ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ЧАСТОТНОЗАВИСИМЫМИ ЦЕПЯМИ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ЧАСТОТНОЗАВИСИМЫМИ ЦЕПЯМИ
В. М. ПУСТЫЛЬНИКОВ
Представление информации частотой синусоидального сигнала или параметрами частотно-временного импульсного сигнала обладает известными достоинствами по простоте и точности преобразования в цифровую форму, по возможности передачи на расстояние с малыми погрешностями и по эксплуатационно-техническим характеристикам устройств преобразования информации. Поэтому в течение двух последних десятилетий, большое внимание уделяется разработке преобразователей различных величин в частотные и частотно-временные сигналы, а также соответствующих «обратных» преобразователей.
Среди подобных измерительных преобразователей (ИП) важный и обширный класс составляют преобразователи с частотно-зависимыми цепями (ЧЗЦ). В основе работы этих преобразователей лежит свойства ЧЗЦ изменять амплитуду и фазу выходного сигнала в зависимости от частоты или связанного с ней другого информативного параметра входного сигнала. Функция преобразования ИП определяется либо частотной характеристикой ЧЗЦ, либо условием ее равновесия, завйсящим от частоты или другого параметра входного сигнала.
Измерительные преобразователи с ЧЗЦ позволяют преобразовать широкий набор параметров (напряжение постоянного тока, пассивные параметры электрических цепей, коэффициент передачи, механическое перемещение, длительность импульсов, цифровой код) в частотный или импульсный частотно-временной сигнал, а также осуществить соответствующие обратные преобразования с погрешностями порядка десятых долей процента. Такие ИП достаточно просты, имеют хорошие технико-экономические показатели по габаритным размерам, массе, стоимости, надежности и технологии изготовления.
Соответствующим подбором ЧЗЦ можно получить как линейные, так и широкий класс задаваемых нелинейных функций преобразования. Тем самым ИП с ЧЗЦ одновременно являются функциональными преобразователями информации. Отдельные типы ИП с ЧЗЦ позволяют получить различные множительно-делительные функциональные характеристики преобразования.
Сочетание функции преобразования формы представления информации с функцией математической обработки информации улучшает технико-эксплуатационные показатели аппаратуры и предопределяет широкую сферу возможного применения ИП с ЧЗЦ. На их основе могут быть созданы цифровые измерительные устройства, преобразующие и линеаризующие устройства для телемеханических и измерительных информационных систем, аналоговые регистраторы информации, аналоговые, цифро-аналоговые и аналого-цифровые специализированные вычислительные устройства, используемые в системах автоматического контроля и управления, функциональные следящие системы типа «частота — вал», устройства ввода-вывода информации в ЭВМ, блоки сопряжения датчиков различных параметров с цифро-частотными, частотно-импульсными и широтно-импульсными вычислительными устройствами, блоки сопряжения подобных устройств с ЭВМ и т. п.
Публикации, посвященные ИП с ЧЗЦ, представлены лишь разрозненными и узконаправленными статьями в отечественных и зарубежных научно-технических журналах, материалами изобретений и отдельными параграфами в немногочисленных книгах [1—4], в которых в основном рассматриваются другие вопросы. Некоторые типы ЧЗЦ и ИП, построенные на их основе, наиболее обстоятельно описаны в [1, 2, 5]. В работах [3, 4] изложены вопросы построения фактически тех же ИП. Рассмотренные в указанной литературе ИП с ЧЗЦ имеют сравнительно узкое назначение: они являются преобразователями параметров
электрических цепей или напряжения в частоту. Кроме того, они обеспечивают получение только линейных или квадратичных зависимостей между измеряемым параметром и частотой (или периодом) выходного сигнала, а реализация функций преобразования заданного вида с их помощью невозможна.
Систематизированные сведения о существующих методах построения ИП с ЧЗЦ, о возможностях, достоинствах и недостатках различных типов этих устройств в литературе отсутствуют. Настоящая книга представляет собой попытку восполнения данного пробела.
При подборе материала автор стремился показать все возможности ИП с ЧЗЦ по характеру входных и выходных переменных, по реализуемым функциям преобразования и по достижимой точности преобразования для каждого вида ИП.
В книге впервые ИП с ЧЗЦ рассматриваются с единых позиций исходя из их классификации по способам реализации преобразования, назначению и форме выходного (входного) сигнала. Отдельно излагаются вопросы расширения диапазона преобразования. Эти вопросы полностью отсутствуют в публикациях, в которых описываются ИГІ рассматриваемого класса.