SU1026072A1 - Цифровой вольтметр среднеквадратичного значени - Google Patents

Abstract

1. ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ, содержащий блок умножени  частоты, тактовы  генератор , генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И,, два элемента ИЛИ и преобразователь аналог - код, выход которого через блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный его вход - с ВХОДНОЙ шиной и с входом блока определени  периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определени  диапазона чйстот, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И отличающийс   тем, что, с целью повышени  быстродействи  в услови х априорной неопределенности сигнала, в него введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выхрдом блока определени  периода и с .вторым входом первого элемента И, а выход - соответственно с первым входом четвертого элемента И и через формирователь импульсов - с первым входом блока умножени  частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импульсов, третий вход через , третий элемент ИЛИ - соответственно с выходами первого и четвертого элементов И, первый выход - с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и третий выходы - соответственно с вторым и третьим входами блока определени  диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, второй выход - с четвертым входом первого И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при этом третий выход блока определени  периода подключен к четвертому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход котос рого соединен с тактовыми вxoдa и преобразовател  аналог - код и блока обработки, а второй вход - к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй вход с выходом второго элемента ИЛИ, причем второй Вход четвертого элемента И и п тый вход первого элемента И подключены к входу разрешени  запуска . I 2. Цифровой вольтметр по п. 1, отличающийс  тем, что блок определени  диапазона выполнен на трех триггерах и элементе И, первый вход которого подключен к первому входу блока определени  диапазона , второй вход - к выходу первого триггера, а выход - к входу второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока определени  диапазона, второй выход которого подключен к выходу третьего триггера, второй и третий входы блока определени  диапазона соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров. 3. Цифровой вольтметр по п. 1, отличающийс  тем, что блок умножени  частоты выполнен на.

Description

триггере, формирователе импульсов, коммутаторе, делителе частоты и двух переключател х разр дности, двух счетчиках, первые входы которых соединены с первым входом блока умножени  частоты, с первыми входами триггера и делител  частоты, второй вход которого соединен с вторым входом блока умножени  частоты , третий вход которого подключен к второму входу первого счетчика , третий вход которого соединен с выходом первого переключател  разр дности , а выход - к второму входу

триггера, выход которого соединен с первым выходом блока умножени  частоты и с входом формировател  импульсов , выход которого подключен к третьему входу триггера и к второму входу второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом второго переключател  разр дности, а первый выход - с вторым выходом, блока умножени  частоты, второй выход - с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к выходу делител  частоты,в выход - к третьему выходу блока умножени  частоты. .

Изобретение относитс  к электро измерительной технике и предназначено дл  измерени  среднеквадратич ного значени  напр жени . Известен вольтметр среднеквадратичного значени , содержащий логарифмический усилитель, блок обра ботки, линейный детектор, интеграторы j индикатор, квадратор, блоки выделени  переменной составл ющей и коэффициента поправки . Недостатком известного устройст ва  вл етс  ограниченный диапазон бочих частот. Известно также устройство дл  измерени  среднеквадрг тичного значени  напр жени  произвольной форм содержащее преобразователь напр жени  в частоту, селектор периода, блок управлени , переключатель, кл счетчик, схему совпадени  кодов и блок индикации 2j. Недостаток такого устройства со тоит в том, что его рабочий диапазон частот ограничен звуковой областью, Кроме того, известен цифровой вольтметр среднеквадратичного значени , содержащий преобразователь аналог - код (декады), блок обрабо ки, блок индикации, блок определени  периода (схема перехода через О), блок определени  диапазона, блок умножени  частоты ( частотнозависимое устройство), тактовый генератор, генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ, причем информационный вход преобразовател аналог - код подключен к входу вол метра и к входу блока определени  периода, а выход соединен с информационным входом блока обработки, выход которого подключен к входу блока индикации, первый выход блок определени  периода соединен с первым входом блока определени  диапазона , первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И Гз. Недостатком данного устройства  вл етс  мала  степень автоматизации , так как дл  измерени  посто нных напр жений требуетс  их предварительное распознавание человекомоператором с последующим ручным управлением и выбором параметров режима . Цель изобретени  - повышение, быстродействи  в услови х априорной неопределенности сигнала. Поставленна  цель -достигаетс  тем, что в цифровой вольтметр среднеквадратичного значени , содержащий блок умножени  частоты, тактовый , генератор , генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ., преобраэователь аналог - код, выход которого через блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный его вход - с входной (оиной и с входом блока определени  периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определени  диапазона частот, первый выход которого св зан с первым входом первого элемента И, введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выходом блока определени  периода и с вторым входом первого элемента VI, а выход - соответственно с первым входом четвертого элемента И и через формирователь импульсов с первым входом блока умножени  частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импульсов , третий вход через третий элемент ИЛИ - соответственно с выхода ми первого и четвертого элементов И, первый выход - с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и тре-. тий выход - соответственно с вторым и. третьим входами блока определени  диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, второй выход с четвертым входом первого элемента И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при этом третий выход блока опг ределени  цэриода подключен к четвертому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первы входом первого элемента ИЛИ, выход которого св зан с тактовыми входами преобразовател  аналог - код и блока обработки, а второй вход к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй вход - с выходом вт орого элемента ИЛИ, причем второй вход четвертого элемента И и п тый вход первого элемента И подключены к входу разре шени  запуска. Блок определени  диапазона выполнен на трех триггерах и элемент И, первый вход которого подключен первому входу блока определени  ди апазона, второй вход - к выходу пе вого триггера, а выход - к входу второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока определени  диапазона, второй выхо которого подключен к выходу третье триггера, второй и третий входы бл ка определени  диапазона соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров. Блок умножени  частоты выполнен триггере, формирователе импульсов, коммутаторе, делителе частоты и двух переключател х разр дности, двух счетчиках, первые входы которых соединены р первым входом блок умножени  частоты, с первыми входа триггера и делител  частоты, второ вход которого соединен с вторым входом блока умножени  частоты, тр тий вход которого подключен к второму входу первого счетчика, трети вход которого соединен с выходом первого переключател  разр дности, а выход - к второму входу триггера выход которого соединен с первым выходом блока умножени  частоты, с врсодом формировател  импульсов, выход которого подключен к тре тьему входу триггера и к второму входу второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом Bioporo переключател  разр дности , а первый выход - с вторым выходом блока умножени  частоты, второй выход - с первым входом коммутатора , второй вход которого подключен к выходу делител  частоты, а выход - к третьему выходу блока умножени  частоты. На фиг. 1 показана функциональна  схема цифрового вольтметра среднекв ратичного значени ; на i фиг. 2 и 3 - блоки определени  диапазона и умножени  частоты соответственно . Цифровой вольтметр сраднеквадратичного значени  содержит преобраэователь 1 аналог - код, блок 2 обработки , блок 3 индикации, блок 4 определени  периода, блок 5 определени  диапазона, блок б умножени  частоты, тактовый генератор 7, генератор 8 импульсов, формирователь 9 импульсов, четыре: элемента И 10, три элемента ИЛИ 11 и триггер 12. Информационный вход преобразовател  1 аналог - код подключен к входу вольтметра и к входу блока 4 определени  перкода, а выход соединен с информационным входом блока 2 обработки, выход которого подключен к входу -блока 3 индикации, первый выход блока 4 определени  периода соединен с первым .входом блока 5 определени  диапазона, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И 10. Вход триггера 12 соединен с вторым выходом блока 4 определени  периода и с четвертым входом первого элемейта И 10, а выход подключен к первому входу четвертого элемента И 10 и через формирователь 9 импульсов к первому входу блока 6 умножени  частоты, второй вход последнего соединен с выходом тактового генератора 7 и входом генератора 8 импульсов , третий вход блока б Умножени  частоты подключен к выходу третьего элемента ИЛИ 11, первый выход соединен с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И 10, а второй и третий выходы подключены соответственно к второму и третьему входам бдока .5 определени  диапазона , второй выход последнего соединен с вторым входом первого элемента И 10 и вторыми входами второго элемента ИЛИ 11 и третьего элемента И 10, первый вьдход подключен к первым входам второго элемента ИЛИ 11 и третьего элемента И 10, третий выход блока 4 определени  периода - к четвертому входу третьего элемента И 10, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 11, первый вход второго элемента И 10 подключен к выходу генератора 8 импульсов , второй вход - к выходу второго элемента ИЛИ 11, а выход соедийен с вторым входом первого алемент ИЛИ 11, выход которого подключен к тактовым входам преобразовател  1 аналог - код и блока 2 обработки, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ 11 соединены соответственно с -выходами первого и четверто го элементов И10, второй вход четвертого элемента И 19 и п тый вход первого элемента И 10 подключены к входу разрешени  запуска вольтметра . Блок 5 определени  диапазона, /(фиг, 2} содержит три триггера ;13-1 - 13-3 и элемент И 14,причем первый вход элемента И 14 подключен к первому входу блока, второй вход соединен с выходом первого триггера 13,. а выход подключен к входу второго триггера 13, выход последнего соединен с первым выходом блок второй выход которого подключен к выходу третьего триггера 13, второй и третий входы блока соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров 13. . Блок б умножени  частоты ( фиг. З содержит два счетчика 15-1 и 15-2, триггер 16, формирователь IJ импуль сов, коммутатор 18, делитель 19 час тоты и два переключател  20.1 и 20.2 рг зр дности, причем первый вход блока подключен к первым входа счетчиков 15-1 и 15-2 триггера 16 . и делител  19 частоты, второй вход последнего соединен с вторым входом блока, третий вход блока подклю чен к второму входу первого счетчика 15-1, выхбд которого подключен к второму входу триггера 16, выход по леднего соединен с входом формирова тел  17 импульсов, выход которого подключен к третьему входу триггера 16 и второму входу второго счетчика iS-iJ, первый выход последнего соеди нен с первым входом коммутатора 18, второй вход которого подключен к вы ходу делител  19 частоты, выходы пе вого 20-1 и второго 2р-2 переключателей разр дности соединены с треть ми входами первого и второго счетчиков 15-1 и 15-2 соответственно, выход коммутатора 18, второй выход второго счетчика 15-2 и выход триггера 16 подключены к первому, второму и третьему выходам блока соответственно . Работа цифрового вольтметра осуществл етс  в услови х априорной неопределенности относительно частотного диапазона входного хзигнала, а также неопределенности относительно класса входных сигналов, которые могут быть переменными периодическими и посто нными, поэтому с самого начала (до начала первого периода и если он будет) при помощи введенных чет вертого элемента И 10, третьего элемента ИЛИ 11 и триггера 12 вольтметр функционирует как бы в предположении , что входной посто нн ный, и если это не так, то с начвлом первого периода с помощью формировател  9 импульсов приводитс  в исходное состо ние блок 6 умножени  частоты. Первоначально в блоке 6 умножьни  частоты Эсшаютс  две уставки по частоте f и {в, причем величина {ц задаетс  исход  иэ значени  нижней границы частотного диапазона измер емого переменного сигнала с учетом допустимого времени непрерывной работы вольтметра, а величина f - исход  из необходимого времени аналого-цифрового npeo6paaoBj5iни  и требуемого дл  обеспечени  заданной точности количества отсчетов на одном периоде входного сигнала , . После подачи разрешающего потенциа/ia на вход разрешени  запуска вольтметра открываетс  по второму, входу четвертый элемент И 10, на первом входе которого также находитс  разрешающий потенциал с выхода триггера 12. Последовательность импульсов от тактового генератора 7 через блок 6 умножени  частоты поступает на его третий вход через четвертый элемент и 10 и третий элемент ИЛИ 11. В блоке б умножени  частоты определ етс  частота импульсов запуска преобразовател  1 аналог - код, при этом в зависимости от значени  частоты первой гармоники входного периодического сигнала возможныТри варианта работы вольтметра. 1. Если41,5{ц 5-{б , де tx частота входного сигнала, то вольтметр работает следующим образом. С началом первого периода входного сигнала блок 4 определени  периода по второму выходу переключает триггер 12, благодар чему с помощью формировател  9 импульсов устанавливаетс  ,в исходное состо ние блок Ь умножени  частоты, закрываетс  четвертый элемент И 10 и открываетс  первый элемент И 10. Последовательность импульсов с выхода блока б умножени  частоты поступает на его третий вход через первый элемент И 10 и третий элемент ИЛИ 11. При этом начинает формироватьс  частота запуска преобразовател  1 аналог код до момента окончани  первого периода входного сигнала, когда первый элемент И 10 блокируетс  по четвертому входу, что означает конец формировани  Частоты запуска преобразовател  1 аналог - код. С началом второго периода входнрго сигнала открываетс  третий элв

мент И 10 и тактовые импульсы с выхода блока 6 умножени  частоты че-ч рез третий элемент И 10 и первый элемент или 11 поступают на тактирование преобразовател  1 аналог код и блока 2 обработки. В течение второго периода входного сигнала осуществл етс  преобразование вход .ною аналогового сигнала в кодовую последовательность и вычисление в блоке 2 обработки среднеквада атичнохю значени , которое затем индицируетс  в блоке 3 индикации.

2.Если i-)i,7 fв , то вольтметр работает следук цим образом. С подачей разрешающего сигнала на вход разрешени  запуска вольтметра р1 с началом первого периода входного сигнала блок б укшржени  частоты устанавливаетс  в исходное состо ние и начинает формировать частоту запуска преобразовател  1 аналог - код, аналогично ранее oniicaHному режиму. Выполнение услови  (2) означает, 4to сигнал конца первого периода с первого %1ходд блока 4 определени  периода поступит на перэый вход блока 5 определени  диапазона и последний заблокирует по первым входам первый и третий элементы И 10 и через второй элемент ИЛИ 11 откроет второй з лемент И 10.

Благодар  пррведенным переключени м на тактирование преобразовател  1 аналог - код и блока 2 обработки через первый элемент ИЛИ 11 поступит последовательность импул сов со случайным периодсда следовани  от Генератора 8 импульсов, который выполнен в виде тактируекюго от тактового генератора 7 регистра сдвига, замкнутого в кольце сумматором по модулю два. В блоке 2 обработки на заданном заранее объеме выборки вычисл етс  среднеквадратичное значение входного высокочастотного периодического сигнала;

3,Если €ц , то входной сигнал может быть или периодическим переменным или посто нн ЛУ1. Когда входной сигнал периодический, работа вольтметра происходит слёдукхдим образом. При определении частоты запуска преобразовател  1 аналог код с второго выхода блока 6 умножени  частоты сигнал переполнени  поступит на второй вход блока 5 определени  диапазона, по команде с второго выхода которого тактирование работы вольтметра будет осуществл тьс  от генератора 8 импульсов. В TOiM случае, когда входной сигнал посто нный, блок 4 определени  пег риоДа не сформирует сигнала на своем втором выходе и блок б умножени  частоты будет функционировать

с помощью включенного четвертого

элемента И 10, При этом дальнейша  работа вольтметра будет осуществл тьс  аналогично предыдущему случаю, т ..9. на втором выходе блока 6 умножени  частоты будет сформирован сигнал переполнени , когорый произведет вьвиёописанные переключени . Таким образом обеспечиваетс  автоматическое переключение режима работы вольтметра дл  измерени  посто нных

0 напр жений. При этом измерение среднеквадратичного значени  осуществл етс  на заданном объеме выборки так . же, как и при выполнении услови  (2).

Блок б умножени  частоты работа5 ет следующим образом.

После первого переполнени  пер- . вого счетчика 15 переключаетс  триггер 16, после второго переполнени  первого счетчика 15-1 оп ть

0 пepeклю iaeтc  триггер 16, при этом формируетс  импульс на формирователе 17 импульсов, добавл ющий единицу к содержимому второго счетчика . 15-2 и возвращающий триггер

5 , 16 в предыдущее состо ние. Код второго счетчика 15-2 управл ет коммутатором 18, на второй вход котороро поступает сетка частот с делител  19 частоты. При реализации счетчиков

0 15 и делител  19 частоты с основанием 2 такое преобразование означает одновреме ное уменьшение содержимого счетчика, состо щего из первого счетчика 15-1 и триггера 16, в

5 два раза и увеличение периода запуска преобразовател  1 аналог - код также в два раза.

Уставки {ц и 5в задаютс  путем переключени  разр дности первого и второго счетчиков 15 с по0 мощью переключателей 20.

Блок Ь определени  диапазонов по командс1м с блока 4 определени  периода и с блока 6 умножени  частоты осуществл ет переключение ре5 жимов работы вольтметра в зависимости от того, , какое из :словип (1), (2) или (3) выполн етс  в конкретномизмерении .. При выполнении услови  Д1 ) после первого переполне0 ни  первого счетч,ика 15-1 переключаетс  второй триггер 13, блокиру  элемент И 14.

При выполнении услови  (2) сигнал

5 конца первого периода с первого вы- . хода блока 4 определени  периода через элемент И 14 переключит третий триггер 13, так как сигнал переклю- . чени  второго триггера 13 с третье0 го выхода блока 6 умножени  частоты не будет сформирован и второй триггер 13 не заблокирует элемент И 14. В результате третий триггер 13 заблокирует по первым входам первый и третлй элементы И 10 и через второй

5

элемент ИЛИ 11 откроет второй элемент И 10.

При выполнении услови  (3) сигнгш переполнени  второго счетчика 15-2 переключит первый триггер 13, благодар  чему тактирование работы вольтметра будет осуществл тьс  от генератора 8 импульсов.

Таким образом, введение четвертого элемента И 10,третьего элемента ИЛИ 11, триггера 12 и соответствующа  организаци  св зей обеспечивают повышение степени автоматизации работы вольтметра в услови х априорной неопределенности относительно частотного диапазона и класса вход ,ных сигналов.

входг

бшоН

Claims (3)

1. ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ, содержащий блок умножения частоты, тактовый генератор, генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И,-два элемента ИЛИ и преобразователь аналог - код, выход которого че· рез блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный его вход - с входной шиной и с входом блока определения периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определения диапазона чёстот, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, отличающий- с я тем, что, с целью повышения быстродействия в условиях априорной неопределенности сигнала, в него введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выходом блока определения периода и с вторым входом первого элемента И, а выход - соответственно с первым входом четвертого элемента И и через формирователь импульсов - с первым входом блока умножения частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импульсов, третий вход через третий элемент ИЛИ - соответственно с выходами первого и четвертого элементов И, первый выход - с тре тьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и третий выходы - соответственно с вторым и третьим входами блока определения¹ диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента Й, второй выход - с четвертым входом первого элемента И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при этом третий выход блока определения периода подключен к четвертому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовыми входами eg преобразователя аналог - код и блока обработки, а второй вход - к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй вход с выходом второго элемента ИЛИ, при чем второй Вход четвертого элемента И и пятый вход первого элемента И подключены к входу разрешения запуска.

2. Цифровой вольтметр по π. 1, отличающийся тем, что блок определения диапазона выполнен на трех триггерах и элементе И, первый вход которого подключен к первому входу блока определения диапазона, второй вход - к выходу первого триггера, а выход - к входу второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока определения диапазона, второй выход которого подключен к выходу третьего триггера, второй и третий входы блока определения диапазона соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров.

3. Цифровой вольтметр по π. 1, отличающийся тем, что блок умножения частоты выполнен на. триггере, формирователе импульсов, ' коммутаторе, делителе частоты и двух переключателях разрядности, двух счетчиках, первые входы которых соединены с первым входом блока умножения частоты, с первыми входами триггера и делителя частоты, второй вход которого соединен с вторым входом блока умножения частоты, третий вход которого подключен к второму входу первого счетчика, третий вход которого соединен с выходом первого переключателя разрядности, а выход - к второму входу триггера, выход которого соединен ¹ с первым выходом блока умножения частоты и с входом формирователя * импульсов, выход которого подключен к третьему входу триггера и к второму входу второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом второго переключателя разрядности, а первый выход - с вторым выходом, блока умножения частоты, второй выход - с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты,в выход - к третьему выходу блока умножения частоты. ·

1 2