Логарифмический преобразователь
О П И - С " А™Н- И E
Союз Советских
Социалистических
Республик
ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 .. »: (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 210878 (21) .2660927/18-24 (51)М. Кл.З G 06 G 7/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий Опубликовано 2309,80. Бюллетень ¹ 35 Дата опубликования описания 300950 (53) УДК 681 ° 335 (088 ° 8) (72) Автор изобретения В, И, Тимофеев Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения ГК гидрометеорологии и контроля природной среды СССР (7 . ) Заявитель (5 4 ) ЛОГ АРИ ФМИЧЕ СКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 3 2 Изобретение относится к электро- Наиболее близким к изобретению техизмерительной технике и может. быть ническим решением является логарифмииспользовано при построен;:и устройств ческий функциональный преобразовадля вычисления логарифмов с представ" тель, в состав которого входят аналолением результата в виде цифрового . 5 говые переключатели, блоки сравнения, года. блок управления, источники опорных Известен функциональный преобразо- напряжений, ключи, интегратор, функциватель напряжения, содержащий гене- ональный частотный преобразователь, ратор эталонного напряжения, элемент реверсивный счетчик, триггер знака, сравнения, источник измеряемого нап- 10 регистр памяти, преобразователь кодряжения, генератор импульсов, триггер, напряжение, сумматор 12 1; элемент Й, счетчик . (1 j, Результат Логарифмический функциональный преобразования находится в обратной . преобразователь работает следующим функциональной зависимости от вида образом. функции на выходе генератора эталон- g . На 1 такте - такте калибровки ного напряжения в частном случае„ на вход первого блока сравнения покогда в качестве эталонного исполь- дается напряжение от опорного источзуется генератор экспоненциального ника, соответствующее максимальному напряжения, выходной результат на- значению преобразуемого напряжения, ходится в логарифмической эависимос- 2р а на вход функционального частотного ти от входного напряжения. преобразователя подается напряжение, Невысокая точность преобразования соответствующее минимальному значению обусловлена тем, .что на результат преобразуемого напряжения, По команде преобразования влияют погрешности ге- Пуск иэ блока. управления на вход нератора эталонного напряжения„ гене- 25 интегратора через сумматор и ключ ратора.импульсов, вызванные старени- подается напряжение от источника опорем элементов, изменением напряжений ного напряжения. С выхода интегратопитания, изменением температурно-влаж- ра напряжение поступает на входы бло.ностного режима работы преобразовате- ков сравнения. Блоки сравнения срабаля и т.д. gp тывают при равенстве налряжений на их 765819 входах и подают соответствующие сигналы на блок управления. За время, равное разности времен срабатывания блоков сравнения, на вход реверсивного счетчика поступают импульсы с выхода функционального частотного преобразователя. В реверсивном счетчике фикси руется число, пропорциональное погрешности, вызванной нестабильностью коэффициентов передачи функционального частотного преобразователя и интегратора, триггер знака фиксирует знак погрешности. После этого блок управления вырабатывает команду, по которой информация иэ реверсивного счетчика и триггера знака переписывается в регистр. В результате на выходе преобразователя код-напряжение устанавливается напряжение, пропорциональное погрешности и соответствующее ей по знаку. На Выходе сумматора устанавливается напряжение, равное сумме напряжений источника опорного напряжения и напряжения, пропорционального погрешности. На з том з аканчи в ается т акт кали бровки . На втором такте (такте измерения} на вход первого блока сравнения поступает измеряемое напряжение, а на вход функционального частотного преобразователя — напряжение с выхода интегратора. По команде с.,блока управления на вход интегратора посту.пает напряжение с выхода сумматора, Блоки сравнения срабатьвают при равенстве напряжений на их входах и подают соответствующие сигналы на блок управления. За время, равное раз— ности времен срабатывания блоков сравнения, на вход реверсивного счетчика поступают импульсы с выхода функционального частотного преобразователя. В результате в реверсивном счетчике фиксируется число, прямо пропорциональное значению логарифма от входного напряжения. Преимуществом данного устройства по сравнению с предыду" щим аналогом является устранение влияния нестабильности коэффициентов преобразования интегратора, функционального частотного преобразователя и источника опорного напряжения на результат преобразования. Но при этом на результат преобразования влияют погрешности цепи обратной связи (преобразователя код-напряжение, сумматора напряжений}, обусловленные старением комплектующих элементов, изменением напряжений питания, изменением температурно-влажностного режима работы преобразователя и т.д, Кроме того это устройство отли ается сложностью, так как в состав преобразова-, теля входит большое количество аналоговых узлов - два блока сравнения, три источника опорных напряжений, функциональный частотный преобраэова" тель, преобразователь код-напряжение, сумматор напряжений, интегратор. Ограничены и его функциональные BQ3MoEHoc ти — выходной код может быть только прямо пропорционален значению логарифма от входного напряжения. Целью изобретения является повышение точности преобразования, Достигается это тем, что в лога" рифмиче ский прес браз ователь, содержащий датчик входного напряжения, соединенный через замыкающий контакт переключателя с первым входом зле10 мента сравнения, блок управления, первый выход которого соединен с разьнкающим входом переключателя, а второй и третий выходы подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, и счетчик результата,введены делитель с постоянным коэффициентом деления,делитель с переменным коэффициентом деления, генератор вспомогательного напряжения., генератор экспоненциального напряжения и генератор импульсов заполнения, счетчик g НБ-триггер, $-входы которого соединены со вторым и третьим выходами блока управления Э R-вход- с выходом элемента сравнения, а выход — с входом генератора экспоненциального напряжения и вторыми входами первого и второго. элементов И, третий вход первого элемента И подключен к выходу генератора импуль30 сов заполнения и через делитель — с постоянным коэффициентом деления, с третьим входом второго элемента Й, выход которого подключен к входу счетчика, подключенному управляющими Д5 выходами к управляющим входам делителя с переменным коэффициентом деления и информационный вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход — с входом счетчика результата, причем первый выход генератора экспоненциального напряжения соединен с вторым входом элемента сравнения,,а второй выход подключен к входу ге:нератора вспомогательного напряжений, соединенного выходом с разщакающим контактом переключателя, На чертеже приведена функциональная схема логарифмического преобразователя. Предлагаемый преобразОватель со5О,держит датчик входного напряжения 1, генератор 2 вспомогательного напряжения, переключатель 3, блок, управления 4, элемент сравнения 5, генератор экспоненциального напряжения б, 55 RS-триггер 7, генератор импульсов заполнения 8, элементы. И 9 и 10; делитель 11 с постоянным коэффициентом деления, делитель 12 с переменным коэффициентом деления, счетчик 13 и счетчик результата 14. В состав генератора 2 вспомогательного напряжения входят резисторы РА и Р, В состав делителя 12 с переменнйм коэффициентом деления входят счетчик 15 и группа элементов И 1б„,..., 16h . 765819 Выходы датчика входного напряжения 1 и генератор вспомогательного напряжения 2 через переключатель 3, управляемый блок упранления 4 соединены с первым входом элемента сравнения 5. Выходы блока управления 4 соединены c S-входами RS-триггера 7 и первыми входами элементов И 9 и 10. Первый выход генератора экспоненциального напряжения б соединен с нторым входом элемента сравнения 5, второй О выход — с владом генератора вспомогательного напряжения 2. Выход RS-триггера 7 соединен с входом генератора экспоненциального напряжения б и вторыми входами элементов И 9 и 10, R-вход RS-триггера 7 соединен с выходом элемента сравнения 5. Выход генератора 8 импульсов заполнения соединен с третьим, входом элемента И 9 и через делитель 11 с постоянным коэффициентом деления (счетчик) с 20 третьим входом элемента И 10. Информационный вход делителя 12 с переменным коэффициентом деления соединен с выходом элемента И 9, управляющие входы соединены с выходами счетчика 25 13, а выход соединен с входом счетчика результата 14. Вход счетчика 13 соединен с выходом элемента И 10. Преобразователь работает следую- 3() щим образсм. Преобразование происходит в два такта. На первом такте производится калибровка. В исходном состоянии 35 RS-триггер 7 находится н состоянии 0, счетчики обнулены (цепи обнуления на чертеже не показаны). С выхода генератора 6 экспоненциального напряжения на вход генератора 2 вспомогательного напряжения поступает постоянное напряжение U« с выхода генератора 2 вспомогательного напряжения снимается напряжение Ц, 111 ) с« где К =,"„, а R, и Р— резисто% Ф%1 ры, входящие в состав гейератора 2 вспомогательного напряжения. Блок управления 4 устанавливает переключатель 3 в положение II, т.е. на первый вход элемента сравнения 5 поступает напряжение с выхода генератора 2 вспомогательного напряжения. ,После этого блок управления 4 подает импульсы запуска по одному S-входу на RS-триггер 7, который устанавливается в состояние 1, и разрешения на элемент И 10. Ймпульсом с выхода RS "триггера 7 запускается генератор 6 экспоненциального напряжения, на выходе которого формируется напряже= ние U поступающее на второй вход элемейта сравнения 5, U =U е. -+Ю, где t — текущее время; 65 постоянная времени генератора б экспоненциального напряжения. В момент равенстна напряжений U u У на входах элемента сравнения 5 kU =U ° е о о он срабатывает и возвращает в исходное состояние триггер 7, который находился н состоянии 1 в течение времени л 1(к =VLn За время t с генератора 8 импульсон заполнения через делитель 11 с постоянным коэффициентом деления и элемент И 10 на счетчик 13 поступит количество импульсов М„ N t F Х 1(К о где à — частота генератора 8 импуль-. сов заполнения; à — частота на выходе делителя 11 с постоянным коэффициентом деления; m — коэффициент деления делителя 11 с постоянным коэффициентом деления (например, емкость счетчика) . На этом такт калибровки заканчивается, II такт — измерения. Блок упранления 4 устанавливает переключатель 3 н положение I т.е. на первый вход элемента сравнения 5 поступает измеряемое нагряжение U с выхода.датчика 1 входного напряжения. После этого блок управления 4 подает импульсы запуска пс второму S входу на RS-триггер 7,который устанавлиназтся в состояние 1, и разрешения на элемент И 9. Импульсом с выхода RSтриггера 7 запускается генератор б экспоненциального напряжения, на вы-, ходе которого формируется напряжение U, В момент равенства напряжений U H П на входах элемента сравнения 5 +y,(Ñ Uó =-- U Х о сн срабатывает и возвращает н исходное состояние RS-триггер 7, который находился н состоянии 1 в течение времени о 1К За время t ñ генератора 8 импульсов заполнения через элемент .И 9 на вход делителя 12 с переменным коэффициентом деления поступит количести импульсов н « 1х с 1 с На упранляющие входы делителя 12 с переменным коэффициентом деления поступает код N< с выхода счетчика 13, и в результате на вход счетчика 14 поступит количество импульсов N „ "к ™ Ох о Uo ««ь. = и — «""Ь-кь б — с К 51 где A = — к е Полученный результат прямо пропорционален значению логарифма от вход765819 ного сигнала и не зависит от стабиль. ности характеристик генератора б экспоненциального напряжения и генератора 8 импульсов заполнения. Такт калибровки может производиться как перед каждым тактом измерения, так и периодическй по командам с блока управления 4. Блок управления 4 может работать и по другой программе. Е-такт-измерение.На первый вход 10 элемента сравнения 5 поступает измеряемое напряжение, разрешение подано на элемент И 10, в счетчике 13 будет записано число N равное I х I I такт - калибровка. На первый вход элемента сравнения 5 поступает напряжение с выхода генератора вспо.могательного напряжения 2, резрешение подано на элемент И 9, на счетный вход делителя с переменным" коэффици- 20 ен том деления 1 2 по ступит количе ст во импульсов N > N = t. F = ГYn+F 2. 1 О о В счетчике 14 будет подсчитано количество импульсов NI,,» И1 . N» Ъ » » Ро "вы» ы * u.» и сВи :- »и 0 N x где Полученный результат обратно пропорциойален з н ачению логарифма от входного сигнала и не зависит от нестабильности характеристик генератора б экспоненциального напряжения и .генератора 8 импульсов заполнения. Технико-экономический эффект предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается, во-первых, :в повышении точности преобразования, 40 обусловленном тем, что в изобретении устранены погрешности преобразования прототипа, вызванные нестабильностью характеристик аналоговых узлов, а именно;преобразователя код-напряжение и сумматора напряжений; во-вторых, предлагаемое устройство гроще прототипа, так как в нем используется минимум аналоговых узлов — один элемент сравнения и генератор экспоненциального напряжения. Кроме того, функциональные возможности предлагаемого устройства шире, благодаря воз— можности получения результата преоб-. разования как прямо, так и обратнопропЬрционального значения логарифма от входного сигнала. Формула изобретения Логарифмический преобразователь, содержащий датчик входного напряжения, соединенный через заьжкающий контакт переключателя с первым входом элемента сравнения, блок управления, первый выход ясоторого соединен с размыкающим входом переключателя, а второй и третий выходы подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, и счетчик результата, отличающийся тем, .что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены делитель с постоянным коэффициентом деления, делитель с.переменным коэффициентом деления, генератор вспомогательного напряжения, генератор экспоненциального напряжения, генератор импульсов заполнения, счетчик, RSтриггер, причем Б-входы RS-триггера соединены со вторым и третьим выходами блока управления, R-вход RS-триггера — с выходом элемента сравнения, а выход RS-триггера - с входом генератора экспоненциального напряжения и вторыми входами. первого и второго элементов И, третий вход первого элемента И подключен к выходу генератора импульсов. заполнения и через делитель с постоянным коэффициентом деления с третьим входом второго элемента И, выход которого подключен к входу счетчика, подключенному управляющими вй4 ходами к управляющим входам делителя с переменным коэффициентом деленйя, информационный вход которого соединен с выходом первого .элемента И, а выход - с входом счетчика результата, причем первый выход генератора экспоненциального напряжения соедИнен со вторым входом элемента сравнения,а второй выход подключен к входу генератора вспомогательного напряжения,соединенного выходом с размыкающим контактом переключателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Гитис Э, И. Преобразователи информации для электронных цифровых вы числительных устройств.-М.; . Энергия 1975, с, 339. 2, Авторское свидетельство СССР 9 484529, кл, G Об G 7/24, 1974 (прототип) . 7б 5819 Составитель T Иванова Техред M.påéâåñ Корректор М. Коста Редактор Е. Гончар Подпи сное Филиал ПНП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 6511/46 Тираж 75 1 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5
