Курсовая работа: Вимірювальні канали контрольно-вимірювальних систем в екології

М⁰ =С₁ ^-5 (е^С/(Т) – 1)^–1 , (1.5.1)

де М^{0 –} спектральна щільність потоку випромінювання АЧТ, тобто енергія, випромінювана в одиницю часу одиницею площі поверхні випромінювача, що приходиться на одиницю діапазону довжин хвиль; С₁ = 2c² h=3,741832.10-¹⁶ Втм² ; C₂ =ch/k = 0,01438786 мК — відповідно перші і друга постійні випромінювання; с— швидкість світла; h — постійна Планка; k — постійна Больцмана.

Розробка чутливих приймачів інфрачервоного (ІЧ) випромінювання дозволяє застосовувати пірометричні методи для вимірювання не тільки високих, але і низьких температур. Прилади для вимірювання температур об'єктів по їх тепловому електромагнітному випромінюванню називаються пірометрами [4].

2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ПОРОЗРЯДНОГО ЗРІВНОВАЖЕННЯ

Аналого-цифрові перетворювачі порозрядного зрівноваження використовуються у тому разі, якщо необхідно забезпечити похибку 0,1 …0,02% при досить високій швидкодії в межах 10⁴ …10⁶ вим./с.

Суть порозрядного зрівноваження полягає в зрiвноваженнi вимірювальної U_а напруги компенсуючою U_к , що змінюються порозрядно нерівномірними ступенями. Відлік результату вимірювання здійснюється в момент рівності цих величин. Такий алгоритм називають ще “старшими розрядами вперед”.

На рисунку 2.1 наведено структурну схему аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрiвноваження.

Рисунок 2.1 – Структурна схема аналогово-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження

Основними елементами структурної схеми аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрiвноваження є:

- G – генератор тактової частоти , який задає частоту перемикання тригерів регістра;

- РI – розподiльник iмпульсiв, який задається послідовність перемикання тригерів регістра;

- - схеми збiгу, якi призначенi для керування процесом вимiрювання;

- - SR-тригери, якi представляють собою десяти розряднi регiстри;

- ЦАП – цифро-аналоговий перетворювач, який призначений для перетворення двiйкового коду в аналогову величину;

- ПП – пристрiй порiвняння (компаратор), який може знаходитись в двох станах: якщо , то на виходi компаратора формується рiвень логiчної одиницi i цим рiвнем вiдкриваються всi схеми збiгу ; якщо ж , то на виходi компаратора формується рiвень логiчного нуля, яким закриваються всi схеми збiгу.

Сутнiсть алгоритму порозрядного зрiвноваження розглянемо на конкретному прикладi. Припустимо, що вимiрювальна напруга складає 900 mB.

Вхідна напруга U_а в пристрої порівняння порівнюється з компенсуючою напругою U_к починаючи з старшого розряду. Отже, для конкретного прикладу, напруга в 512 mВ порівнюється з вимірювальною напругою 900 mВ, і оскільки U_к < U_a , пристрій порівняння виробляє сигнал, на виходi першого тригера встановлюється рiвень логiчної одиницi. Далі розподільник імпульсів встановлює в одиничний стан другий тригер і відбувається порівняння компенсуючої напруги U_к = 2ⁿ ∙∆U+2^n-1 ∙∆U, тобто 768 mВ і вимірювальну напругу 900 mВ. Оскільки U_к < U_a на виході другого тригера встановлюється одиниця. В результаті порівняння компенсуюча напруга стає рівною вхідній напрузі, вимірювання закінчується i на виходi аналого-цифрового перетворювача утворюється код 1110000100, який відповідає вимiрювальнiй напрузi 900 mВ. Процес перетворення вхідної напруги U_a =900 в двійковий код наведено в таблицi 2.1.

Таблиця 2.1 Процес перетворення вхідної напруги U_a =1500 в двійковий код

Такт	Порівняння		Значення компенсуючої напруги	Код
1	512	900	512	1
2	768	900	512 + 256 = 768	1
3	896	900	768 + 128 = 896	1
4	960	900	896 + 64 = 960	0
5	928	900	896 + 32 = 928	0
6	912	900	896 + 16 = 912	0
7	904	900	896 + 8 = 904	0
8	900	900	896 + 4 = 900	1
9	902	900	900 + 2 = 902	0
10	903	900	902 + 1 = 903	0

Часова діаграма роботи аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження для конкретного випадку наведена на рисунку 2.2.

Рисунок 2.2 – Часова діаграма аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження.

Розглянемо принцип дiї аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрiвноваження.

В вихiдному положеннi усi тригери знаходяться в нульовому положеннi i схеми збiгу закритi, тому на всi цифровi входи цифро-аналогового перетворювача поступає нуль i вiн перетворює цей код в вiдповiдну напругу, тобто компенсуюча напруга дорiвнює нулю ().

Аналого-цифровий перетворювач здiйснює вимiрювання напруги (для даного випадку ) за десять тактiв.

Перший такт: з генератора G поступає тактова частота i на першому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал, який поступає на перший тригер i встановлює його в одиницю. Таким чином на його виходi утворюється код 1000000000, який цифро-аналоговий перетворювач перетворює в напругу 512 mB. Оскiльки , то на входi компаратора формується нуль i ним закриваються всi схеми збiгу .

Другий такт: на другому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал i другий тригер встановлюється в одиницю. Даний управляючий сигнал поступає також на першу схему збiгу, але оскiльки вона закрита нулем, то iмпульси через неї не проходять. Тодi на виходi другого тригера з’являється код 1100000000, акий перетворюється в вiдповiдну йому напругу 768 mB. Оскiльки , то на входi компаратора формується нуль і ним закриваються всi схеми збiгу.

Третiй такт: по третьому iмпульсу тiльки на третьому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал, який поступає на вхiд третього тригера i на попередню схему збiгу. Проходячи через цю схему вiн поступає на S-вхiд тригера i встановлює його в одиницю. Тодi на виходi третього тригера з’являється код 1110000000, який перетворюється цифро-аналоговим перетворювачем в напругу 896 mB. Оскiльки , то на входi компаратора формується нуль i ним закриваються всi схеми збiгу.

Четвертий такт: на четвертому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал i четвертий тригер встановлюється в одиницю. Даний управляючий сигнал поступає також на попередню схему збiгу, але оскiльки вона закрита нулем, то iмпульси через неї не проходять. Тодi на виходi четвертого тригера з’являється код 1111000000, який перетворюється в напругу 960 mB.

Оскiльки , то на входi компаратора встановлюється рівень логічної одиниці i нею відкриваються всi схеми збiгу.

П’ятий такт: по п’ятому iмпульсу тiльки на п’ятому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал, який поступає на вхiд п’ятого тригера i на попередню схему збiгу. Проходячи через цю схему вiн поступає на R-вхiд тригера i встановлює його в нуль. На виходi п’ятого тригера з’являється код 1110100000, який перетворюється в напругу 928 mB. Оскiльки , то на входi компаратора встановлюється рівень логічної одиниці i нею відкриваються всi схеми збiгу.

Шостий такт: на шостому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал i тригер встановлюється в одиницю. Проходячи через попередню схему збігу вiн поступає на R-вхiд тригера i встановлює його в нуль. На виходi шостого тригера з’являється код 1110010000, який перетворюєється в напругу 912 mB. Оскiльки , то на входi компаратора встановлюється рiвень логiчної одиницi, яким вiдкриваються всi схеми збiгу.

Сьомий такт: по сьомому iмпульсу на сьомому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал, який поступає на вхiд тригера i на попередню схему збiгу. Проходячи через цю схему вiн поступає на R-вхiд тригера i встановлює його в нуль. Тодi на виходi сьомого тригера з’являється код 1110001000, який перетворюється в напругу 904 mB. Оскiльки , то на входi компаратора встановлюється рiвень логiчної одиницi, яким вiдкриваються всi схеми збiгу.

Восьмий такт: утворюється код 1110000100, який вiдповiдає вимiрювальнiй напрузi 900 mB, тобто компенсуюча i вимiрювальна напруга зрiвноважуються.