SU782150A1 - Device for converting bridge sensor signal into frequency - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в устройствах дл  измерени  неэлектрических величин.The invention relates to a measurement technique and can be used in devices for measuring non-electric quantities.

Известен преобразователь напр жени  в частоту, содержащий интегратор, компаратор, ключ, триггер, элемент совпадени , в котором выходной частотный сигнал образуетс  в результате накоплени  измер емого напр жени  на интеграторе с помощью опорного напр жени  за стабильный интервал времени .A voltage-to-frequency converter is known, comprising an integrator, a comparator, a key, a trigger, a coincidence element, in which the output frequency signal is generated as a result of accumulation of the measured voltage on the integrator using a reference voltage over a stable time interval.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  преобразовани  электрических сигналов мостовых датчиков в частоту,содержащее мостовой датчик, масштабный усилитель, интегратор,суммирующий усилитель, компаратор, источник питани , источник опорного напр жени , преобразователь код-аналог , делитель частоты, схему совпадени , генератор импул1 сов и счетчик. В этом устройстве преобразователь код-аналог обеспечивает п уровней сравнени  на одном из входов суммирующего усилител , на два других входа которого подаютс  сигналы с выхода интегратора и с выхода источникаThe closest in technical essence to the present invention is a device for converting electric signals of bridge sensors into a frequency comprising a bridge sensor, a scale amplifier, an integrator, a summing amplifier, a comparator, a power source, a reference voltage source, a code-analog converter, a frequency divider circuit match, pulse generator and counter. In this device, a code-to-analog converter provides n comparison levels on one of the inputs of a summing amplifier, to the other two inputs of which signals are supplied from the integrator output and from the source output.

опорного напр жени . В момент равенства указанных сигналов суммирующий усилитель через компаратор и схему совпадени  разрешает прохождение импульса с генератора на делитель часторы и счетчик. Делитель частоты переключает источник питани  датчика с частотой в п раз меньшей выходной частоты . Таким образом, в известном 10 устройстве датчик питаетс  пр моугольнь1м напр жением, частота которого измен етс {2J.support stress. At the moment of equality of these signals, the summing amplifier through the comparator and the coincidence circuit allows the passage of the pulse from the generator to the divider, the factors and the counter. The frequency divider switches the power source of the sensor with a frequency n times lower than the output frequency. Thus, in the known device 10, the sensor is powered by a rectangular voltage, whose frequency varies {2J.

tt

Недостатком известного устройства  вл етс  изменение в большом диапазоне частоты питани  датчика, что увеличивает вли ние распределенных паразитных емкостей самого датчика и линии св зи между датчиком и преобразователем, которые вызывают переходной процесс напр жени  питани . Вли ни  фронтов питающего напр жени  наиболее сильно про вл ютс  при увеличении выходной частоты. 25 Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  в широком динамическом диапазоне входных сигналов. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь напр жени  в 30 частоту, содержащий мостовую схему.A disadvantage of the known device is a change in a large frequency range of the sensor power, which increases the effect of the distributed parasitic capacitances of the sensor itself and the communication line between the sensor and the converter, which cause a transient process voltage supply. The effects of the power supply fronts are most pronounced with increasing output frequency. 25 The purpose of the invention is to improve the accuracy of conversion in a wide dynamic range of input signals. The goal is achieved by the fact that the voltage converter is 30 frequency, containing a bridge circuit.

енератор частоты, выход которого оединен с первым входом элемента овпадени  и счетйым входом триггера, ыход которого соединен с вторым вхоом элемента совпадени  и управл юим входом ключа, который своим информационным входом соединен через первый резистор с одной из вершин диагонали питани  мостовой схемы, а выходом через интегратор соединен со входом основного компаратора, а также усилитель, выход которого соединен через второй резистор со входом интегратора , а входы усилител  соединены с измерительной диагональю схемы, и источник питани , выход которого через переключатель соединен с мостовой схемой, введены (п + 1) формирователей, п компараторов , управл емый делитель частоты и делитель напр жени  с п выходами, входы которого соединены с диагонаЛ| .ю питани  мостовой схемы, а п выходов соединены с первыми входами . Дополнительных п компараторов, вто;рые входы которых соединены между собой и с выходом усилител , а выходы п компараторов соединены первыми входами п формирователей, другие входы которых соединены между собой с первым входом (п + 1)-го формироватед  и вершиной диагонали питани  мостовой схемы, причем выходы п формирователей соединены с управл ющими входами управл емого делител  частоты , счетный вход которого соединен с выходом триггера,.а выход соединен с управл ющим входом переключател , при этом второй вход (п 4- 1)-го формировател  соединен с выходом основного компаратора, а выход с установленным входом триггера.A frequency generator, the output of which is connected to the first input of the matching element and a counting input of the trigger, the output of which is connected to the second input of the coincidence element and controls the input of the key, which is connected through the first resistor to one of the vertices of the diagonal of the bridge circuit and the output through the integrator is connected to the input of the main comparator, as well as an amplifier, the output of which is connected through the second resistor to the input of the integrator, and the inputs of the amplifier are connected to the measuring diagonal of the circuit, and the source power, the output of which through the switch is connected to the bridge circuit, is introduced (n + 1) formers, n comparators, a controlled frequency divider and a voltage divider with n outputs, the inputs of which are connected to the diagonal | The power supply of the bridge circuit and n outputs are connected to the first inputs. Additional n comparators, the second inputs of which are interconnected and with the amplifier output, and outputs n of the comparators are connected by the first inputs of n formers, the other inputs of which are interconnected with the first input of the (n + 1) -th format and the top of the diagonal of the bridge circuit The outputs of the driver are connected to the control inputs of the controlled frequency divider, the counting input of which is connected to the trigger output, and the output is connected to the control input of the switch, while the second input (part 4-1) of the driver union of a main outlet of the comparator, and the output from the set input of the flip-flop.

При этом каждый формирователь образован двум  инверторами и трем  элементами совпадени , первый элемент из которых первым входом через первый инвертор соединен с первым входом формировател  и с первым входом второго элемента совпадени , второй вход которого через второй инвертор соединен со вторым входом формировател  и вторым входом первого элемен .та совпадени , а выходы двух первых элементов совпадени  соединены со входами третьего элемента совпадени , выход которого  вл етс  выходом формировател .In this case, each driver is formed by two inverters and three elements of coincidence, the first element of which is connected to the first input of the former through the first inverter and to the first input of the second coincidence element, the second input of which is connected via the second inverter to the second input of the former This match and the outputs of the two first match elements are connected to the inputs of the third match element, the output of which is the output of the driver.

На фиг. 1 представлена структурна  электрическа  схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы изменени  напр жени  на выходах переключател  (а), усилител  (б), интегратора (в).компаратора (г) и формировател  (д) .FIG. 1 shows a structural electrical circuit of the device; in fig. 2 shows time diagrams of the voltage variation at the outputs of the switch (a), the amplifier (b), the integrator (c) of the comparator (d) and the driver (e).

Устройство преобразовани  сигнала мостового Датчика в частоту содержит источник питани  1 (фиг.1),переключатель 2, мостовую схему 3, усилитель 4, резисторы 5 и б, ключ 7, интегратор 8, основной компаратор 9, триггер 10, генератор 11, элемент 12 совпадени , делитель 13 напр жени  с п выходами, п дополнительных компараторов 14.-16, (п + 1) дополнительных формирователей 17-20, правл е мый делитель 21 частоты. -.The device for converting the signal of a bridge sensor to a frequency contains a power source 1 (Fig. 1), a switch 2, a bridge circuit 3, an amplifier 4, resistors 5 and b, a key 7, an integrator 8, a main comparator 9, a trigger 10, a generator 11, element 12 coincidence, voltage divider 13 with n outputs, n additional comparators 14.-16, (n + 1) additional formers 17–20, right divider 21 frequencies. -.

Каждый формирователь содержит(на фиг. 1 раскрыт формирователь 17)два инвертора 22 и 24 и три элемента 23, 25 и 26 совпадени .Each driver contains (in Figure 1 a driver 17 is disclosed) two inverters 22 and 24 and three elements 23, 25 and 26 of coincidence.

0 Устройство работает следующим образом .0 The device operates as follows.

В течение интервала t положение переключател  2 таково, что напр жение в точке В относительно точки А положительно (фиг.2а).Напр жение с выхода датчика поступает на вход усилител  4 и через резистор 5 поступает на вход интегратора 8. При этом в начале интервала t положение триггера 10 таково, что ключ 7 открыт. Так как напр жение в точке Б много больше, чем выходное напр жение усилител  4, на выходе интегратора 8 накапливаетс  отрицательное напр жение (фиг.2в). Затем по приходе импульса с генератора 11 частоты триггер перебрасываетс , ключ 7 отключаетс , на вход интегратора 8 подаетс  только напр жение с выхода усиQ лител  4, поэтому накопительный элемент интегратора начинает перезар жатьс , измен   отрицательное выходное напр жение интегратора в положительную сторону и в определенныйDuring the interval t, the position of switch 2 is such that the voltage at point B relative to point A is positive (Fig. 2a). The voltage from the output of the sensor goes to the input of amplifier 4 and through resistor 5 goes to the input of integrator 8. At the beginning of the interval t the position of the trigger 10 is such that the key 7 is open. Since the voltage at point B is much greater than the output voltage of amplifier 4, a negative voltage accumulates at the output of integrator 8 (Fig. 2c). Then, when the pulse arrives from the frequency generator 11, the trigger is thrown, the key 7 is turned off, only the voltage from the output of the amplifier 4 is applied to the input of the integrator 8, therefore the accumulator element of the integrator begins to recharge, changing the negative output voltage of the integrator to the positive side and to a certain

с момент перейдет нулевой уровень, компаратор 9 изменит свое состо ние на противоположное (фиг.2г) и через формирователь 17 даст разрешение на вход триггера 10, но сработает триггер от первого, следующего после этого импульса, приход щего на счетный вход триггера с генератора 11. С выхода триггера осуществл етс  управление временем, в.течение которого на интегратор 8 поступает опорное напр жение. Это управление осуществл етс  путам подачи импульса управлени  с триггера 10 на ключ 7. Таким образом , интегратор 8 посто нно уакапливает напр жение с выхода усилител from the moment it passes the zero level, the comparator 9 will change its state to the opposite (FIG. 2d) and through the driver 17 will give permission to the input of the trigger 10, but the trigger will trigger from the first trigger following this pulse coming to the counting input of the trigger 11 From the output of the trigger, time is controlled, the flow of which to the integrator 8 receives the reference voltage. This control is carried out by means of supplying a pulse of control from trigger 10 to key 7. Thus, the integrator 8 continuously supplies voltage from the output of the amplifier

g 4, Но при переходе выходного напр жени  интегратора через нулевой уровень оно срабатываетс  опорным напр жением точки Б Зс1 врем  между двум  импульсами с генератора 11. Если выходной сигнал мостовой схемы 3 увеличиваетс , то увеличиваетс  и .скорость накоплени  напр жени  интегратором,а значит и частота сброса этого напр жени , то-есть происходит преобразование сигнала мостовой схемы в частоту.g 4, But when the integrator passes the output voltage through the zero level, it is triggered by the reference voltage of the point B 3 of the time between two pulses from the generator 11. If the output signal of the bridge circuit 3 increases, the integrator will also increase the rate of accumulation, and hence the reset frequency of this voltage, i.e., the bridge circuit signal is converted to a frequency.

Claims (2)

На входы п компараторов 14-16 поступает измен ющийс  сигнал с выхода усилител  4, уровень которого зависит от измер емого параметра датчика.Этот 65 сигнал сравниваетс  на входах п компараторов с посто -нным дл  кажйого компаратора сигналом, подаваемым йа другие входы компараторов от деЛите )1апр жени , имеющего h вЫходоё, В з висимости от уровн  сигнала усйглй ёл 4 срабатывает тот или иной компаратор . Положение п компараторов через п формирователей 18-20 определ ет коэффициент .делени  управл емого де лител  частоты 21. Как видно из временной диаграммы (фиг.2г), при переходе выходного на пр жени  интегратора через нуль при отрицательном входном сигнале на ин тервале t на выходе компаратора фо мируетс  положительный фронт точки В, а на интервале t переход выходнего напр жени  интегратора через нуль при положительном входном сигнале формирует отрицательный фронт точки Г. Поэтому задачей формировател   вл етс  формирование одинаково го фронта (например, отрицательного при переходе интегратора через нуль На обоих интервалах t, .2 оди вход формировател  подаетс  сигнал точки Б, а на другой - напр жение с выхода компаратора. На интервале ц сигнал точки Б положительный, а компаратор в момент перехода интегратора через нуль формирует положительный фронт. На интервалах ta компаратор выдает нулевой сигнал, на оба входа элемента 23 совпадени  приход т полох ительные сигналы, а на оба входа элемента 25 совпадени  нуль,на выходе элемент 26 совпадени  положительный сигнал (фиг.2д). 1 . В начале интервалов t на один из входов элемента 23 через инвертор 22 приходит нуль, а на элемент 25 плюс тогда на оба входа элемента 26 поступает плюс и на выходе элемента 26 формируетс  отрицательный фронт(фиг 2д).На интервале t сигнал точки Б отрицательный, а компаратор в момент перехода интегратора через НуЛ формирует отрицательный фронт. На интервалах t компаратор выдает положительный сигнал, на оба входа эле мента 25 поступает плюс, а на оба входа элемента 23 нуль, на выходе элемента 26 - плюс. В начаЛе интервалов tt, на один из входов элемента 23 приходит плюс через инвертор 22, а на элемент 25 нуль тогда на оба входа элемента 26 поступает плюс и на выходе элемента 26 формируетс  отрицательный фронт (фиг.2л). Алгоритм работы формирователей заключаетс  в том, что если на входах , например,формировател  18 сигналы противоположны (нуль и плюс -или плюс и нуль) , на выходе сигнал соответствует плюсу. При одинаковых сигналах (оба плюсы или оба нули) на выходе сигнал будет нуль. Преимущество изобретени  по сравнению с изёёстным заключаотЬ  в увеличении точности и разрешающей способности за счет увеличени  динамического диапазона выходных частот. Формула изобретени  1. Устройстве дл  преобразовани  сигнала мостового датчика в частоту, содержащее мостовую схему, генератор частоты, выход которого соединен с первым входом элемента совпадени  и счетным входом триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента совпадени  и управл ющим входом ключа, который своим информационным входом соединен через первый резистор с одной из вершин диагонали питани  мостовой схемы, а, выход ключа через интегратор соединен со входом основного компаратора, а также усилитель, выход которого соединен через второй резистор со входом интегратора , а выходы усилител  соединены с измерительной диагональю мостовой схемы и источник питани ,выход Которого через переключатель соединен с мостовой схемой,о тличающе е с   тем, что, с целью повышени  точности преобразовани , в него дополнительно введены (п +1) формирователей , п компараторов, управл емый делитель частоты и делитель напр жени  с р выходами, входы которого соединены с диагональю питани  мостовой схемы, а п выходов соединены с первыми входами дополнительных п компараторов , вторые входы которых соединены между собой и с выходом усилител , а выходы п компараторов соединены с первыми входами п формирователей , другие входы которых соединены между собой с первым входом (п + 1)-го формировател  и вершиной диагонали питани  мостовой схемы,причем выходы п формирователей соединены с управл ющими Ъходами управл емого делител  частоты, счетный вход которого соединен с выходом триггера, а выход соединен с управл ющим входом переключател , при этом второй вход (п + 1)-го формировател  соединен с выходом основного компаратора, а выход с установленным входом триггера . 2. Устройство по П.1, отличающеес  тем, что- каждый формирователь образован двум  инверторами И трем  элементами совпадени , первый элемент из которых первым входом через первый инвертор соединен с первым входом формировател  и первым входом второго элемента совпадени , второй вход которого через второй инвертор соединен со вторым входом формировател  и вторым входом первого элемента совпадени , а выход. двух 7 первыа 1&лементов совпадени  соединены со ходами третьего элемента совпадени , выход которого  вл етс  выходом формировател ; Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 0 1.Экспресс-информаци  Приборы и элементы автоматики и вычислительной техники. 1974, № 47, с. 5-9. The inputs n of the comparators 14-16 receive a variable signal from the output of amplifier 4, the level of which depends on the measured parameter of the sensor. This 65 signal is compared at the inputs n of the comparators with a constant signal supplied to each comparator from the deLite) A circuit having a h output, depending on the signal level of the instrument 4, triggers one or another comparator. The position of the comparators through the formers 18-20 determines the division ratio of the controlled frequency divider 21. As can be seen from the timing diagram (Fig. 2d), when the output switches to the integrator yarn through zero when the input signal is negative at interval t the comparator output is formed by the positive edge of point B, and on the interval t the transition of the integrator output voltage through zero at a positive input signal forms the negative front of point G. Therefore, the task of the driver is to form the same (for example, negative when the integrator goes through zero) At both intervals t, .2, both the input of the imager is given a signal from point B, and to the other - the voltage from the output of the comparator. At an interval c, the signal from point B is positive, and the comparator at a zero forms a positive front. At intervals ta, the comparator outputs a zero signal, positive signals arrive at both inputs of the matching element 23, and a positive signal arrives at both inputs of the matching element 25, and a positive signal at the output (fig.2d). one . At the beginning of the intervals t, one of the inputs of element 23 goes through the inverter 22, and element 25 plus then a positive input to both inputs of element 26 and a negative front is formed at the output of element 26 (Fig 2d). In the interval t the signal of point B is negative, and the comparator at the time of the transition of the integrator through the NL forms a negative front. At intervals t, the comparator outputs a positive signal, a positive signal is received at both inputs of element 25, and zero at both inputs of element 23, plus 26 at the output of element 26. In the beginning of the intervals tt, one of the inputs of the element 23 comes plus through the inverter 22, and the element 25 has a zero then a positive edge is fed to both inputs of the element 26 and a negative front is formed at the output of the element 26 (Fig.2l). The algorithm of operation of the formers is that if at the inputs of, for example, shaper 18, the signals are opposite (zero and plus or plus and zero), the output at the output corresponds to a plus. With the same signals (both pluses or both zeros), the output signal will be zero. The advantage of the invention in comparison with izestnoe is to increase the accuracy and resolution by increasing the dynamic range of output frequencies. Claim 1. Device for converting a bridge sensor signal into a frequency comprising a bridge circuit, a frequency generator whose output is connected to the first input of a matching element and a counting trigger input, the output of which is connected to a second input of a matching element and a control input of a key, which by its information the input is connected through the first resistor to one of the vertices of the power diagonal of the bridge circuit, and the output of the key is connected via an integrator to the input of the main comparator, as well as an amplifier whose output o is connected via the second resistor to the integrator input, and the amplifier outputs are connected to the measuring diagonal of the bridge circuit and the power source, whose output is connected via a switch to the bridge circuit, in order to improve the accuracy of the conversion, n +1) shapers, n comparators, controlled frequency divider and voltage divider with p outputs, the inputs of which are connected to the diagonal of the bridge circuit power, and n outputs connected to the first inputs of additional n comparators s, the second inputs of which are interconnected and with the output of the amplifier, and the outputs of the n comparators are connected to the first inputs of the n drivers, the other inputs of which are interconnected with the first input of the (n + 1) -th driver and the top of the diagonal of the bridge power supply, The shaper units are connected to the control inputs of the controlled frequency divider, the counting input of which is connected to the trigger output, and the output is connected to the control input of the switch, while the second input of the (n + 1) -th driver is connected to the output of the main about the comparator, and the output with a set trigger input. 2. The device according to claim 1, characterized in that - each driver is formed by two inverters And three elements of coincidence, the first element of which is connected to the first input of the driver and the first input of the second coincidence element by the first input through the second inverter connected to the second input of the imaging unit and the second input of the first element of the match, and the output. the two 7 first 1 & match elements are connected to the strokes of the third matching element, the output of which is the output of the driver; Sources of information taken into account in the examination 0 1. Express information Devices and elements of automation and computer technology. 1974, No. 47, p. 5-9. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке 2597412, кл. Н 03 К 13/20,, 31.08.78.2. USSR author's certificate according to the application No. 2597412, cl. H 03 K 13/20 ,, 08/31/78.