Реферат: Кодоимпульсные ТИС

В цифровых системах используются дискретные, квантованныепо уровню сигналы, как правило, кодовые комбинации, представляющие со­бой определенное значение измеряемой величины. Такими системами являются кодоимпульсные системы телеизмерения. Системы с цифровым отсчетом измеряемой величины получают все большее распространение из-за точности показаний и удобства считывания.

Системы телеизмерения можно классифицировать также по виду про­граммы, по которой они работают. Подавляющее большинство СТИ рабо­тают по жесткой программе, по которой передаются все измеряемые сооб­щения независимо от того, несут ли они информацию получателю или являются избыточными, не представляющими ценности, загромождаю­щими канал связи и средства, по заранее заданной программе и в какой-то мере изменяющие ее по команде. Начали выпускать адаптивные телеизме­рительные системы, автоматически изменяющие программу работы в зависимости от изменения, характеристик передаваемых сигналов и внеш­них условий.

Кроме указанных на рис. 13.2 систем ТИ существуют также системы интенсивности, на которые были даны ссылки в ГОСТ. В системах интен­сивности измеряемая величина после преобразования ее в ток или напря­жение в дальнейшем, как указывалось на рис. 13.1, в сигнал не преобра­зуется. Преобразователь измеряемой величины в ток или напряжение включен непосредственно в линию, а на приемной стороне к этой же линии подключается прибор, измеряющий ток или напряжение.

Погрешность телеизмерения систем интенсивности вследствие измере­ния сопротивления линии связи в пределах 2—3%. Дальность передачи на воздушных линиях связи ввиду большого и непостоянного значения (в зависимости от метеорологических условий) проводимости изоляции (утечки) не превышает 10 км. При использовании кабельных линий связи, в которых утечка практически отсутствует, дальность передачи достигает 25 км.

Указанные недостатки сузили сферу применения этих устройств, И их производство прекращается.

Кодоимпульсные (цифровые) системы

В кодоимпульсных системах (КИС) измеряемая величина передается в виде определенной комбинации импульсов (кода). Предварительно она квантуется по уровню и по времени. Далее осуществляется кодоимпульс-ная модуляция (КИМ).

Кодоимпульсные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими системами телеизмерения. Главными из них являются:

1) большая помехоустойчивость и, как следствие этого, возмож­ность передачи телеизмерения на большие расстояния, особенно при ис- , пользовании помехозащищенных кодов;

2) большая точность телеизмерения. Погрешность в кодоимпульсных системах возникает при преобразовании измеряемой величины в код. Точ­ность преобразователей, преобразующих измеряемые величины в код, мо­жет быть меньше 0,1 %,т. е. выше точности преобразователей других теле­измерительных систем, которая лежит в пределах 0,5—1,5 %;

3) лучшее использование канала связи в случае применения специаль­ных кодов, статистически согласованных с передаваемыми сообщениями;

4) получение информации в цифровой форме, что позволяет:

а) без сложных преобразований вводить информацию в цифровые вычислительные машины и устройства обработки данных;

б) осуществлять цифровую индикацию показаний, обеспечивающую меньшую погрешность при считывании и простоту цифровой регистрации данных.

Однако кодоимпульсные системы значительно сложнее других устройств ТИ. Поэтому их целесообразно использовать только в много­канальном исполнении.

Преобразование измеряемой величины в код

Преобразование непрерывной аналоговой величины в цифровой экви­валент — код — осуществляется с помощью аналого-цифровых преобра­зователей (АЦП). Как и в предыдущих импульсных устройствах ТИ, изме­ряемая величина может быть представлена в виде механического переме­щения (углового или линейного) либо в виде электрической величины.

Преобразование перемещений в код. В основу преобразователей этого типа [5] положены два метода: метод пространственного кодирования и метод последовательного счета. При методе пространственного кодиро­вания кодирующее устройство представляет собой маску, воспроизводя­щую требуемый код. Маска перемещается вместе с контролируемым объектом относительно считывающего устройства вращательно или поступательно. Выполнение маски и процесс считывания с нее показаний были рассмотрены в гл. 3. При методе последовательного счета подсчитывается число элементарных линейных перемещений, кото­рое затем представляется в виде кода. Схема преобразователя перемеще­ния в коде различением знака в зависимости от направления перемещения представлена на рис. 13.10. Два источника света падают на фотоэлементы Л и 5 (рис. 13.10, а). Контролируемый механизм в виде линейки с темными и светлыми участками, пропускающими свет, может передвигаться влево и вправо.

Преобразование электрических величин в код. Преобразование с про­межуточным. параметром [5]. В этих устройствах измеряемая электриче­ская величина (обычно напряжение, хотя могут преобразовываться также ток и сопротивление) преобразуется во вспомогательный параметр (вре­менной интервал, частоту или фазу), преобразуемый, в свою очередь, в чи­сло импульсов, которое далее кодируется. Кодирование происходит по следующим схемам.

Напряжение — временной интервал — число—код. Кодирование по такой схеме показано на рис. 13.11, а. Для преобразова­ния измеряемой величиныUx сначала в длительность импульса (времен­ной интервал) может быть использован любой из рассмотренных время-импульсных преобразователей (ВИП). Элемент И открывается на время длительности импульса, снимаемого с ВИП. За это время с генератора стабильной частоты ГИ пройдет на счетчик тем больше импульсов, чем больше длительность импульса с ВИП. Сосчитанное число импульсов в ви­де двоичного кода снимается с выхода счетчика СГ2.

Точность преобразования зависит от совпадения фронтов импульса с ВИП длительностью Т с импульсами, поступающими от ГИ. На рис. 13.11,6 показано, что передний фронт импульса Т совпал с передним фронтом импульсов с ГИ. На счетчик с Г И прошло пять импульсов. Однако если импульс Г поступает на элемент И, как показано на рис. 13.11, в, то на счетчик с ГИ поступят только четыре импульса вместо пяти, т. е. возникнет отрицательная погрешность.

Совпадение передних фронтов им­пульсов Гит можно синхронизиро­вать, но сделать так, чтобы длитель­ность Т всегда была равна определен­ному числу периодов <, невозможно. Поэтому ошибка преобразования, обу­словленная округлением измеряемой аналоговой величины, будет всегда. Ее можно уменьшить, увеличив часто­ту следования импульсов с ГИ.

В этом преобразователе возникают также дополнительные ошибки за счет нестабильности ГИ и ВИП и нелиней­ности характеристик преобразования ВИП. Последняя ошибка наиболее су­щественная; ее значение лежит в пре­делах погрешности преобразования.

Напряжение —фаза — временной интервал—чис­ло — код. Кодирование по данной схеме представлено на рис. 13.12, а. Измеряемое напряжение поступает на фазосдвигающее устройство ФСУ, пи­таемое от источника переменного тока с частотой /. В зависимости от значе- • нияUa изменяется фазовый угол меж­ду напряжениями е\ и еч на выходе ФСУ. Этот угол соответствует времен­ному интервалуt=^/(2nf) измерите­ля фазового угла ИФ (рис. 13.12,6). Последний представляет собой /?5-триг-гер с инверсными входами, меняющий

состояние 0 на 1 в момент перехода напряжения е\ через нуль и 1 на 0 при переходе через нуль напряжения еч, как показано на рис. 13.12, б. Таким образом, на выходе возникает импульс длительностью /, который затем подается на ключ, и дальше все происходит, как и в предыдущем преобра­зователе (см. рис. 13.11).

К погрешностям, имеющимся в схеме рис. 13.11, в преобразователе по схеме рис. 13.12 добавляется погрешность от нестабильности характе­ристики фазосдвигающего устройства и точности измерителяфазового угла, фиксирующего момент прохождения напряжения через нуль.

Рис. 13.12. Преобразователь изме­ряемого напряжения в код с про­межуточным преобразованием вход­ной величины в фазу переменного напряжения:

а — функциональная схема; б — вре­менные диаграммы

Напряжение — частота — число — код. Кодирование по такой схеме показано на рис. 13.13. Измеряемая величина и, в частотно-импульсном преобразователе ЧИП, представляющем собой генератор им­пульсов, модулируемых по частоте, преобразуется в последовательность импульсов с частотойf=p(u). Хронизирующее устройство Т на ранее заданный интервал времениt открывает элемент И, и импульсы с ЧИП поступают на счетчик СТ2. Больше или меньше пройдет импульсов на счетчик, зависит от их частоты. Погрешность преобразования зависит от нестабильности и нелинейно­сти характеристики f= j (u) частотно-импульсного преобразователя.

Непосредственное преобразование напряжения в код. В этих преобра­зователях образуемый в кодирующем устройстве код преобразуется в напряжение, которое сравнивается с измеряемым напряжением. При равенстве напряжений образование кода прекращается и он подается на выход.

Преобразователь последовательного счета (рис. 13.14). Перед началом работы счетчик СТ2 сбрасывается на нуль (рис. 13.14, а). Показания счетчика преобразуются с помощью цифро-аналого-вого преобразователя ЦАП в напряжение, поступающее на схему сравне­ния СС. В начале преобразования, пока напряжение щ: с ЦАП меньше преобразуемого напряжения Чх, элемент Ио открыт и счетчик считает им­пульсы с генератора импульсов ГИ. Когда м»>й.с, схема сравнения СС за­крывает элемент Ио и подает сигнал на элементы И\—Ип для считывания двоичного кода со счетчика. Количество импульсов, поступивших на счет­чик, пропорционально преобразуемому напряжениюUx.