Способ и устройство преобразования сигналов от датчиков индуктивного и резисторного типов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Способ основан на измерении длительности переходного процесса в чувствительном элементе, содержащем параллельно соединенные индуктивность, резистор и диод, преобразовании длительности импульса в амплитуду и затем в код с последующей передачей его через двунаправленный параллельный порт в персональный компьютер. Устройство, реализующее данный способ, конструктивно выполнено в виде платы расширения, размещаемой в стандартном разъеме системной магистрали компьютера. Техническим результатом является сокращение времени измерений. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительных узлах металлообрабатывающих станков или автоматических технологических линий.

Преобразование сигналов от параметрических датчиков в основном осуществляют либо мостовым способом, либо способом на основе генераторной измерительной схемы. Последний способ предпочтительнее из-за более высокой чувствительности, но уступает мостовому по быстродействию.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ и устройство детектирования положения (Position detector apparatus and method utilizing a transient voltage waveform prozessor. Пат. 5198764 США), в котором датчик индуктивного типа используют как элемент управления в релаксационной цепи генератора. При подаче на датчик электрического импульса время спада наводимого переходного напряжения используют для модуляции частоты импульсного генератора. Образуемая на выходе схемы частота определяется положением электропроводящего или ферромагнитного объекта.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные признаки: оба они являются устройствами, преобразующими сигналы от датчиков индуктивного типа; оба используют подачу электрического импульса и вызванный этим переходный процесс в датчике.

Недостатком прототипа является то, что при использовании преобразования параметров датчика в частоту время одного измерения должно по крайней мере на один-два порядка превышать период колебаний генератора, что ограничивает быстродействие устройства.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. Вместо LC-колебательного контура в качестве чувствительного элемента используются соединенные параллельно индуктивность L, резистор R и диод D, подключенный p-областью к шине с нулевым потенциалом. Подача электрического импульса в LC-колебательный контур возбуждает в нем быстрозатухающие колебания, вид которых изображен на фиг. 1а. Подача аналогичного импульса на соединенные параллельно индуктивность, резистор и диод с большим временем восстановления обратного сопротивления приводит к переходному процессу, определяемому рассасыванием неосновных носителей заряда в базе диода. Форма сигнала с выхода чувствительного элемента представлена на фиг. 1б. Длительность "отрицательной" части сигнала при фиксированном значении индуктивности зависит от сопротивления датчика резисторного типа, а при фиксированном значении сопротивления - от индуктивности соответствующего датчика. Первичный преобразователь преобразует изменения длительности переходного процесса в изменения амплитуды импульса и далее с помощью аналого-цифрового преобразователя в код. Таким образом, вместо преобразования первичного сигнала у прототипа по схеме "параметры датчиков - частота колебаний - код" используется схема "параметры датчиков - длительность импульса - амплитуда импульса - код".

Структурная схема устройства, конструктивно выполненная на печатной плате, размещенной в разъеме системной магистрали IBM-совместимого компьютера, представлена на фиг. 2. Устройство содержит параллельный порт ввода/вывода 1, состоящий из дешифратора адреса порта, буферных регистров и двунаправленных шинных формирователей; блок формирования импульсов 2, вырабатывающий две последовательности импульсов разной длительности; коммутаторы тока 3 и 6; многоканальный усилитель тока 4; набор датчиков индуктивного и резисторного типов 5; компаратор 7; блок опорного плеча 8, включающий в себя те же элементы, что и измерительный тракт, т.е. коммутаторы, усилитель, компаратор; схему "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 9; преобразователь "время - амплитуда" 10; аналого-цифровой преобразователь 11.

Работу устройства поясняют эпюры напряжения, представленные на фиг. 3. В буферный регистр порта 1 записывается код адреса канала, и одновременно с этим на блок формирования импульсов 2 поступает импульс запуска U₁, по фронту которого вырабатываются два импульса разной длительности U₂ и U₃. Импульс U₂, пройдя через коммутатор тока 3 и многоканальный усилитель ₄, возбуждает в соответствующем датчике 5 переходный процесс, длительность которого зависит от параметров датчика. Сигнал с выхода датчика U₄ поступает на компаратор 6, на выходе которого формируется импульс U₆. Аналогичный импульс U₇ формируется на выходе блока опорного плеча 8, в котором в качестве датчиков используются дроссель и резистор с фиксированными параметрами, обеспечивающие "опорный" сигнал ₅. Импульсы U₆ и U₇ поступают на вход схемы "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 9, на выходе которой формируется импульс U₈, длительность которого в конечном итоге определяется изменением параметров датчиков 5. На выходе преобразователя "время-амплитуда" формируется сигнал U₉, амплитуда которого определяется импульсом U₈, а длительность - импульсом U₃. На вход аналого-цифрового преобразователя наряду с сигналом U₉ с выхода преобразователя "время-амплитуда" поступает импульс логического сопровождения U₁₀ с временной задержкой относительно сигнала U₉. Импульс логического сопровождения U₁₀ запускает аналого-цифровой преобразователь, который по окончанию преобразования сигнала U₉ в код формирует сигнал запроса прерывания U₁₁, поступающий в системную магистраль. Получив сигнал запроса прерывания, процессор компьютера инициирует процедуру считывания данных с выхода АЦП, изменяет содержимое буферных регистров порта, формирует импульс запуска U₁, и процесс повторяется для другого канала.

Положительный эффект данного технического решения состоит в том, что разработанный способ и устройство, реализованное на его основе, позволили существенно сократить время одного измерения, практически ограничив его только временем преобразования аналого-цифрового преобразователя.

Формула изобретения

1. Способ преобразования сигналов от датчиков индуктивного и резисторного типов, в соответствии с которым подают электрический импульс на чувствительный элемент соответствующего датчика, отличающийся тем, что в качестве чувствительного элемента датчика используют соединенные параллельно индуктивность, резистор и диод, подключенный p-областью к шине с нулевым потенциалом, преобразуют изменение длительности переходного процесса в чувствительном элементе, вызванного подачей электрического импульса, в изменение амплитуды электрического импульса, далее преобразуют амплитуду электрического импульса в код.

2. Устройство преобразования сигналов от датчиков индуктивного и резисторного типов, конструктивно выполненное в виде печатной платы, размещаемой в системной магистрали персонального компьютера, отличающееся тем, что к выходу параллельного порта, связывающего устройство с системной магистралью компьютера, подключен блок формирования импульсов, к выходу которого подключены последовательно коммутатор тока, управляемый сигналами с выхода порта, и многоканальный усилитель, причем импульс с выхода блока формирования импульсов, пройдя через коммутатор тока и многоканальный усилитель, возбуждает переходный процесс в чувствительных элементах датчиков, состоящих из параллельно соединенных индуктивности, резистора и диода, выходы датчиков подключены через другой коммутатор тока ко входу компаратора, выход компаратора подключен к одному из входов схемы "Исключающее ИЛИ", ко второму входу которой подключен выход опорного канала, включающего в себя коммутатор тока, многоканальный усилитель, датчики с фиксированными параметрами, другой коммутатор тока и компаратор; выход схемы "Исключающее ИЛИ" соединен с одним из входов схемы преобразователя "время-амплитуда", ко второму входу которой подключен выход блока формирования импульсов; выходы схемы преобразователя "время-амплитуда" подключен к аналого-цифровому преобразователю, с выхода которого через параллельный порт на системную магистраль выводятся код преобразования и сигнал запроса прерывания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3