RU2241236C1

RU2241236C1 - Electromagnetic transducers parameter converter

Info

Publication number: RU2241236C1
Application number: RU2003109995/28A
Authority: RU
Inventors: М.Г. Ильин (RU); М.Г. Ильин; В.И. Смирнов (RU); В.И. Смирнов
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-27

Abstract

FIELD: measurement technology.

SUBSTANCE: device is provided additionally with NOR circuit connected with parallel terminal of input/output and with one of inputs of AND gate. Second input of AND gate is connected with output of count pulse oscillator. Output of AND gate is connected with clock input of counter being the first in the row of counter connected in series. Output of count termination of the first counter is connected with clock input of second counter. Reset inputs of counters are connected with output of pulse forming unit and outputs of counters are connected with parallel terminal of input/output unit.

EFFECT: improved speed of operation; widened dynamic range of measurements.

2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля технологических процессов и функциональной диагностики электромеханических объектов.The invention relates to measuring equipment and can be used in automated process control systems and functional diagnostics of electromechanical objects.

Одним из устройств преобразования параметров электромагнитных датчиков является устройство, основанное на использовании зависимости длительности переходного процесса, возбуждаемого в цепи первичного преобразователя, от индуктивности датчика. Измерительные устройства подобного типа обладают высоким быстродействием, значительно превышающим быстродействие устройств, использующих, например, мостовые схемы или колебательные LC-контуры (см. пат. РФ №2168728, БИ №16, 2001 г.).One of the devices for converting the parameters of electromagnetic sensors is a device based on the use of the dependence of the duration of the transient process excited in the circuit of the primary converter on the inductance of the sensor. Measuring devices of this type have high speed, significantly exceeding the speed of devices using, for example, bridge circuits or oscillatory LC circuits (see US Pat. RF No. 2168728, BI No. 16, 2001).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа вышеуказанное устройство преобразования параметров датчиков индуктивного и резисторного типов (Патент РФ №2168728. Способ и устройство преобразования сигналов от датчиков индуктивного и резисторного типов /БИ. №16, 2001 г.). В данном устройстве в качестве первичного преобразователя используются параллельно соединенные катушка индуктивности, резистор и специальный диод с большим временем восстановления обратного сопротивления. Подача кратковременного электрического импульса возбуждает в цепях измерительного и опорного плеч датчика переходные процессы, длительность которых зависит от параметров датчика. Разность длительностей переходных процессов в измерительном и опорном плечах преобразуется в длительность импульса рассогласования, затем длительность импульса рассогласования преобразуется в напряжение и далее в цифровой код, поступающий в компьютер.The closest in technical essence to the claimed invention is the above-mentioned device for converting the parameters of sensors of inductive and resistor types selected as a prototype (RF Patent No. 2168728. Method and device for converting signals from sensors of inductive and resistor types / BI. No. 16, 2001). In this device, a parallel inductance coil, a resistor and a special diode with a long recovery time of the inverse resistance are used as a primary converter. The supply of a short-term electrical pulse excites transients in the circuits of the measuring and supporting arms of the sensor, the duration of which depends on the parameters of the sensor. The difference in the durations of transients in the measuring and supporting arms is converted into the duration of the mismatch pulse, then the duration of the mismatch pulse is converted to voltage and then to a digital code that enters the computer.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные признаки: оба они имеют одинаковые первичные преобразователи, состоящие из параллельно соединенных катушки индуктивности, резистора и диода; в цепях первичных преобразователей обоих устройств под воздействием кратковременного электрического импульса возбуждаются переходные процессы, длительность которых зависит от параметров датчиков; в обоих устройствах разность длительностей переходных процессов измерительного и опорного плеч с помощью компараторов и схем “исключающее ИЛИ” преобразуется в длительность импульса рассогласования.The prototype and the claimed invention have the following similar features: both of them have the same primary converters, consisting of parallel-connected inductors, resistors and diodes; in the circuits of the primary converters of both devices under the influence of a short-term electrical pulse, transients are excited, the duration of which depends on the parameters of the sensors; in both devices, the difference in the durations of the transient processes of the measuring and supporting arms with the help of comparators and exclusive-OR circuits is converted into the duration of the mismatch pulse.

Недостатком прототипа является то, что в нем длительность импульса рассогласования вначале с помощью интегратора преобразуется в напряжение, а затем в цифровой код, что отрицательно сказывается на быстродействии измерительного устройства, поскольку в этом случае продолжительность однократного измерения включает в себя и время преобразования АЦП. Кроме того, необходимость преобразования длительности импульса рассогласования с помощью интегратора в напряжение с последующей подачей его на вход АЦП ограничивает динамический диапазон измерений устройства максимальным выходным напряжением интегратора и разрядностью используемого АЦП.The disadvantage of the prototype is that in it the duration of the mismatch pulse is first converted by the integrator into voltage and then into a digital code, which negatively affects the speed of the measuring device, since in this case the duration of a single measurement includes the ADC conversion time. In addition, the need to convert the duration of the mismatch pulse using an integrator into voltage and then supplying it to the ADC input limits the dynamic range of the device’s measurements to the maximum output voltage of the integrator and the bit depth of the used ADC.

Технический результат - повышение быстродействия и расширение динамического диапазона измерений достигается тем, что в отличие от прототипа в заявляемом устройстве преобразование длительности импульса рассогласования в цифровой код производится непосредственно, то есть без промежуточного преобразования “время напряжение”. Это осуществляется с помощью заполнения измеряемого временного интервала счетными импульсами, количество которых регистрируется соответствующими счетчиками электрических импульсов.The technical result is an increase in speed and expansion of the dynamic range of measurements is achieved by the fact that, in contrast to the prototype in the inventive device, the conversion of the duration of the mismatch pulse into a digital code is performed directly, that is, without an intermediate conversion of “time voltage”. This is done by filling the measured time interval with counting pulses, the number of which is recorded by the corresponding electric pulse counters.

Структурная схема преобразователя параметров электромагнитных датчиков, конструктивно выполненного на печатной плате, размещаемой в разъеме системной магистрали персонального компьютера, представлена на фиг.1. Устройство включает в себя параллельный порт ввода/вывода 1, связывающий преобразователь с системной магистралью компьютера и состоящий из дешифратора адреса порта, буферных регистров и двунаправленных шинных формирователей; блок формирования импульсов 2, осуществляющий опрос датчиков в соответствии с установленными адресами каналов, к выходу которого подключены последовательно первый коммутатор тока 3, управляемый сигналами с выхода порта, и многоканальный усилитель 4, с помощью которого осуществляется возбуждение переходных процессов в цепях датчиков. Выходы усилителя 4 подключены к чувствительным элементам датчиков 5, состоящих из параллельно соединенных индуктивности, резистора и диода. Датчики через второй коммутатор тока 6 подключены к первому входу компаратора 7, второй вход которого соединен с общей шиной, выход компаратора подключен к одному из входов схемы “исключающее ИЛИ” 8, а ко второму входу подключен выход опорного плеча 9, включающего в себя те же элементы, что и измерительное плечо, т.е. коммутатор тока, многоканальный усилитель, чувствительные элементы датчиков с фиксированными параметрами, другой коммутатор тока и компаратор. Выход схемы “исключающее ИЛИ” 8 подключен к параллельному порту ввода/вывода 1 и к одному из входов схемы “логическое И” 10, второй вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов 11, Выход схемы “логическое И” соединен с тактовым входом первого из совокупности последовательно соединенных счетчиков 12, а вывод окончания счета первого счетчика подключен к тактовому входу второго счетчика 13. Входы сброса счетчиков 12 и 13 соединены с выходом блока формирования импульсов 2, а выходы счетчиков соединены с параллельным портом ввода/вывода 1.The structural diagram of the converter of parameters of electromagnetic sensors, structurally made on a printed circuit board located in the connector of the system bus of a personal computer, is presented in figure 1. The device includes a parallel input / output port 1, which connects the converter to the computer system bus and consists of a port address decoder, buffer registers, and bi-directional bus drivers; a pulse generating unit 2, which polls the sensors in accordance with the set channel addresses, to the output of which the first current switch 3, controlled by the signals from the port output, and a multi-channel amplifier 4, through which the transient processes are excited in the sensor circuits, are connected in series. The outputs of the amplifier 4 are connected to the sensitive elements of the sensors 5, consisting of a parallel-connected inductance, a resistor and a diode. The sensors through the second current switch 6 are connected to the first input of the comparator 7, the second input of which is connected to a common bus, the output of the comparator is connected to one of the inputs of the exclusive OR circuit 8, and the output of the support arm 9, including the same ones, is connected to the second input elements as the measuring arm, i.e. current switch, multichannel amplifier, sensitive sensors with fixed parameters, another current switch and comparator. The output of the exclusive OR circuit 8 is connected to the parallel input / output port 1 and to one of the inputs of the logical AND circuit 10, the second input of which is connected to the output of the counting pulse generator 11, The output of the logical AND circuit is connected to the clock input of the first of a set of series-connected counters 12, and the output of the counting end of the first counter is connected to the clock input of the second counter 13. The reset inputs of the counters 12 and 13 are connected to the output of the pulse forming unit 2, and the outputs of the counters are connected to the parallel input port / output 1.

Работу преобразователя поясняют временные диаграммы напряжений, представленные на фиг.2. Электрический импульс U₁, выработанный блоком формирования импульсов 2 и усиленный многоканальным усилителем 4, возбуждает в цепи датчика 5 переходный процесс U₂. Аналогичный переходный процесс U₃ возбуждается в опорном плече датчика 9. Компаратор 7 измерительного плеча преобразует аналоговый сигнал с выхода датчика в импульсы U₄ ТТЛ-логики. Аналогичное преобразование осуществляет компаратор опорного плеча, формируя импульсы U₅. Схема “исключающее ИЛИ” 8 выделяет из импульсов U₄ и U₅ импульс рассогласования U₆, длительность которого однозначно связана с параметрами датчика.The operation of the Converter explain the timing diagram of the voltages presented in figure 2. The electric pulse U ₁ generated by the pulse forming unit 2 and amplified by a multi-channel amplifier 4, excites the transient U ₂ in the sensor circuit 5. A similar transient U _{3 is} excited in the support arm of the sensor 9. The comparator 7 of the measuring arm converts the analog signal from the output of the sensor to pulses U ₄ TTL logic. A similar conversion is carried out by the comparator of the support arm, forming pulses U ₅ . The exclusive-OR circuit 8 extracts from the pulses U ₄ and U ₅ a mismatch pulse U ₆ , the duration of which is uniquely related to the parameters of the sensor.

Далее импульс U₆ поступает на один из входов схемы “логическое И” 10, на второй вход которой поступают счетные импульсы U₇ с выхода генератора счетных импульсов 11. Импульсы с выхода схемы “логическое И” 10 поступают на вход счетчика 12. При переполнении счетчика 12 соответствующий импульс переполнения поступает на вход счетчика 13, что позволяет расширить разрядность цифрового кода, поступающего через параллельный порт ввода/вывода 1 в компьютер. Цифровой код, зафиксированный в последовательно соединенных счетчиках 12 и 13, будет равен произведению длительности импульса рассогласования на частоту счетных импульсов. При фиксированной частоте счетных импульсов их количество U₈, поступившее на вход счетчика 12, определяется только длительностью импульса рассогласования U₆.Next, the pulse U _{6 is} fed to one of the inputs of the logical AND circuit 10, to the second input of which the counting pulses U ₇ are received from the output of the counter pulse generator 11. The pulses from the output of the logical AND circuit 10 are fed to the input of the counter 12. When the counter overflows 12, the corresponding overflow pulse is supplied to the input of the counter 13, which allows you to expand the capacity of the digital code entering through the parallel input / output port 1 to the computer. The digital code recorded in the series-connected counters 12 and 13 will be equal to the product of the duration of the mismatch pulse by the frequency of the counting pulses. At a fixed frequency of the counting pulses, their number U ₈ , received at the input of the counter 12, is determined only by the duration of the mismatch pulse U ₆ .

Импульс рассогласования U₆ одновременно выполняет функцию запроса прерывания для компьютера. Получив сигнал запроса прерываний, процессор компьютера инициирует процедуру считывания данных с выходов счетчиков 12 и 13, затем при необходимости изменяет адрес канала и далее процесс повторяется. При этом сигнал с выхода блока формирования импульсов 2, предназначенный для возбуждения переходных процессов в чувствительных элементах датчиков 5, используется также для обнуления счетчиков 12 и 13.The mismatch pulse U ₆ simultaneously functions as an interrupt request for the computer. Having received the interrupt request signal, the computer processor initiates the procedure for reading data from the outputs of the counters 12 and 13, then, if necessary, changes the channel address and then the process is repeated. In this case, the signal from the output of the pulse forming unit 2, designed to excite transients in the sensitive elements of the sensors 5, is also used to reset the counters 12 and 13.

Положительный эффект данного технического решения состоит в том, что непосредственное преобразование длительности импульса рассогласования в цифровой код, использованное в устройстве, позволило повысить его быстродействие и расширить динамический диапазон измерений.The positive effect of this technical solution is that the direct conversion of the duration of the mismatch pulse into the digital code used in the device made it possible to increase its speed and expand the dynamic range of measurements.

Claims

A converter of parameters of electromagnetic sensors, comprising a parallel input / output port connecting the converter to the signal line of the computer, a pulse shaping unit, the output of which is connected in series to the first current switch, controlled by the signals from the port output, and a multi-channel amplifier, the outputs of which are connected to the sensitive elements of the sensors, consisting of inductors, resistors and diodes connected in parallel, which are connected to the first input by a comparator through a second current switch a, the second input of which is connected to the common bus, the output of the comparator is connected to one of the inputs of the Exclusive OR circuit, the second input of which is connected to the output of the reference channel, which includes two current switches, a multi-channel amplifier, sensitive elements of the sensor with fixed parameters and a comparator in that the exclusive OR circuit input is connected to a parallel input / output port and to one of the inputs of the Logical AND circuit, the second input of which is connected to the output of the counter pulse generator, the circuit output is Logical The second AND is connected to the clock input of the first of the series of counters connected in series, and the output end of the count of the first counter is connected to the clock input of the second counter, the reset inputs of the counters are connected to the output of the pulse forming unit, and the outputs of the counters with a parallel input / output port.