SU1185254A1 - Устройство дл измерени амплитуды переменного напр жени - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый и второй пороговые элементы, первые входы которых соединены через ключ с шиной входного сигнала, а вторые входы - с соответствующими выходами аттенюатора , входом подключенного к выходу источника опорного сигнала, управл ющие кодовые входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика, выходы пороговых элементов через соответствующие формирователи импульсов соединены с соответствующими входами первого элемента И, выходом соединенного с первым входом первого счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом формировател  измерительного интервала и с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с первым входом первого эл.емента И, а выход - с первым входом элемента запрета, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, первым входом подключенного к первому выходу первого счетчика, второй выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И и к второму выходу формировател  измерительного интервала, третий выход которого подключен к управл ющему входу ключа, первый вход подключен к шине входного сигнала , а второй вход - к выходу формировател  синхроимпульсов, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него 5 введены третий счетчик импульсов, (Л блок триггеров и ключевой блок, причем первый вход третьего счетчика соединен с вторым выходом формировател  измерительного интервала, второй вход соединен с выходом формировател  синхроимпульсов, первым входом реверсивного счетчика и первым входом блока триггеров, а кодовые выходы с управл ющими входами аттенюатора и соответствующими входами блока триггеров, выходы которого соединены с кодовыми входами ключевого блока, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, с вторым входом реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с вторым входом ключевого блока и выходом элемента запрета, а кодовые выходы соединены с входаьш источника опорного сигнала.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при автоматическом отсле живании уровн  сигнала. Цель изобретени  - повышение быстродействи , причем выигрыш в быстродействии возрастает с ростом числа разр дов реверсивного счетчика , т.е. с повьшением точности измерений , На фиг. 1 представлено устройств дл  измерени  амплитуды переменного напр жени ;на фиг.2 и 3 - воеменные диаграммы, по сн ющие его работу. Устройство содержит пороговые элементы 1 и 2, первые входы которы соединены через ключ 3 с шиной 4 входного сигнала, а вторые входы с соответствующими выходами аттенюатора 5, входом подключенного к выходу источника 6 опорного сигнала, управл ющие кодовые входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика 7, выходы элементов 1 и 2 через формирователи 8 и 9 соответственно соединены с входами элемента И 10, вькодом соединенного с первым входом счетчика 11, второй вход которого соединен с первым вых дом формировател  12 измерительного интервала и с первым входом счетчика 13, второй вход которого подключен к первому входу элемента И 10, а выход - с первым входом элемента 14 запрета, второй вход которого подключен к выходу элемента И 15, первым входом подключенного к перво му выходу счетчика 11, второй выход которого подключен к первому входу элемента И 16, второй вход которого подключен к второму входу элемента И 15 и к второму выходу формировате л  12, третий выход которого подключен к управл ющему входу ключа 3 первый вход подключен к шине 4 вход ного сигнала, а второй вход - к выходу формировател  17 синхроимпульсов , первый вход счетчика 18 соединен с вторььм выходом формировател  12, второй вход соединен с выходом формировател  17, первым входом реверсивного счетчика 7 и первым входом блока 19 триггеров, а кодовые выходы - с управл ющими.выходами аттенюатора 5 и соответствующими входами блока 19, выходы которого соединены с кодовыми входами ключевого блока 20, первьв вход которого соединен с выходом элемента И 16 и с вторым входом счетчика 7, третий вход которого соединен с вторым вхог дом блока 20 и выходом элемента И 14, а кодовые выходы соединены с входами источника 6 опорного сигнала . Кроме того, формирователь 12 содержит формирователь 21 импульсов, делитель 22 частоты, триггер 23 и элемент 24 задержки. Блок 19 состоит из триггеров 19.1-19.k. Блок 20 содержит управл емые ключи 20.1-20.k. Устройство работает следующим образом. В исходном состо нии импульсом синхронизации с выхода формировател  17, подаваемым на установочньй вход счетчика 18, производитс  его установка в нулевое состо ние. Одновременно этим же импульсом, подаваемым на установочный вход реверсивного счетчика 7, производитс  установка старшего разр да этого счетчика в единичное состо ние, а младших - в нулевое. В этом случае обеспечиваетс  выработка источником 6 опорного напр жени  соответствующего верхней границе диапазона измерени  напр жени . Кроме того, поскольку счетчик 18 обнулен, то ослабление управл емого аттенюатора 5 первоначально устанавливаетс  максимальным и таким, чтобы обеспечивалась дискрета регулировани  Ап ---Oi i z L ji i i. где и max -гт п границы диапазона измерени  напр жени . Счетчики 11 и 13 в исходном состо нии нaxoд tc  в обнуленном состо нии . На вход устройства подаетс  измер емое напр жение U (фиг.2а). Под действием импульса синхронизации Uj делитель 22 начинает подсчет импульсов частоты f, а триггер 23 устанавливаетс  в единичное состо ние , вырабатыва  сигнал Ur. Под воздействием импульса Ur с выхода триггера 23 открываетс  ключ 3 и выходные колебани  поступают на первые входы пороговых элементов 1 и 2 (и на фиг. 2б), на вторые входы которых .подаютс  опорные напр жени  U 3 При измерени х возможны три различных случа  соотношени  измер емого напр жени  U(фиг.26) и опорных напр жений и,, и и . Дл  первого случа  (интервал времени , на фиг. 2а) U U x второго случа  (интер вал времени Сз на фиг. 2а) и Uon-, и и и,п2 В третьем случае (интервал времени tj - t4 на фиг.2а) U о х огм В начале измерений, когда подключен лишь один разр д реверсивного счетчика 7, дискрета регулировани  выбираетс  равной половине диапазона , в котором может находитьс  измер ема  величина, а U устанавливаетс  равным верхней границе диапазона измерени . В этой ситуации возможны лишь два случа  из перечисленных , а именно первый и третий. Дл  первого случа , -т.е. когда UK опг 3 следовательно и U Uoni , уровень опорного напр жени  в пороговых элементах 1 и 2 превьш1ен не будет, импульсы на выходах элементов 1 и 2 (соответственно на фиг. 2в,г), а значит и на выходах формирователей 8 и 9 (соответственно фиг. 2д,е), и элемента И 10 (фиг.2ж) будут отсутствовать. Счетчики 11 и 13 останутс  в обнуленном состо нии. При этом на первом выходе счетчика 11 будет нулевой потенциал (фиг.2з), а на его втором выходе - разрешающий потенциал (фиг.2и) В результате этого элемент 16 будет закрыт по первому входу и импульсы с выхода делител  22 (фиг.2к) на выход элемента 16 проходить не будут (фиг.2л). В то же врем  элемент 15 под воздействием разрешающего потенциала с второго выхода счетчика 11 (фиг.2и) будет открыт по первому входу и при по влении импульсов с делител  22 (фиг.2к) они пройдут на выход элемента 15 (фиг.2м), а значи будут присутствовать на втором вход элемента 14 запрета,, на первом вход которого будет разрешанмций нулевой потенциал с обнуленного счетчика ,13 Следовательно, импульсы (фиг.2м) пройдут через элемент 14 запрета на вход импульсов вычитани  блока 20. Одновременно с этим импульсом (фиг.2к), подаваемым на вход счетчи ка 18, содержимое последнего изменитс  на единицу. Под воздействием 4 4 выходного кода счетчика 18 ослабление управл емого аттенюатора 5 уменьшитс  в два раза, т.е. уменьшитс  разность значений Uoni представл юща  дискрету регулировани  и В процессе функционировани  устройства выходной код счетчика 18 управл ет ослаблением аттенюатора 5 и одновременно через блок 19 триггеров управл ет блоком 20. При наличии на выходе счетчика 18 сигнала соответствующий триггер блока 19 устанавливаетс  в единичное состо ние и на его выходе вьфабатьюаетс  сигнал, подаваемый на входы управлени  блока 20. Благодар  этому при по влении импульсов вычитани  или суммировани  на входах блока 20 они проход т на вход соответствующего разр да реверсивного счетчика 7. Так,до1  рассматриваемого первого случа , когда Uy с Ьоп2 и и Ugf,, на вход соответствующего разр да реверсивного счетчика 7 пройдет импульс вычитани . Этот же импульс будет поступать также и на вход вычитани  старшего разр да реверсивного счетчика 7. При этом содержимое счетчика 7 уменьшитс  на единицу мпадшего разр да из подключенных разр дов и опорное напр жение на выходе источника 6 также уменьшитс  вдвое, т.е. Импульс с выхода делител  22 (фиг.2н) поступает также на вход элемента 24 задержки. Импульсы с первого выхода элемента 24 задержки (фиг.2н), задержанные на врем  Т. относительно импульсов (фиг.2к), подаютс  дл  обнулени  счетчиков 11 и 13, подготавлива  их тем самым к новому циклу работы. Импульсы с второго выхода элемента 24 задержки (фиг.2о), задержанные на врем  Т 2/ 7j.2 7 , относительно импульсов фиг.2к, подаютс  на делитель 22 частоты и триггер 23 дл  установки их в состо ние, соответствующее началу цикла. Приведенные на фиг.2 временные диаграммы рассмотрены дл  случа , когда делитель 22 осуществл ет деление на (Kj,5), а счетчики 11 и 13 считываютс  заполненными, если на вход каждого из них поступило п ть

импульсов (), т.е. . При измерени х в услови х помех логика устройства может быть реализована

при П Ка.

Во втором случае (фиг.2а5 интервал времени ) выполн ютс  неравенства Uy Uon-1 и Ux опг Следовательно, в пороговых элементах 1 и 2 входным сигналом будет превышен уровень опорного напр жени  и на их выходах по в тс  импульсы превышени  порога (фиг.2в и 2г), под воздействием которых форг рователи 8 и 9 сформируют импульсы стандартной амплитуды и длительности (фиг.2д,е). При одновременном воздействии этих сигналов на входах элемента И 10, на его выходе по в тс  импульсы, поступающие на вход первого счетчика 11 (фиг.2ж). Одновременно импульсы с выхода формировател  9 поступают на вход счетчика 13. После заполнени  счетчика 11 на его первом выходе по витс  разрешающий дл  элемента И 16 потенциал, а на его втором выходе будет установлен нулевой потенциал, исключающий прохождение импульсов с делителем 2 на выход элемента И 15. В то же врем  импульс с делител  22 через элемент И 16 пройдет на вход суммировани  блока 20.

После заполнени  счетчика 13 на его выходе по витс  потенциал единичного уровн  (фиг.2п), под воздействием которого элемент 14 запрета окажетс  запертым и импульс на его выход не пройдет, т.е. импульс вычитани  (фиг.2р) будет отсутствовать .

Импульсом с выхода делител  22 измен етс  состо ние счетчика 18 на единицу. Аналогично рассмотренному случаю под воздействием нового кода счетчика 18 уменьшитс  вдвое одлабление аттенюатора 5 и по витс  разрешающий потенциал с блока 19 триггеров. Импульс с выхода элемент И 16 пройдет на вход суммировани  очередного подключаемого разр да реверсивного счетчика 7, поступа  независимо от этого также и на вход суммировани  старшего разр да этого счетчика. При этом содержимое счетчика 7 увеличитс  на единицу младшего подключаемого разр да.

Однако, если подобна  ситуаци  сложитс  в начале измерений или в процессе измерений, когда U

5 Г° изменени  состо ни  счетчика 7 не произойдет. Дп  этого входы суммировани  разр дов реверсивного счетчика 7, начина  со второго, блокируютс  потенциалом с выхода

0 установленного в единичное состо ние старшего разр да счетчика 7.

I

В процессе измерений, когда U f

увеличение содержимого счетчика 7 приводит к изменению выходного кода счетчика на единицу младшего подключаемого разр да и, соответственно , к увеличению на дискрету регулировани  опорного напр жени  с выхода источника 6.

В третьем случае (фиг.2а интервал времени tj-t) может оказатьс , что УХ оп1 и и . Ujn . Следовательно , в первом пороговом элементе 1

5 уровень порога Uo входным сигналом превышен не будет и импульсы на его выходе, а та-кже на выходе формировател  В будут отсутствовать. Во втором пороговом элементе 2 входной

0 сигнал превысит уровень порога U и на его выходе по в тс  импульсы превышени  порога,под воздействием которых формирователь 9 сформирует импульсы стандартной амплитуды и

, длительности (фиг.2е), которые подаютс  на второй вход элемента И 10 и заполн ют счетчик 13. Сигнал на выходе элемента 10 будет отсутствовать , поскольку отсутствует сигнал

д на первом входе элемента 10. Обнуленньм перед измерением счетчик 11 сохранит свое состо ние, вследствие чего под воздействием его выходных сигналов элемент И 16 будет закрыт,

5 а элемент И 15 будет открыт. Импульс с выхода делител  22 пройдет через элемент И 15 на вход элемента 14. Однако, на его выход сигнал не пройдет , поскольку на первый вход элемента запрета 14 с выхода заполнен0 ного счетчика 13 будет подан запрещающий потенциал (фиг.2п).

В этом случае содержимое реверсивного счетчика не изменитс  и может характеризовать амплитудное значение измер емого напр жени , но с погрешностью U, представл ющей вначале большую величину.

При этом, как и дл  первых двух случаев, счетчик 18 изменит свое состо ние на единицу, вследствие чего уменьшитс  вдвое ослабление аттенюатора 5 (т.е. дискрета регулировани  ли) и с выхода соответствукмцего триггера блока 19 по витс  разрешающий потенциал. Однако из-за отсутстви  импульсов с выходов элементов 14 и 16 содержимое реверсивного счетчика 7 не изменитс , т.е. не изменитс  и значение опорного йапр жени  на выходе источника 6, а значение опорного напр жени  Ugn2 з втором выходе аттенюатора 5 изменитс  в соответствии с кодом, подаваемым на аттенюатор 5 с выходов счетчика 18.

При последующей работе при любом значении измер емого напр жени  рассмотренный алгоритм работы дл  трёх случаев сохран етс , каждый цикл содержимое счетчика 18 увеличиваетс  на единицу. При этом соответственно в каждом цикле уменьшаетс  ослабление управл емого аттенюатора 5, т.е. уменьшаетс  дискрета регулировки .

По вление потенциала на вькоде очередного разр да счетчика 18 при;водит к дополнительному подключению соответствующих ключей в блоке 20, следовательно, и соответствующего .разр да реверсивного счетчика 7.

На фиг. 3 иллюстрируетс  алгоритм изменени  дискреты регулировани  ли при измерении амплитуды переменного напр жени  Uy. В начале измерений диапазон измерени  разбиваетс  на две части, причем опорное напр жение Upni принимаетс  равным верхней границе диапазона измерений Up(ji , а UQP равно середине диапазона измерени . Измер емое напр жение и может либо попасть в интервал от U(,f,2 до Ugf, , либо находитьс 

за пределами этого интервала. Дл  приведенного на фиг.За случа  Од попадает в интервал от Д oni (что соответствует рассмотренному

третьему случаю). При этом импульсы суммировани  и вычитани  не вырабатьшаютс , состо ние реверсивного счетчика 7 не измен етс , значение

и

сохран етс  без изменени , а

от

Upn2 измен етс  в соответствии с кодом, подаваемым на аттенюатор 5 со счетчика 18 (фиг.36), т.е. дискрета регулировани  лИ уменьшаетс  вдвое

(ли 9 и) . При этом оказываА

20 етс , что U выходит за пределы нового интервала от до Up . В этом случае вырабатываетс  импульс вычитани , содержимое реверсивного счетчика 7 уменьшаетс  на единицу,

25 значение опорного напр жени  U(,p уменьшаетс , уменьшаетс  и дискрета регулировани  (фиг.Зв).

Максимальное врем  уравновешивани  предлагаемого устройства может

30 быть определено из выражени 

-|j.,

™

I X

где m - количество разр дов реверсивного счетчика; Ко коэффициент делени  делител  22;

f - частота измерени  напр жени .

Например, пусть Ка 5, f 50 Гц, m 7. Дл  этих условий максимальное врем  уравновешивани  f составит

п -г wo It

0,7 с. eotxodi

Фи9. i 2

Uoni U7ie

П ПП nn

8iS

9

Ujil Utsi

Ufs

UIB

Ul7

Uj

Фиг. 2

on Uon3

Umi

fftkfr

UK

фиг. Э

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый и второй пороговые элементы, первые входы которых соединены через ключ с шиной входного сигнала, а вторые входы - с соответствующими выходами аттенюатора, входом подключенного к выходу источника опорного сигнала, управляющие кодовые входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика, выходы пороговых элементов через соответствующие формирователи импульсов соединены с соответствующими входами первого элемента И, выходом соединенного с первым входом первого счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя измерительного интервала и с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента И, а выход - с первым входом элемента запрета, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, первым входом подключенного к первому выходу первого счетчика, второй выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И и к второму выходу формирователя измерительного интервала, третий выход которого подключен к управляющему входу ключа, первый вход подключен к шине входного сигнала, а второй вход - к выходу формирователя синхроимпульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены третий счетчик импульсов, блок триггеров и ключевой блок, причем первый вход третьего счетчика соединен с вторым выходом формирователя измерительного интервала, второй вход соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, первым входом реверсивного счетчика и первым входом блока триггеров, а кодовые выходы - с управляющими входами аттенюатора и соответствующими входами блока триггеров, выходы которого соединены с кодовыми входами ключевого блока, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, с вторым входом реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с вторым входом ключевого блока и выходом элемента запрета, а кодовые выходы соединены с входами источника опорного сигнала.