информативной и ее амплитуда равна полуразности напряжений между каждым из выводов измерительной диагонали блока 2 чувствительных элементов и общей шиной устройства, т.е. амплитуда переменной составляющей равна половине напряжения разбаланса блока 2 чувствительных элементов. Разделительная RC-цепь 4 производит отделение неинформативной постоянной составляющей и, таким образом, на входе усилителя 5 присутствует переменное напряжение с амплитудой, равной половине напряжения разбаланса моста. Данное переменное напряжение усиливается усилителем 5, детектируется синхронным детектором 6, работающим под управлением генератора прямоугольных импульсов синхронно с коммутатором 3. Отдетектированное напряжение фильтруется фильтром 7 нижних частот и поступает на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 8. Так как на вход опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя 8 подается напряжение питания блока 2 чувствительных элементов, результат преобразования будет независим от медленных изменений напряжения питания тензомоста. При этом введение разделительной RC-цепи позволило осуществить питание блока чувствительных элементов от одного источника стабильного напряжения, что дает возможность снизить энергопотребление преобразователя. Постоянная времени разделительной RC-цепи выбирается большей (примерно на порядок), чем период переключения коммутатора. Снижение энергопотребления влечет за собой уменьшение дрейфовой составляющей погрешности, обусловленной градиентом температур внутри корпуса измерительного канала, и следовательно, приводит к увеличению точности преобразования.

В рассматриваемом примере реализации устройства использование одного источника опорного напряжения позволяет повысить точность преобразования за счет уменьшения случайной составляющей погрешности, обусловленной нестабильностью напряжения в питающей диагонали блока чувствительных элементов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ, содержащее блок чувствительных элементов, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, буферный регистр и регистрирующий блок, управляющий вход буферного регистра соединен с выходом блока синхронизации, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные разделительная RC-цепь, вход которой подключен к выходу коммутатора, усилитель, синхронный детектор и фильтр нижних частот, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, при этом управляющие входы коммутатора и синхронного детектора соединены с выходом блока синхронизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1