УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТОКОВЫХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к приборостроению и специализированным устройствам вычислительной техники и автоматики и может быть использована для синхронного преобразования в цифровую форму аналоговых сигналов акселерометров и термодатчиков, входящих в состав единого изделия.
Предложенное техническое решение представляет собой устройство, содержащее элементы (блоки) и связи между ними, находящиеся в функционально-конструктивном единстве и размещенные в ограниченном пространстве в едином корпусе.
Известно устройство [RU 2507622, C2, H01F 38/28, G01R 15/18, 20.02.2014], содержащее входной преобразователь тока, который преобразует входной ток, принимаемый через клеммную панель, в предварительно определенный аналоговый сигнал посредством электрической изоляции входного тока посредством трансформатора и преобразует аналоговый сигнал, полученный посредством трансформатора, в цифровой сигнал посредством схемы аналого-цифрового преобразования, при этом, клеммная панель преобразователя входного тока и конец обмотки первичной стороны трансформатора подключены посредством первой металлической пластины и второй металлической пластины, которые имеют цельные формы, первая металлическая пластина, имеющая цельную форму, имеет конец, присоединенный к клеммной панели, и другой конец, присоединенный к концу обмотки первичной стороны трансформатора, вторая металлическая пластина, имеющая цельную форму, имеет конец, присоединенный к клеммной панели, и другой конец, присоединенный к другому концу обмотки первичной стороны трансформатора, и соединяет клеммную панель и другой конец обмотки первичной стороны трансформатора.
Недостатком устройства является его относительно узкие функциональные возможности.
Известно также устройство [RU 119190, U1, H03M 1/46, 10.08.2012], содержащее n-разрядный блок преобразования, n-1 от 1- до n-1-разрядных блоков преобразования, n+1 n-разрядных мультиплексоров, n-разрядный приоритетный шифратор, RS триггер и схема И, выходы блоков преобразования образованы n информационными выходами и выходом со схемы сравнения (СС), причем выходы СС блоков преобразования соединены с информационными входами приоритетного шифратора таким образом, что выход СС первого блока преобразования соединен с xn информационным входом приоритетного шифратора, выход схемы сравнения со второго блока преобразования соединен с x(n-1) информационным входом приоритетного шифратора и так далее до (n-1)-го блока преобразования, на информационный вход x1 приоритетного шифратора подключен высокий потенциал напряжения, соответствующий логической единице, а также выходы СС блоков преобразования 1, 2, …, n соответственно соединены с информационными входами xn, x(n-1), …, x1 одного из мультиплексоров, его выход соединен с входом R RS триггера, на вход S которого и вход разрешения E1 приоритетного шифратора подключена шина запуск, выход RS триггера Q соединен с одним из входов схемы И, на другой вход которой подключена шина тактовых импульсов, выход схемы И подключен к входам Т. имп блоков преобразования, информационные выходы 1, 2, …, n блоков преобразования 1, 2, …, n соответственно соединены с информационными входами n, n-1, …, 1 мультиплексоров n, n-1, …1, выход y1, y2, …, yk приоритетного шифратора соединен с соответствующим адресным входом A1, A2, …, Ak мультиплексоров, к измерительному входу Ux блоков преобразования подключена шина с входным напряжением Ux, разряды цифрового кода сформированы выходными цепями мультиплексоров, начиная с n-го мультиплексора.
Недостатком устройства является его относительно высокая сложность.
Наиболее близким по технической сущности и получаемому техническому результату к предложенному является устройство [RU 2482588, C1, H02J 13/00, 20.05.2014], содержащее блок вычисления фазовых векторов напряжения и тока, выходной коммуникационный интерфейс, блок аналого-цифрового преобразования, снабженный аналоговыми измерительными интерфейсами напряжения и тока, блок приема сигналов календарной синхронизации, блок формирования внутреннего цифрового потока, снабженный входом приема сигналов тактовой синхронизации, блок приема цифровых потоков, блок формирования выходных данных, блок дискретно-цифрового преобразования, снабженный интерфейсами дискретного ввода, причем, блок приема цифровых потоков выполнен в виде блока коммуникационного резервирования, снабженного интерфейсами приема цифровых потоков, к входам блока вычисления фазовых векторов подключены выход блока аналого-цифрового преобразования через блок формирования внутреннего цифрового потока, выход блока приема сигналов календарной синхронизации и выход блока приема цифровых потоков
Недостатком устройства является его относительно узкие функциональные возможности, поскольку хотя оно и позволяет производить аналого-цифровое преобразование текущих аналоговых сигналов, но не позволяет производить синхронное преобразование в цифровую форму аналоговых сигналов акселерометров и термодатчиков, входящих в состав единого изделия.
Задача, которая решается в предложенной полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем введения дополнительного арсенала технических средств, позволяющих производить синхронное преобразование в цифровую форму аналоговых сигналов акселерометров и термодатчиков, входящих в состав единого изделия. Это обеспечивает точное вычитание поправок в показаниях акселерометров в зависимости от температуры акселерометров.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь и блок формирования выходных данных, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, согласно предложенной полезной модели введены, буферный блок нормализации сигналов, первый, второй и третий входы которого являются входами соответственно, сигнала термодатчика оси x, сигнала термодатчика оси y и сигнала термодатчика оси z, буферный блок оси x, вход которого соединен с токовым выходом сигнала акселерометра оси x, буферный блок оси y, вход которого соединен с токовым выходом сигнала акселерометра оси y, буферный блок оси z, вход которого соединен с токовым выходом сигнала акселерометра оси z, а также измерительный канал оси x, вход которого соединен в выходом буферного блока оси x, измерительный канал оси y, вход которого соединен в выходом буферного блока оси y и измерительный канал оси z, вход которого соединен в выходом буферного блока оси z, причем, первый и второй выходы измерительного канала оси x, измерительного канала оси y и измерительного канала оси z образуют группу выходов измерительных каналов и соединены с группой входов блока формирования выходных данных, а тактовые входы аналого-цифрового преобразователя, буферного блока оси x, буферного блока оси y и буферного блока оси z являются входами единого синхросигнала.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, частота единого синхросигнала составляет 200 Гц.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, измерительный канал оси x, измерительный канал оси y и измерительный канал оси z выполнены идентичными и содержат блок измерения сигнала в диапазоне +-8g, выход которого является его первым выходом, а также последовательно соединенных, делителя на 5, вход которого объединен с входом блока измерения сигнала в диапазоне +-8g и является его входом, и блок измерения сигнала в диапазоне +-40g, выход которого является его вторым выходом.
На чертеже представлена функциональная схема устройства преобразования токовых сигналов
Устройство преобразования токовых сигналов содержит аналого-цифровой преобразователь 1 и блок 2 формирования выходных данных, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 1.
Кроме того, устройство преобразования токовых сигналов содержит также буферный блок 3 нормализации сигналов, первый, второй и третий входы которого являются входами соответственно, сигнала термодатчика оси x, сигнала термодатчика оси y и сигнала термодатчика оси z, буферный блок 4 оси x, вход которого соединен с токовым выходом сигнала акселерометра оси x, буферный блок 5 оси y, вход которого соединен с токовым выходом сигнала акселерометра оси y, буферный блок 6 оси z, вход которого соединен с токовым выходом сигнала акселерометра оси z, а также измерительный канал 7 оси x, вход которого соединен в выходом буферного блока 6 оси x, измерительный канал 8 оси y, вход которого соединен в выходом буферного блока 6 оси y и измерительный канал 9 оси z, вход которого соединен в выходом буферного блока 6 оси z.
В устройстве преобразования токовых сигналов первый и второй выходы измерительного канала 7 оси x, измерительного канала 8 оси y и измерительного канала 9 оси z образуют группу выходов измерительных каналов и соединены с группой входов блока 2 формирования выходных данных, а тактовые входы аналого-цифрового преобразователя 1, буферного блока 4 оси x, буферного блока 5 оси y и буферного блока 6 оси z являются входами единого синхросигнала.
Экспериментально установлено, что приемлемой частотой единого синхросигнала является частота 200 Гц.
Кроме того, измерительный канал 7 оси x, измерительный канал 8 оси y и измерительный канал 9 оси z могут быть выполнены идентичными содержат блок 10 измерения сигнала в диапазоне +-8g, выход которого является первым выходом соответствующего измерительного канала, а также последовательно соединенных, делителя 11 на 5, вход которого объединен с входом блока 10 измерения сигнала в диапазоне +-8g и является входом соответствующего измерительного канала, и блок измерения сигнала в диапазоне +-40g, выход которого является вторым выходом соответствующего измерительного канала.
Устройство содержит элементы, охарактеризованные на функциональном уровне, и описываемая форма их реализации предполагает использование или стандартного элемента измерительной или вычислительной техники или программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому ниже, при описании работы устройства представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемой ему в составе данного устройства функции, достаточных для их технической реализации.
Работает устройство преобразования токовых сигналов следующим образом.
Устройство предназначено для приема аналоговых токовых сигналов от трех акселерометров и трех аналоговых термодатчиков, функционирующих в едином изделии, оцифровки аналоговых сигналов синхронно внешнему синхросигналу частотой 200 Гц, и записи оцифрованных данных в блок 2 формирования выходных данных, выполненного преимущественно в виде буфера FIFO (в котором реализован стандартный способу запоминания данных, обрабатываемых в очереди, когда каждый элемент очереди хранится в структуре данных очереди и первые данные, добавленные в очередь, будут первыми из нее удалены, то есть обработка производится последовательно в том же порядке, что и поступление) для последующего считывания по шине PC-104.
Указанные функции устройства реализуются следующим образом.
Сигналы от термодатчиков по осям x, y и z в форме аналоговых сигналов, поступают в блок 3 нормализации сигналов, где они приводятся к диапазону работы данного АЦП.
Нормализованные сигналы из блока 3 поступают в аналого-цифровой преобразователь 1, где производится их преобразование в цифровые данные для занесения в блок 2 выходных данных, функционирующего в режиме буфера FIFO.
Параллельно с этим токовые сигналы акселерометра по осям x, y и z поступают в соответствующие им буферные блоки 4, 5 и 6, где преобразуются в цифровую форму. Далее каждый из сигналов поступает в блок 10 измерения сигнала в диапазоне +-8g с последующей подачей в блок 2 выходных данных, а также после деления на 5 в блоке 11 сигналы поступают в блок 12 измерения сигнала в диапазоне +-40g. Все три пары сформированных таким образом сигналов заносятся в блок 2 выходных данных. Благодаря этому при ускорениях до +-40g сигналы на входах АЦП находятся в диапазоне его работы.
При этом, все описанные преобразования производятся с частотой единого синхросигнала 200 Гц.
Таким образом, благодаря введению дополнительного арсенала технических средств (в частности, тем, что, введены буферный блок нормализации сигналов, первый, второй и третий входы которого являются входами соответственно, сигнала термодатчика оси x, сигнала термодатчика оси y и сигнала термодатчика оси z, буферный блок оси x, вход которого соединен с токовым выходом сигнала акселерометра оси x, буферный блок оси y, вход которого соединен с токовым выходом сигнала акселерометра оси y, буферный блок оси z, вход которого соединен с токовым выходом сигнала акселерометра оси z, а также измерительный канал оси x, вход которого соединен в выходом буферного блока оси x, измерительный канал оси y, вход которого соединен в выходом буферного блока оси y и измерительный канал оси z, вход которого соединен в выходом буферного блока оси z, причем, первый и второй выходы измерительного канала оси x, измерительного канала оси y и измерительного канала оси z образуют группу выходов измерительных каналов и соединены с группой входов блока формирования выходных данных, а тактовые входы аналого-цифрового преобразователя, буферного блока оси x, буферного блока оси y и буферного блока оси z являются входами единого синхросигнала) достигается требуемый технический результат, заключающийся в том, что, расширяются функциональные возможности устройства путем обеспечения синхронного преобразования в цифровую форму аналоговых сигналов акселерометров и термодатчиков, входящих в состав единого изделия.