устройство для измерения отношения двух временных интервалов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащее источник опорного напряжения, выход которого соединен с входом первого электронного ключа, управляющий вход которого соединен с первой входной шиной, второй электронный ключ, управляющий вход которого соединен с второй входной шиной, интегратор, выходную шину, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности отображения результата в цифровом виде при одновременном повышении точности, в устройство введены компаратор, реверсивный счетчик, инвертор, дифференцирующая цепь, инвертирующий усилитель, цифроаналоговый преобразователь, причем выходы первого и второго электронных ключей соединены с входом интегратора, выход которого через компаратор соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, выходы которого соединены с соответствующими выходными шинами и с соответствующими цифровыми входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом второго электронного ключа, управляющий вход которого соединен через инвертор с входом дифференцирующей цепи, выход которой соединен со счетным входом реверсивного счетчика, причем выход источника опорного напряжения через инвертирующий усилитель соединен с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых измерителей отношений временных интервалов.

Известен измеритель временных интервалов, содержащий генератор постоянного тока, зарядный ключ и разрядный резистор, причем незаземленный полюс генератора постоянного тока соединен со средним контактом зарядного ключа, первый контакт которого соединен со входом усилителя постоянного тока, одной обкладкой накопительного конденсатора и одним выводом разрядного резистора, вторая обкладка накопительного конденсатора соединена с выходом усилителя постоянного тока и одним из контактов разрядного ключа, второй контакт второго соединен с другим выводом разрядного резистора, а входы управления разрядного и зарядного ключей являются входами устройства [1].

Недостатками измерителя являются недостаточная точность, поскольку выходное напряжение содержит пульсации, вызванные неодновременным действием зарядной и разрядной цепей, отсутствие отображения результата измерения в цифровом виде.

Наиболее близким к заявляемому относится измеритель отношения двух временных интервалов [2], содержащий генератор постоянного тока, конденсатор, зарядный, разрядный и дополнительный ключи, одновибратор, генератор, преобразователь напряжение-ток.

К недостатку прототипа следует отнести отсутствие возможности отображения результата измерения в цифровом виде.

Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности отображения результата в цифровом виде при одновременном повышении точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемое устройство введены компаратор, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем вход компаратора соединен с выходом интегратора, а выход - с управляющим входом реверсивного счетчика (прямой-обратный счет) выходная шина которого соединена со входной шиной цифроаналогового преобразователя, причем выходная шина счетчика является выходной шиной устройства.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, инвертирующий усилитель 2, электронные ключи 3 и 4, цифроаналоговый преобразователь 5, инвертор 6, дифференцирующая цепочка 7, интегратор 8, компаратор 9, реверсивный счетчик 10. Измеряемые сигналы поданы на входные шины 11 и 12.

Выход источника 1 опорного напряжения соединен со входами первого электронного ключа 3 и инвертирующего усилителя 2, а выход последнего соединен со входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 5, выход ЦАП 5 соединен со входом второго электронного ключа 4. Выходы первого и второго электронных ключей 3 и 4 соединены со входом интегратора 8, выход которого соединен со входом компаратора 9, выход компаратора 9 соединен с управляющим входом реверсивного счетчика 10. Первая входная шина 11 соединена с управляющим входом первого электронного ключа 3, вторая входная шина 12 соединена с управляющим входом второго электронного ключа 12 и со входом инвертора 6, выход которого через дифференцирующую цепочку 7 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 10. Выходная шина счетчика 10 является выходной шиной всего устройства и соединена со входной шиной ЦАП 5.

Устройство работает следующим образом.

На шину 11 подана последовательность импульсов длительностью Т, а на шину 11 - длительностью Т₂.

Под действием i-того импульса длительностью Т₁ электронный ключ 3 открывается и на вход интегратора 8 поступает постоянное напряжение U_о с выхода источника I

U_u1= - U₀dt= - U₀T₁, (1) где U_u1 - выходное напряжение интегратора после действия i-того импульса длительностью Т₁;

- постоянная времени интегратора 8.

Под действием импульса длительностью Т₂ второй электронный ключ 4 открывается и на вход интегратора 8 поступает постоянное напряжение U_n с выхода преобразователя 5

U_u2= - U_ndt= - U_nT₂, (2) где U_u2 - выходное напряжение интегратора после действия i-того импульса длительностью Т₂.

Ввиду того, что напряжение U_n формируется на основе кода счетчика N_x и напряжения с выхода инвертирующего усилителя 2, то

U_n= , (3) где К - коэффициент передачи инвертирующего усилителя 2;

N_х - значение выходного кода реверсивного счетчика 10;

N - разрядность цифроаналогового преобразователя 5.

Напряжение U_о и U_n имеют противоположную полярность по отношению друг к другу, поэтому после воздействия их на ввод интегратора, последний на выходе формирует разность напряжений U

U=U_u1-U_u2,(4)

В зависимости от того, какое значение будет иметь разность (положительное или отрицательное) компаратор 9 на выходе выработает сигнал, управляющий работой счетчика 10 (сложение или вычитание). В данном случае, если значение U больше нуля, то компаратор 9 устанавливается в единичное состояние и счетчик 10 работает в режиме суммирования.

По окончании действия импульса Т₂ инвертор 6 совместно с дифференцирующей цепочкой 7 формирует короткий импульс (т.е. импульс формируется по заднему фронту Т₂), который поступает на счетный вход реверсивного счетчика 10. В зависимости от сигнала на управляющем входе счетчика 10, последний либо увеличивает ( U> 0), либо уменьшает ( U< 0) значение выходного кода N_х на единицу. Алгоритм работы выбран так, что система второй электронный ключ 4 - интегратор 8 - компаратор 9 - реверсивный счетчик 10 - ЦАП 5 будет стремиться к тому, чтобы в результате действия (i+ 1) - пары импульсов напряжение U будет близко к нулю, т.е.

U_u1-U_u20 - U₀T₁= - U_nT₂, (5)

С учетом (3)

U₀T₁= T₂

или

N_x= (6)

Из последнего равенства следует, что выходное значение кода N_xопределяется отношением .

Знак приближенного равенства в уравнении (5) означает то, что компаратор 9 не может зафиксировать значение точного равенства, ввиду того, что система автоматического регулирования будет находиться "вблизи" значения U= 0 вследствие релейных свойств компаратора.