Przedmiotem wynalazku jest przetwornik napiecie-czestotliwosc, sluzacy do przetwa¬ rzania sygnalów impulsowych. Przetwornik jest przeznaczony do dolaczania bezposrednio do wyjsc czujników i przetworników analogowo-impulsowych.Wynalazek dotyczy techniki rejestracji danych, naplywajacych z czujników, zainstalowanych w systemie zbierania informacji.Stan techniki. Zasadniczym problemem wspólczesnej techniki centralnej rejestracji danych jest uzyskanie duzej odpornosci na zaklócenia, wystepujace w kanalach transmisyjnych, w trakcie przesylu informacji z czujników, zainstalowanych w systemie.Konwencjonalne systemy centralnej rejestracji i przetwarzania danych sa zbudowane w oparciu o analogo¬ wa technike transmisji danych. Zawieraja one zazwyczaj blok wejsc analogowych poszczególnych kanalów oraz wzmacniacz programowany, tak zwany wzmacniacz normalizujacy i przetwornik analogowo-cyfrowy, wspólny dla tych torów pomiarowych.Konstrukcja komutatorów analogowych niskopoziomowych sygnalów, przenoszonych informacji analogo¬ wych, nastrecza wiele problemów technicznych. Trudna jest równiez separacja galwaniczna torów pomiarowych.Te analogowe systemy sa podatne na zaklócenia amplitudowe, wystepujace szczególnie w systemach pomiarowych, instalowanych na statkach przemyslowych.Zastosowanie prostych i niezawodnych przetworników analogowo-cyfrowych, a w szczególnosci przetwor¬ ników napiecie-czestotliwosc, bezposrednio na wyjsciu czujników i przetworników analogowych, skutecznie chroni system przed zaklóceniami, wplywajacymi na analogowe tory pomiarowe. Przesylany sygnal czestotli¬ wosciowy jest wówczas odporny na zaklócenia, latwy do komutacji i separacji galwanicznej. Cechuje on takze problem wlaczeniem za pomoca interfejsu do systemu komputerowego.Znany nowoczesny przetwornik napiecie na czestotliwosc z zastosowaniem ukladów rozszerzenia dynami¬ ki i wyrazania polaryzacji sygnalu wejsciowego, wedlug polskiego opisu zgloszeniowego nr P.184926 realizuje2 106 619 proces przetwarzania, w którym odwrócone w fazie sygnaly napieciowe sa przemiennie kluczowane w pierwszym zespole przelaczajacym, wlaczonym miedzy wejsciem ukladu wzmacniajacego o wyjsciach z odwrócona faza, a wejsciem ukladu calkujacego, polaczonego z jednym wejsciem komparatora, sterowanego na drugim wyjsciu z kluczowanego zródla odniesienia. Elementy przelaczajace tego zródla sa sterowane z wyjsc komparatora.Uklad opisanego przetwornika zwiera zespól obwodów, sluzacych do poszerzenia dynamiki przetwarzanych napiec wejsciowych. Zgodnie z tym wynalazkiem, obwód wejsciowy stanowia dwa wzmacniacze napieciowe on-krotnie rózniacym sie wzmocnieniu. Liczba njest zalozonym progiem w klasyfikacji poziomu napiecia wejsciowego. Sygnal zakwalifikowany w detektorze poziomu do klasy sygnalów malych, to znaczy mniejszych od n-krotnej czesci maksymalnego sygnalu wejsciowego, powoduje wlaczenie do toru przetwarzania wzmacnia¬ cza o wiekszym wzmocnieniu. Natomiast sygnal wejsciowy, zakwalifikowany do klasy sygnalów duzych, powoduje wlgczenie do toru przetwarzania drugiego wzmacniacza, o wzmocnieniu n-krotnie mniejszym w stosun¬ ku 4a pfcfyfszego, Opisany uklad wykazuje jednak pewne niedogodnosci i wady techniczne. W torze przetwarza¬ nia sygnalu napieciowego na czestotliwosc musi wystepowac wysokostabilny wzmacniacz pradu stalego i szerokim Pasmie preinoszenia i o wyjsciach z odwrócona faza. Dalsza niedogodnoscia jest koniecznosc dyspono- y^amatwyyodrebnipnyy zródlem napiecia odniesienia, kluczowanego napieciami odwróconymi w fazie i z wyjscia komparatora anSfógBwego.Istota wynalazku. Przetwornik napiecie-czestotliwosc, wedlug wynalazku, zawiera dwa wejsciowe przet¬ worniki napiecie-prad, majace wspólczynniki przetwarzania równe co do modulu, a przeciwne co do znaku.Wyjsciami sa one polaczone poprzez wezel sumujacy z wejsciem odwracajacym ukladu calkujacego i z para kluczy analogowych. Wyjscie pierwszego przetwornika napiecie prad jest dodatkowo polaczone z wejsciem detektora polaryzaq'i napiecia wejsciowego. Wyjscie ukladu calkujacego jest dolaczone do wejscia odwracajacego analogowego komparatora o charakterystyce z petla histerezy. Wyjscie tego komparatora jest polaczone z pierw¬ szym wejsciem ukladu sterowania kluczami i z wejsciem podwajacza czestotliwosci. Jednoczesnie drugie wejscie ukladu sterowania kluczami jest zwarte z wyjsciem dekodera, bedacego zarazem wyjsciem sygnalu ZNAK.Wyjscie ukladu podwajacza czestotliwosci jest wyjsciem ukladu przetwornika napiecie-czestotliwosc.Przetwornik, wedlug wynalazku, nie pokazuje wad znanych rozwiazan, bedac przetwornikiem o wysokiej klasie dokladnosci. Jest on zrealizowany za pomoca stosunkowo prostych srodków technicznych. Bipolarny przetwornik napiecie-czestotliwosc, wedlug wynalazku, dziala w oparciu o metode uzalezniania przedzialów czasowych zarówno ladowania jak i rozladowania pojemnosci ukladu calkujacego do wejsciowego napiecia przetwarzanego.Przetwornik, wedlug wynalazku, pozwala na zastosowanie opisanej metody i techniki pomiarowej zarówno do przesylania informacji z czujników i przetworników instalowanych w systemie centralnej rejestracji i przetwa¬ rzania danych, jak ido transmisji w systemie modulacji kodowo-impulsowej. Oznacza sie on wówczas wysoka czestotiwoscia przetwarzania, wysoka liniowoscia w calym zakresie napiec wejsciowych, niezaleznoscia od zmian temperatury otoczenia i odpornoscia na zaklócenia i szumy sygnalu wejsciowego.Przyklad wykonania wynalazku. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony schematycznie, w przyklado¬ wym wykonaniu, na rysunku, uwidaczniajacym przetwornik napiecie-czestotliwosc w postaci strukturalnego schematu blokowego.Na wejsciu ma on dwa przetworniki napiecie-prad 1 i 2 o wspólczynnikach przetwarzania odpowiednio: pierwszy +K, drugi —K. Wyjscia tych przetworników 1 i 2 sa polaczone z wejsciami wezla sumujacego 3 ukladu calkujacego 4, a ten z kolei z komparatorem analogowym z histereza 5. Uklad sterowania kluczami 6 jest polaczony równolegle z dwoma kluczami: kluczem analogowym dla sygnalu polaryzacji dodatniej 7, oraz z kluczem dla sygnalu polaryzacji ujemnej 8, których wyjscia sa odpowiednio polaczone z obu wyjsciami przetworników 1 i 2 (czyli z wejsciami wezla sumujacego 3). Wyjscie komparatora 5 jest polaczone poprzez podwajacz czestotliwosci 9, z wyjsciem f przetwornika. Dekoder polaryzaqi napiecia wejsciowego 10 jest polaczony z jednej strony z dodatnim wejsciem (±) wezla sumujacego 3 i kluczem 7, z drugiej zas stro¬ ny — z ukladem sterowania kluczami 6 i wyjsciem ZNAK przetwornika.Sposób dzialania przetwornika wedlug wynalazku jest nastepujacy. Wejsciowe napiecie przetwarzane Uwe steruje dwoma zródlami pradowymi 1 i 2 zbudowanymi w oparciu o zasade przetworników napiecie-prad, o jednakowych wartosciach modulu wspólczynnika przetwarzania i inwersja przetwarzania tylko w jednym torze. Tak wiec sterujace prady wyjsciowe sa równe co do wartosci bezwzglednej, lecz przeciwne do znaku.Sumowanie tych pradów nastepuje w wezle sumujacym 3, na wejsciu ukladu calkujacego 4. Uklad calkujacy 4 jest zbudowany na analogicznym wzmacniaczu operacyjnym o szerokiej wstedze przenoszenia. Do wyjscia ukladu calkujacego 4 jest dolaczony szybki komparator analogowy z petla histerezy 5. Wysoki logiczny stan - wyjscia komparatora 5 (jedynka logiczna) jest przekazany poprzez dzielnik rezystorowy na wejscie nieodwracaja- ce tego komparatora, ustalajac na nim progowo napiecia petli histerezy. Komparator 5 steruje — poprzez uklad106 619 3 sterowania kluczami 6 —para kluczy analogowych 7 i 8. Uklad sterowania kluczami analogowymi 6 uzyskuje informacje wejsciowe z wyjsc komparatora analogowego 5 i dekodera znaku napiecia wejsciowego 10. W stanie poczatkowym to jest w przypadku zerowego napiecia na zaciskach wejsciowych przetwornika napiecie-czestotli- wosc na wyjsciu ukladu calkujacego 4 równiez istnieje potenqal zerowy; komparator 5 tym samym posiada na wyjsciu stan wysoki, przekazujac na swoje wejscia nieodwracajace wyzszyJ próg potencjalu wynikajacy z charakterystyki petli histerezy. Wysoki potencjal komparatora 5 powoduje — poprzez uklad sterowania kluczami analogowymi 6 -taki ustawienie kluczy, ze klucz 7 przewodzi, a klucz 8 nie. Z chwila podania wejscia napiecia o polaryzacji dodatniej, sygnaly pradowe z przetworników napiecie prad sa przekazywane w ten sposób, ze ujemny sygnal pradowy z przetwornika 2, który nie jest zwierany kluczem 8 do masy, dochodzi do wezla sumujaego 3 ukladu calkujacego 4, natomiast dodatni sygnal pradowy z przetwornika napiecie-prad 1 jest zwierany poprzez klucz 7 do masy. Ujemny sygnal pradowy z przetwornika napiecie-prad 2 przekazywany jest na wejscie odwracajace ukladu calkujacego 4 powodujac liniowe narastanie napiecia wyjsciowego tego ukladu calkujacego 4. Poniewaz wyjscie ukladu calkujacego 4 jest galwanicznie polaczone z wejsciem odwracajacym komparatora 5, wiec narastajacy sygnal napieciowy na wyjsciu ukladu calkujacego osiagnie po okreslonym czasie, który jest zdeterminowany wartoscia napiecia wejsciowego przetwornika napiecie-czestotliwosc, poziom wyzsze¬ go progu histerezy komparatora. Osiagniecie tego poziomu jest jednoczesnie momentem zmiany stanu wyjscia komparatora 5. Pojawienie sie niskiego poziomu, powoduje — poprzez uklad sterowania kluczami 6 — odwrotne ich przewodzenie, a wiec od tego momentu klucz 7 nie przewodzi, a kluczB przewodzi. Nastepuje przelaczenie pradowych sygnalów w wezle sumujacym 3 ukladu calkujacego 4 i od tego momentu do wejscia ukladu calkujacego 4 wplywa prad o polaryzaqi dodatniej z przetwornika napiecie-prad 1. Wyjscie ukladu calkujacego 4 zmniejsza liniowo swój potencjal z predkoscia proporcjonalna do wejsciowego sygnalu przetwornika napie¬ cie-czestotliwosc. Równiez w tym przypadku, opadajacy sygnal napieciowy na wyjsciu ukladu calkujacego 4 osiagnie po okreslonym czasie, który jest zdeterminowany wartoscia napiecia wejsciowego przetwornika napie¬ cie-czestotliwosc, txztom nizszego progu histerezy komparatora 5. Osiagniecie tego progu jest tak jak poprzednio, momentem zmiany stanu wyjscia komparatora 5.W przetworniku wedlug wynalazku istnieje mozliwosc ustawienia róznych czasów narastania i opadania napiec na wyjsciu ukladu calkujacego 4. Stan przelaczen w przetworniku napiecie-czestotliwosc bedzie sie powtarzal cyklicznie w czasie trwania sygnalu napieciowego na wejsciu. Czestotliwosc przelaczen kluczy analogowych 6 jest wprost proporcjonalna do napiecia wejsciowego przetwornika napiecie-czestotliwosc wedlug wynalazku.Uklad calkujacy 4 pracuje wedlug zasady podwójnego calkowania i posiada charakterystyke calkuja - co-proporcjonalna. Staranny dobór zespolu kluczujacego i przetworników napiecie-prad pozwala na uzyskanie bardzo wysokiej dokladnosci i liniowosci przetwarzania oraz niezaleznosci od wplywów temperaturowych.Mozliwosc pracy w zakresie wysokich czestotliwosci konwersji oraz brak charakterystycznego dla wiekszosci istniejacych przewtorników napiecie-czestotliwosc progu czasowego zwiazanego z „dochodzeniem" poziomu konwersji do pomiaru napiecia wejsciowego czyni przetwornik wedlug wynalazku szczególnie przydatny do przetwarzania sygnalów napieciowych o ksztalcie impulsowym.Zastosowanie dekodera polaryzacji napiec wejsciowych 10, powodujacego — zmianami swego wyjs¬ cia—zmiane funkcji kluczy analogowych 7 i 8, rozszerza zakres stosowania do przetwarzania impulsowych przebiegów napieciowych bipolarnych.Celem podwyzszenia wyjsciowego czestotliwosci przetwarzania, co jest szczególnie istotne w przypadku analizy pola impulsów mierzonych oraz dostosowania przetwornika do typowych ukladów integracyjnych wyposazono przetwornik w uklad podwajacza czestotliwosci, zbudowany na jednym podwójnym uniwibratorze monolitycznym.Zastrzezenie patentowe Przetwornik napiecie-czestotliwosc, zwlaszcza do konwersji sygnalów impulsowych do dializy pola krótkotrwalych impulsów hydrolokacyjnych w postaci dwóch zwartych wejsciami przetworników napiecie-prad, których wyjscia polaczone sa poprzez wezel sumujacy z wejsciem ukladu calkujacego, a uklad calkujacy polaczony jest z komparatorem analogowym, którego sygnaly — poprzez uklady kluczowania — oddzialywuja posrednio na wyjscia wejsciowych przetworników napiecie-prad. znamienny tym, ze dwa wejsciowe przetworniki napiecie-prad (1 i 2), majace wspólczynniki przetwarzania równe co do modulu, a przeciwne co do znaku, wyjsciami pradowymi polaczone sa zwezelem sumujacym (3) na wejsciu odwracajacym ukladu calkujacego (4) i z para kluczy analogowych (7) oraz (8), przy czym wyjscie przetwornika napiecie-prad (1) jest dodatkowo polaczone z wejsciem detektora polaryzacji napiecia wejsciowego (10), natomiast wyjscie ukladu4 106 619 calkujacego (4) dolaczone jest do wejscia odwracajacego analogowego komparatora o charakterystyce z petla histerezy (5), a wyjscie tego komparatora (5) polaczone jest z pierwszym wejsciem ukladu sterowania kluczami (6) i z wejsciem podwajacza czestotliwosci (9), jednoczesnie drugie wejscie ukladu sterowania kluczami (6) jest zwarte z wyjsciem dekodera (10), bedacego zarazem wyjsciem sygnalu (ZNAK) a wyjscie ukladu podwajacza czestotliwosci (8) jest wyjsciem (f) ukladu przetwornika napiecie-czestotliwosc.Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl PL