SU1370578A1 - Digital extreme a.c.bridge - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электри- ческим измерени м. Цель изобретени  повышение быстродействи  устройства. Цифровой экстремальный мост содержит генератор 1, делители 2 и 5 напр жени , образцовую меру 3, ключ 4, избирательный усилитель 7, детектор 8 равновеси , счетчики 9 и 11, элемент ИЛИ 10, триггер 12, блок 13 запуска , пороговый элемент 14, элемент И 15 и генератор 16 тактовых импульсов . Введение инвертора 17, элемента ИЛИ-НЕ 18 и образование новых функциональных св зей уменьшают количество рабочих тактов, необходимых дл  выбора поддиапазона измерений, что повышает быстродействие устройства на 50%. 1 ил. FIELD OF THE INVENTION The invention relates to electrical measurements. The purpose of the invention is to increase the speed of a device. The digital extremal bridge contains a generator 1, voltage dividers 2 and 5, model measure 3, key 4, selective amplifier 7, equilibrium detector 8, counters 9 and 11, element OR 10, trigger 12, start block 13, threshold element 14, element And 15 and the generator 16 clock pulses. The introduction of the inverter 17, the element OR-NE 18 and the formation of new functional connections reduce the number of operating cycles required to select the measurement subband, which increases the device performance by 50%. 1 il.

Description

(Л(L

оо о ел асoo oh el

Изобретение относитс  к электрическим измерени м и может быть использовано при построении цифровых мостов переменного тока, предназначенных дл  измерени  параметров комплексных сопротивлений.The invention relates to electrical measurements and can be used in the construction of digital AC bridges for measuring impedance parameters.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  цифрового экстремальногоThe purpose of the invention is to increase the speed of digital extreme

тора 8 равновеси  и к первому входу элемента ИЛИ-НЕ Т8, выход которого подключен, к третьему входу второго счетчика 11.torus 8 equilibrium and to the first input of the element OR NOT T8, the output of which is connected, to the third input of the second counter 11.

Мост работает следующим образом.The bridge works as follows.

При включении генератора 1 на выходе делителей 2 и 5 напр жени  возникает измерительное напр жение, коWhen the generator 1 is turned on, the output voltage of the dividers 2 and 5

моста переменного тока за счет умень- ю торое, воздейству  на образцовую кашени  количества рабочих тактов, необходимых дл  выбора поддиапазона измерений.AC bridge by reducing the number of work cycles required for selecting the subrange of measurements on the model kashin.

На чертеже представлена структурна  схема цифрового экстремального моста переменного тока, содержащего генератор 1, делитель 2 напр жени , образцовую меру 3, ключ 4, делитель напр жени , обьект 6 измерени , избирательный усилитель 7, детектор 8 равновеси , первый счетчик 9, элемен ИЛИ 10, второй счетчик 11, триггер 12, блок 13 запуска, пороговый элемент 14, элемент И 15, генератор 16 тактовых импульсов, инвертор 17, эле мент ИЛИ-НЕ 18. Выход генератора 1 через делители 2 и 5 напр жени , образцовую меру 3, ключ 4 и объект измерени  подключен к избирательному усилителю 7, а выход усилител  7 - к входу детектора 8 равновеси  и входу порогового элемента 14, выход детектора 8 равновеси  подключен к входу первого счетчика 9, а также к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ 18 и к первому входу элемента И 15, потенциальные выходы счетчика 9 подключены к входам управлени  первого делител  2 напр жени , импульсный выход счетчика 9 через элемент ИЛИ 10 подключен к первому входу счетчика 11, потенциальные выходы которого подключены к входам управлени  делител  5 напр жение , первый (S) вход триггера 12 подключен одновременно к выходу блока 13 запуска и второму входу счетчика 11, второй (R) вход триггера 12 подключен к выходу порогового элемента 14, второму входу элемента И 15 и входу инвертора 17, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ 18, пр мой выход триггера 12 подключен к входу управлени  ключа 4 а инверсный выход - к четвертому входу элемента ИЛИ-НЕ 18, п тьш вход последнего - к выходу элемента И 15 и второму входу элемента ИЛИ 10, выход генератора 16 тактовых импульсов подключен к тактирующему входу детекThe drawing shows a structural diagram of a digital extremum AC bridge containing a generator 1, a voltage divider 2, model measure 3, a key 4, a voltage divider, a measurement object 6, a selective amplifier 7, an equilibrium detector 8, the first counter 9, an element OR 10 , second counter 11, trigger 12, start block 13, threshold element 14, element 15, generator 16 clocks, inverter 17, element OR NOT 18. Generator 1 output through voltage dividers 2 and 5, model measure 3, key 4 and the object of measurement is connected to the selective device The cell 7, and the output of the amplifier 7 - to the input of the detector 8 equilibrium and the input of the threshold element 14, the output of the detector 8 equilibrium is connected to the input of the first counter 9, as well as to the third input of the element OR 15, the potential outputs the counter 9 is connected to the control inputs of the first voltage divider 2, the pulse output of the counter 9 through the element OR 10 is connected to the first input of the counter 11, the potential outputs of which are connected to the control inputs of the voltage divider 5, the first (S) input of the trigger 12 is simultaneously connected It is connected to the output of the starting block 13 and the second input of the counter 11, the second (R) input of the trigger 12 is connected to the output of the threshold element 14, the second input of the AND 15 element and the input of the inverter 17, whose output is connected to the second input of the OR-NOT 18 element, direct the trigger output 12 is connected to the control input of the key 4 and the inverse output to the fourth input of the element OR NOT 18, the last input of the latter to the output of the element AND 15 and the second input of the element OR 10, the output of the generator 16 clock pulses

меру 3 и объект 6 измерени , создает в цепи каждого из этих элементов токи, которые взаимно вычитаютс  во входной цепи избирательного усилител  7, усиливаютс  им и поступают на вход детектора 8 равновеси . Последний вырабатьшает управл ющие воздействи  дл  счетчиков 9 и 11, которые св заны с делител ми 2 и 5 напр жени Measure 3 and measurement object 6, creates in the circuit of each of these elements currents, which are mutually subtracted in the input circuit of the selective amplifier 7, amplified by them and fed to the input of the equilibrium detector 8. The latter generates control actions for counters 9 and 11, which are connected to voltage dividers 2 and 5

При делител  5 напр жени  осуществл етс  выбор необходимого поддиапазона измерений, а при помощи делител  2 - уравновешивание измерительной цепи внутри выбранного поддиапазона .With voltage divider 5, the required measurement subrange is selected, and with the aid of divider 2, the measuring circuit is balanced within the selected subband.

В начале измерени , т.е. в начале выбора поддиапазона измерений ИМПУЛЬС запуска, создаваемый при помощи блока 13 запуска (при нажатии кнопки Пуск моста) , переводит счетчик 1J в исходное состо ние, при котором в мосте устанавливаетс  поддиапазон измерени , соответствующий максимальному значению измер емой проводимостиAt the beginning of the measurement, i.e. at the beginning of the selection of the measurement range of the start-up PULSE created by the start-up unit 13 (when the start button of the bridge is pressed), the counter 1J returns to the initial state, in which the measurement subband corresponding to the maximum measured conductivity is set in the bridge

и минимальному значению напр жени  на объекте 6 измерени . Этот же импульс устанавливает триггер 12 в состо ние 1. При этом ключ 4 размыкаетс  и отключает образцовую меруand the minimum voltage value at the measurement object 6. The same impulse sets trigger 12 to state 1. At the same time, key 4 opens and shuts off the model measure

3 от входа избирательного усилител  7, выходное напр жение которого в этом случае определ етс  значением проводимости объекта 6 измерени  и состо нием делител  5 напр жени .3 from the input of the selective amplifier 7, the output voltage of which in this case is determined by the conductivity value of the measurement object 6 and the state of the voltage divider 5.

При этом возможны две измерительные ситуации.In this case, two measuring situations are possible.

При первой ситуации значение проводимости объекта 6 измерени  таково, что выходное напр жение избирательного усилител  7 не превьш1ает порогIn the first situation, the conductivity value of the object 6 is such that the output voltage of the selective amplifier 7 does not exceed the threshold

чувствительности детектора 8 равновеси  и уровень срабатьшани  порогового элемента 14. Эта ситуаци   вл етс  условием, при котором на выходе порогового элемента 14 устанавливаетс  потенциал 1, а на выходе детектора 8 равновеси  - потенциал О. В этом случае тактовые импульсы, создаваемые генератором 16, через элементthe sensitivity of the detector 8 equilibrium and the level of operation of the threshold element 14. This situation is the condition under which the potential 1 is established at the output of the threshold element 14 and the potential O is output at the equilibrium detector 8. In this case, the clock pulses produced by the generator 16 are through the element

313313

ИЛИ-НЕ 18 проход т на третий вход счетчика 11 и измен ют его состо ние на две единицы (это реализуетс  путем подачи импульса на счетный вход второго разр да счетчика 11). Такое управление счетчиком 11 приводит к изменению состо ни  делител  5 напр жени  и установлению поддиапазона измерений с номером N i + 2, где i - номер ранее включенного поддиапазона измерений, т.е. выбор поддиапазона измерений осуществл етс  шагом , пропорциональным двум поддиапазонам измерений. Далее изменение состо ни  счетчика 11, делител  5 напр жени  происходит до тех пор, пока выходное напр жение избирательного усилител  7 не превысит порог чувствительности детектора 8 равновеси  и далее - уровень срабатывани  порогового элемента 14, что соответствует выбору необходимого (рабочего) поддиапазона измерений.OR NOT 18 passes to the third input of counter 11 and changes its state by two units (this is achieved by applying a pulse to the counting input of the second digit of counter 11). Such control of the counter 11 leads to a change in the state of the voltage divider 5 and the establishment of a measurement sub-band with the number N i + 2, where i is the number of the previously included measurement sub-band, i.e. The selection of the measurement subband is carried out in steps proportional to the two measurement subbands. Next, the state of the counter 11, the voltage divider 5 changes until the output voltage of the selective amplifier 7 does not exceed the sensitivity threshold of the equilibrium detector 8 and then the trigger level of the threshold element 14, which corresponds to the choice of the required (operating) measurement range.

Втора  ситуаци  соответствует такому состо нию выбора поддиапазона измерений, при котором выходное напр жение избирательного усилител  7 превышает порог чувствительности детектора 8 равновеси , но ниже уровн  срабатывани  порогового элемента 14. В этом случае сформированный на выходе детектора 8 равновеси  положительный импульс, проходит через открытый элемент И 15 на п тый вход элемента ИЛИ-НЕ 18, закрывает этот элемент дл  прохождени  тактовых импульсов генератора 16 и далее поступает на первый вход счетчика 11, изThe second situation corresponds to such a state of selection of the measurement subrange, in which the output voltage of the selective amplifier 7 exceeds the sensitivity threshold of the equilibrium detector 8, but below the trigger level of the threshold element 14. In this case, the positive pulse generated at the equilibrium detector 8 output 15 to the fifth input of the element OR-NOT 18, closes this element to pass the clock pulses of the generator 16 and then goes to the first input of the counter 11, from

мен   тем самым состо ние счетчика 11 на единицу, что влечет за собой включение последующих поддиапазонов измерений и продолжаетс  до тех пор, пока выходное напр жение избирательного усилител  7 не превысит уровень срабатывани  порогового элемента 14. При срабатьшании порогового элемента 14 на его выходе устанавливаетс  потенциал О, что приводит к опрокидыванию триггера 12, в результате чего элементы И 15 и ИЛИ-НЕ 18 закрываютс и выбор поддиапазонов измерений приостанавливаетс , ключ 4 переходит в состо ние Открыто и мост переходит на уравновешивание внутри выбранного рабочего поддиапазона измерений. Аналитически условие выбора N-ro поддиапазона в цифровом мосте можно представить следующим образом:thus changing the state of counter 11 per unit, which entails switching on subsequent measurement subbands and continues until the output voltage of the selective amplifier 7 does not exceed the threshold level of the threshold element 14. When the threshold element 14 is triggered, the potential O is established at its output , which leads to tilting of the trigger 12, as a result of which the elements AND 15 and OR-NOT 18 are closed and the selection of the measurement subranges is suspended, the key 4 switches to the Open state and the bridge goes to the equilibrium hanging inside the selected working subrange of measurements. Analytically, the condition for selecting the N-ro subband in a digital bridge can be represented as follows:

иand

UUUu

МM

(1)(one)

5five

00

где иwhere and

tyty

выходное напр жение избирательного усилител  7, соответствующее рабочему поддиапазону;the output voltage of the selective amplifier 7, corresponding to the working sub-band;

выходное напр жение избирательного усилител  7, соответствующее верхней границе его динамического диапазона; the output voltage of the selective amplifier 7, corresponding to the upper limit of its dynamic range;

М - число, характеризующее динамический диапазон избирательного усилител  (дл  цифровых экстремальных мостов это число, как правило выбираетс  равным 20). С учетом того, что в процессе выбора поддиапазона измерени  происходит изменение коэффициента делител  5 в К раз, выражение (1) примет видM is the number characterizing the dynamic range of the selective amplifier (for digital extremal bridges, this number is usually chosen equal to 20). Taking into account the fact that in the process of selecting the subrange of measurement, the divider coefficient changes 5 times K, the expression (1) takes the form

и,and,

20. К20. K

иand

иу UmaxYiwu Umax

(2)(2)

Из анализа выражени  (2) следует, что при установке порога чувствительности Р детектора 8 равновеси  моста, равного значениюFrom the analysis of expression (2), it follows that when the sensitivity threshold P of the detector 8 is established, the equilibrium of the bridge is equal to

Р R

0,05 200.05 20

приращение выходного напр жени  избирательного усилител  7 в процессе выбора рабочего поддиапазона, т.е. при переходе от поддиапазона с номером i - 1 к i-му поддиапазону при N-it2, меньше порога чувствительности детектора 8 равновеси , а последующее включение поддиапазона с номером i+2 не приводит к превышению динамического диапазона избирательного усилител . Отсюда следует, чтоthe increment of the output voltage of the selective amplifier 7 in the process of selecting the working sub-band, i.e. when moving from the sub-band with the number i - 1 to the i-th sub-band with N-it2, it is less than the sensitivity threshold of the equilibrium detector 8, and the subsequent switching on of the sub-band with the number i + 2 does not lead to the dynamic range of the selective amplifier being exceeded. It follows that

выбор поддиапазона измерений может осуществл тьс  шагами, пропорциональными двум поддиапазонам измерений.The selection of a measurement subband may be performed in steps proportional to the two measurement subbands.

Таким образом, благодар  введению в структуру цифрового моста логического инвертора и элемента ИЛИ-НЕ его быстродействие увеличиваетс . Если дл  выбора поддиапазона измерений в известных мостах требуетс  N рабочих тактов, то в данном цифровом мосте необходимо затратить N/2+1 рабочих тактов, что в общем случае повышает быстродействие на 15-20%.Thus, due to the introduction of a logical inverter and an OR-NOT element into the digital bridge structure, its speed increases. If N working cycles are required to select a measurement subband in known bridges, then this digital bridge requires N / 2 + 1 working cycles, which generally increases the speed by 15-20%.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Цифровой экстремальный мост переменного тока, содержащий генератор, выход которого через последовательно соединенные первый делитель напр жени , образцовую меру и ключ подключен к первой клемме дл  подключени  объекта измерени  и к входу избирательного усилител , выход которого подключен к входу детектора равновеси  и через пороговый элемент - к R-входу триггера, первый и второй счетчики, выход первого счетчика через элемент ИЛИ подключен к первому входу второго счетчика, потенциальные выходы первого и второго счетчиков соединены с входами управлени  первого и второго делителей напр жени  соответственно, выход второго делител  напр жени  соединен с второй клеммой дл  подключени  объекта измерени , а его вход - с выходом генератора, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен сDigital extremum AC bridge containing a generator, the output of which is connected through the first voltage divider in series, an exemplary measure and a switch are connected to the first terminal for connecting the measurement object and to the input of the selective amplifier whose output is connected to the input of the equilibrium detector and through the threshold element to R-input of the trigger, the first and second counters, the output of the first counter through the OR element is connected to the first input of the second counter, the potential outputs of the first and second counters are connected the control inputs of the first and second voltage divider, respectively, the output of the second voltage divider is connected to a second terminal for connecting the measuring object and its inlet - with the generator output, a clock pulse generator, whose output is connected to управл ющим входом детектора равновеси , выход которого подключен к входу первого счетчика, пр мой выход триггера соединен с входом управлени  ключа и первым входом элемента И, блок запуска, выход которого соединен с S-входом триггера и вторым входом второго счетчика, выход элемента И соединен с вторым входом эдр- мента ИЛИ, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него введены инвертор и элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход порогового элемента через инвертор подключен к второму входу элемента.ИЛИ-НЕ и непосредственно к второму входу элемента И, третий вход которого соединен с выходом детектора равновеси  и с третьим входом элемента ИЛИ-НЕ, четвер- тьй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с инверсным выходом триггера, п тый - с выходом элемента И, а выход - с третьим входом второго счетчика.the control input of the equilibrium detector, the output of which is connected to the input of the first counter, the direct output of the trigger is connected to the control input of the key and the first input of the element I, the trigger unit whose output is connected to the S input of the trigger and the second input of the second counter, the output of the element And connected with the second input of the OR input, characterized in that, in order to improve speed, an inverter and an OR-NOT element are introduced into it, the first input of which is connected to the output of the clock generator, the output of the threshold element through the inverter It is connected to the second input of the element. OR-NOT and directly to the second input of the AND element, the third input of which is connected to the output of the equilibrium detector and to the third input of the OR-NO element, the fourth input of the OR-NOT element is connected to the inverse trigger output, fifth - with the output element And, and the output - with the third input of the second counter.