SU1285392A1 - Цифровой интегрирующий вольтметр - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть исполь-: зовано дл  измерений среднего значени  дифференциальной составл ющей двух напр жений произвольной формы, а также их суммы. Целью  вл етс  повьшение точности измерени  дифференциальной составл ющей. Устройство содержит управл емьм аттенюатор I, ключи 4, 5, 15, 16, 17 и 23, тактовый генератор 7, генератор 8 пило- образно-го напр жени , блоки 9-12 и 21 сравнени , элемент ИЛИ 13, опорный генератор 14, интеграторы 18-20, счетный блок 22 и инвертор 24. Введение блока 6 управлени  аттенюатором и его выполнение, а также со- гласзтощихс  усилителей 2 и 3, выпр мителей .25 и 26, амплитудного детектора 27, полосового усилител  28, фазового детектора 29 и дифференцирующих цепей 31 м 32 позвол ет обеспечить независимость результатов измерени  от значени  фазового сдвига между входными сигналами и независимость коррекции амплитудных характеристик каналов от формы входных сигналов . 1 3. п. ф-лы, 5 ил. С ® со

Description

М1

к

00

сд

Од

со

IS5

И обретение относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  измерени  среднего значени  дифференциальной составл ющей двух напр жений произвольной формы , а также их суммы.

Цель изобретени  - повьшение точности измерени  дифференциальной составл ющей путем обеспечени  независимости результата измерени  от значени  фазового сдвига между входными сигналами и обеспечени  независимости коррекции, амплитудных характеристик каналов от формы входных сигналов.

На фиг.1 приведена схема вольтметра; на фиг.2 - схема блока управлени  аттенюатором; на фиг.З - схема тактового генератора; на фиг.4 - временные диаграммы работы вольтметра; на фиг.З - временные диаграммы работы тактового генератора и блока управлени  аттенюатором. , Вольтметр содержит .управл емой аттенюатор 1, первый и второй согласующие усилители 2 и 3, первый 4 и второй 5 ключи, блок 6 управлени  аттенюатором, тактовый генератор 7, генератор 8 пилообразного напр жени , первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 блоки сравнени , элемент ИЛИ 13, опорный генератор 14, третий 15, четвертый 16 и п тый 17 ключи, первый 18, второй 19 и третий 20 интеграторы, п тый блок 21 сравнени , отсчетное устройство 22, шестой ключ 23, инвертор 24, первый 25 и второй 26 выпр мители, ам- плитудньй детектор 27 полосовой усилитель 28, фаз.рвый детектор 29, седьмой ключ 30, первую 31 и вторую 32 дифференцирукидие цепи.

Блок 6 управлени  аттенюатором содержит регистр 33 сдвига, входом соединенный с первым входом блока 6 управлени  аттенюатором, и п триг- герных  чеек 34.1-34.П, кажда  из которых первым входом подключена к соответствующему разр дному выходу регистра 33, вторыми входами к второму входу блока 6 управлени  аттенюатором , а выходами - к выходу блока 6 управлени  аттенюатором.

Тактовый генератор 7 содержит нуль-орган 35, счетчик 36, дешифратор 37 и формирователь 38 команд. Вход Нуль-органа 35  вл етс  входом TaKToiaoro генератора 7, выход нульоргана 35 тюдключен к входу счетчика 36, разр дные выходы которого подключ-ены к входам дешифратора 37, выходы которого подключены к входам формировател  38 команд, выходы которого  вл ютс  первым 39, вторым 40, третьим-1 41, четвертым 42 и п тым 43 выходами тактового генератора 7.

Первый ключ 4 сигнальным входом соединен с шиной первого входного сигнала, и шина второго сигнала че- . рез второй ключ 5 подключена к выходу Первого ключа 4. Управл ющий

вход аттенюатора 1 соединен с выходом блока 6 управлени  аттенюатором, первым входом соединенного с первым выходом 39 тактового генаратора 7. Генератор 8 пилообразного напр жени 

выходом соединен с первыми входами первого 9, второго 10 и третьего 11 блоков сравнени , а входом - с вторым выходом 40 тактового генератора 7. Опорньгй генератор 14 соединен с

сигнальными входами четвертого 16 и п того 17 ключей, - выходами подключенных соответственно к входам первого 18 и второго 19 интеграторов , а также к первому и второму.

входам третьего интегратора 20, третьим входом подключенного к выходу п того блока 21 сравнени , входами соединенного с выходами первого 18 и второго 19 интеграторов. Выход

третьего интегратора 20 подключен к первому входу отсчетного устройства 22. Второй вход первого блока 9 сравнени  подключен к выходу инвертора 24. Управл ющие входы первого 4 и второго 5 ключей соединены соответственно с третьим 41 и четвертым 42 выходами тактового генератора 7. Управл юац1й вход шестого ключа 23 подключен к п тому выхоДУ 3 тактового генератора 7. Вход первого выпр мител  25 соединен с выходом аттенюатора 1 и первым сигнальным входом шестого ключа 23. Вход второго выпр мител  26 соеди-.

нен с вторым сигнальным входом

шестого ключа 23 и с выходом второ- го согласующего усилител  3, вход которого подключен к выходу второго ключа 5. Выход шестого ключа 23 через амплитудный детектор 27 и полосовой усилитель 28 подключен к первому входу фазового детектора 29, второй вход которого соединен с управл ющим входом шестого ключа 23

а его выход - с входом инвертора 24 и вторым входом второго блока 10 сравнени . Выходы первого 25 и второго 26 выпр мителей подключены соответственно к второму входу третьего бпока I 1 сравнени  и- к первому входу четвертого блока 12 сравнени  выходами соединенных с управл ющими входами третьего 15 и седьмого 30 ключей соответственно. Выходы первого 9 и второго 10 блоков сравнени  подключены к управл ющим входам четвертого 16 и п того 17 ключей. Второй вход блока 6 управлени  аттенюатором соединен с выходом п того блока 21 сравнени . Выходы третьего 15 и седьмого 30 ключей соединены с входами первой 31 и второй 32 диф- ференци-рующих цепей соответственно, а их выходы соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 13, выходом соединенного с м вторым входом отсчетного устройства. 22, Сигнальные входы третьего 15 и седьмого 30 ключей соединены с выходом эталонного генератора 14. Сигнальный вход тактового генератора 7 подключен к выходу первого согласующего усилител  2 ,и сигнальному входу аттенюатора 1, а второй вход четвертого блока 12 сравнени  - к выходу генератора 8 пилообразного напр жени .

Цифровой интегрирующий вольтметр может работать в режиме автоматической коррекции неидентичности ампли- тудных характеристик каналов, а также в режиме измерени  суммы и дифференциальной составл ющей входных напр жений.

Управление указанными режимами осуществл етс  тактовым генератором 7 по заданной, циклограмме подачей соответствующей комбинации напр жений на управл ющие входы ключей 4,

5и 23, а также на вход блока 6 управлени  аттенюатором.

На фиг.З наличие положительного напр жение на соответствующих выходах 39-43 обеспечивает открытое состо ние ключей 4 и 5, образование св зи между выходом ключа 23 и выходом аттенюатора 1, формирование генератором 8 пилообразного напр жени , линейно нарастающего напр жени , а также сдвиг информации, записанной в регистре 33 сдвига блока

6управлени  аттенюатором на одном разр де.

При нулевом уровне напр жений ча соответствующих выходах 39-43 такто- вогр генератора 7 ключи 4 и 5 закрыты , выход ключа 23 св зан с выходом f согласующего усилител  3, генератор В пилообразного напр жение находитс  в заторможенном режиме, на выходе блока 6 управлени  аттенюатором со-- хран етс  введенна  в него информа- 0 ци  в исходном состо нии либо в предыдущем цикле.

Первые гармоники сигналов, поступающих на вход устройства, имеют вид

и, (t) Y,, sinOt,(1)

5 UjCt)- ,81п(ос+ф), (2) где Yj и Yj - амплитудные значени 

сигналов U(t) и U (t) ; t - кругова  частота;

Ц) - относительный фазовый 0сдвиг межд у сигналами.

В режиме коррекции амплитудной неидентичности каналов сигнал (1) через согласующий усилитель 2, аттенюатор 1 поступает на первый вход клю- 5 ча 23 и через ключ 4-, согласующий усилитель 3 - на его второй вход. Напр жени , образующиес  на выходе аттенюатора 1 и согласующего усилител  3 (фиг.4, а, 5 ), 0 и; (t) KjYiSinuX; (3) U(t) K Y sintOt (4) подключаютс  поочередно к входу ам- плитудного детектора 27 ключом 23, управл емым пр моугольным напр же- 5 нием.

Uj(t) Yjsign sinQt (5) тактового; генератора 7 (фиг. 5,э ). В выражени х (3) - (5) К,,- Hai- чальное значение коэффициента пере- 0 дачи тракта вход устройства - выход аттенюатора 1; К - коэффициент передачи тракта вход устройства - выход согласующего усилител  3 и коэффициенты передачи ключей 4 и 5 пола- 5 гаем равными единице.

Коэффициенты передачи К, и Кл и начальное соотношение между Н1-1ми выбираютс  исход  из услови  обеспечени  линейного режима каскадов и 0 возможной амплитудной неидентичности каналов.

При работе ключа 23 с частотой ffi на амплитудный детектор 27 воздействует напр жение, представл ющее 5 собой амлитудно-модулированное напр жение с пр моугольно огибающей (фиг. 4,0 ). Амплитудный детектор 27 и полосовой усилитель 28, настроенный на частоту -выдел ют

первую гармонику огибающей ампли- тудио-модулированного сигнала (фиг. 4, и).

U(t) (Ki-Kj)8iniJt, (6 где К„ - коэффициент передачи тракт амплитудный детектор 27 - полосовой усилитель 28; Q ZTTF - кругова  частота. Если коэффициенты передачи фазового детектора 29 и инвертора 24 прин ть равными единице, то посто нные составл кище пульсирующего напр жени  на выходах фазового детектора 29 и инвертора 24 будут иметь соответственно вид (фиг.4,Q)

tKjY CKi-Kj) .(7) Ue TKjYi(Ki-Kj). (8) Пол рность выходных напр жений (7), (8) .определ етс  соотношением между К и Kj.

Посто нные составл ющие пульсирующих напр жений на выходах выпр  25 и 26 при единичных коэффициентах передачи определ ютс  сооветственно выражени ми

, KjYj .

(9) (10)

Напр жени  (7 ) и (8 поступают на первые входы блоков 10 и 9 сравне ни , а напр жени  (9) и (1,0) - на первые входы блоков II и 12 сравнени

В режиме коррекции и измерени  цикл измерени  задаетс  тактовым генератором 7.

Переменное напр жение с выхода усилител  2 поступает на вход нуль- органа 35, на выходе которого образуютс  импульсы, соответствующие моментам перехода напр жени  через нулевой уровень. Указанные импульсы суммируютс  в счетчике 36, разр дные выходы которого подключены к входам дешифратора 37 в соответствии с заданной программой работы вольтметра. Моменты по влени  импульсов на выходах формировател  38 и их длительности определ ютс  моментами перепадов напр жений на вы- ходах дешифратора 37 (фиг.5 Л -ч

При подаче на вход генератора 8 пилообразного напр жени  импульса запуска (фиг.5,6, фиг.4, ж) на его выходе образуетс  опорное пилообразное напр жение Uj, (фиг.4,с: ), поступающее на вторые входы блоков 9- 12 сравнени . На вьпсодах блоков 9-12 сравнени  формируютс  пр моугольные

j fO

53926

импульсы, соответствующие временным интервалам, когда пульсирующие напр жени  на выходах фазового детектора 29, инвертора 24 и выпр мителей 25 и 26 больше опорного пилообразного напр жени  (фиг.4, , J , - л ) . Пр моугольные импульсы с выходов блоков 9 и 10 сравнени  открывают ключи 16 и 17, ас выходов блоков 11 и 12 (фиг. 4,к. Л.) открывают ключи 15 и 30. При этом выход опорного генератора 14 на врем , . равное суммарной длительности импульсов , через ключи 15 и 30 (фиг,4,м,н), 15 дифференцирукицие цепи 31 и 32, а

также элемент ИЛИ 13 (фиг . 4., О ) подключаетс  к первому входу отсчетного устройства 22, которое зафиксирует суммарное значение входных сигналов, и через ключи 16 и 17 - к входам интеграторов 18 и 19, а также к первому либо второму входам интегратора 20. Ключ 30 инвертирует импульсы эталонного генератора, а дифференци20

 .

25 рующие цепи 31 и 32 дифференцируют импульсы, поступающие с ключей 15 и 30, на выходе дифференцирующих цепей 31 и 32 образуютс  короткие импульсы , что позвол ет зафиксировать 30 отсчетным устройством сумму входного сигнала. В результате при Kj Kg интеграторы 18 и 20 зафиксируют число

NI N. KyKyYi (), (11) 35 где Ку - коэффициент пропорциональности , завис щий от частоты Q , частоты опорного генератора 14 и длительности цикла измерени .

При на выходах интеграторов 19 и 20 .получим соответственно цифровые отсчеты

N2 KyK3Yj(K2-K,), (12) N (Ki-Kj). (13) Знак цифрового отсчета интегратора 20 определ етс  состо нием блока 21 сравнени  в зависимости от кодов, введенных в интеграторы 18 и 19.

Одновременно в отсчетное устройство 22 вводитс  число

N+ K yY.XKi-Kg), (14) где Ку - коэффициент пропорциональности , завис щий от частот входных

сигналов, эталонного генератора и Дпительности цикла измерени . Числа (11), (13) и (14), введенные в отсчетное устройство 22, могут быть , использованы дл  оценки относитель ,ной амплитудной неидентичности каналов до коррекции

.

N,

(15)

Перед началом первого цикла с так тового генератора 7 через первый вход 39 блока 6 управлени  аттенюатором на вход регистра 33 сдвига поступает импульс (фиг.5,0.), устанавливающий на первом его выходе единичную информацию (фиг.5, Н), Указанна  информаци  записываетс  в триггере старшего разр да триггер- ной  чейки 34.п и поступает на первый вход схемы И, вход щей в состав этой  чейки, выходом подключенной к входу старшего разр да управл емо - го аттенюатора 1. В зависимости от знака разности N,-N3, подаваемого по окончанию первого цикла с выхода блока 21 сравнени  через второй вход блока 6 управлени  аттенюатором на второй вход триггерной  чейки 34.и (фиг.)., последн   либо остаетс  в единичном или переходит в нулевое состо ние, в последнем случае старший разр д аттенюатора 1 отключаетс .

Перед началом второго и последующих циклов импульсы с выхода так- тового генератора осуществл ют сдвиг в регистре 33 единичной информации . на один разр д, прикладыва  последовательно ее к первым входам триггер- ных  чеек 34,(п-1)-34.п блока 6 уп- равлени  аттенюатором.

Поскольку дл  коррекции используетс  лишь знак амплитудной неиден- тичности каналов, а не ее абсолютное значение, точность коррекции не зави сит от формы входных сигналов.

Преобразование уровн  входного сигнала U (t) в коды N., N, N , N во втором и последующих циклах происходит описанным образом. По окон- чании каждого цикла на выходе блока 21 сравнени  по вл етс  информаци  о знаке разности , используема  дл  установки каждой из .триггерных  чеек 34.(п-1)-34.1 в нулевое или в единичное состо ние, воздействующа  на коэффициент передачи К. .5, е - Л). Количество циклов, необходимых дл  коррекции, соответствует числу разр дов п управл емого атте- нюатора 1. После каждого цикла измерени  отсчетным устройством 22 может быть произведена оценка коррекции относительной амплитудной неидентичности каналов в соответствии с (15) Точность коррекции определ етс  чувствительностью тракта вход амплитудного детектора 27 - выход блока 21 сравнени , формирующего его амплитудной неидентичности каналов, и весом мпадще,го разр да.

Дл  выполнени  измерени  ключ 4 переводитс  в закрытое состо ние, а ключ 5 - в открытое-состо ние (фиг.5 Ь, Ь), блок 6 управлени  аттенюатором хранит код коррекции, сформированный в предыдущем режиме.

Сигналы (1) и (2), поступающие на вход устройства через согласующий усилитель 2 и аттенюатор 1, а также через ключ 5 и согласующий усилитель 3 соответственно поступ т на сигнальные входы ключа 23 и на входы выпр мителей 25 и 26. Если счи -д тать, что после коррекции , то на выходе полосового усилител  28 выдел етс  перва  гармоника амп- литудно-модулированного сигнала

U(t) К Kj(Y,-Y2)sinfft, (16J интегратор 20 зафиксирует число, пропорциональное разности входных сигналов (дифференциальной составл ющей ) , знак ко торого определ етс  соотношением между Yj и Y - N (Yj-Y2), (J7) a на первый вход отсчетного устр ой- ства 22 с выхода элемента ИЛИ 13 поступает число импульсов, пропорциональное сумме входных сигналой N+ KK(Yi+Y2) (18) Числа (17) и (18), введенные в отсчетное устройство 22, могут быть использованы дл  управлени  системами автсматического регулировани , в которых регулирующим параметром  вл етс  отношение разности сигналов к их сумме, а также дл  определени  значений каждого из входных сигналов

N- - N.

N- + NH (19) (20)

Результаты измерени   вл ютс  преобразованием усредненных за цикл измерени  мгновенных значений входных сигналов и их дифференциальной составл ющей.

Claims (2)

1. Цифровой интегрирующий вольтметр , содержащий управл емый аттенюатор , первый ключ, сигнальным входом соединенный с первой входной шиной , вторую входную шину, через второй ключ соединенную с выходом первого ключа, генератор пилообразного напр жени , выход которого соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого блоков сравнени , а вход - с вторым выходом тактового генератора, элемент ИЛИ, тре- тий, четвертый, п тый, шестой и седьмой ключи, опорный генератор, соединенный с сигнальными входами четвертого , п того, третьего и седьмого ключей, первый и второ й интеграторы входы которых соединены с первым и вторым входами третьего интегратора, третий вход которого соединен с вы- ходом п того блока сравнени , входы которого соединены с выходами перво- го и второго интеграторов, выход третьего интегратора соединен с первым . ВХ0ДОМ счетного блока, второй вход первого блока сравнени  соединен с выходом инвертора, управл ющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с третьим и четвертым выходами тактового генератора, управл ющий вход шестого ключа соединен с п тым выходом тактового гене- ратора, отличающий с   тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены блок управлени  аттенюатором, два согласующих усилител , два выпр мител , амплитуд ный детектор, полосовой усилитель, фазовый детектор, две дифференцирующих цепи, вход первого выпр мител  соединен.с выходом аттенюатора и первым сигнальным входом шестого ключа, а вход второго выпр мител  - с вторым сигнальным входом шестого ключа и с выходам второго согласующего усилител , .вход которого соеди- не|Н с выходсм второго ключа, выход шестого ключа через последовательно соединенные амплитудный детектор и полосовой усилитель соединен с первым входом фазового детектора, второй вход фазового детектора соедине с управл ющим входом шестого Ключа, а его выход - с входом инвертора и вторим входом второго блока сравнет нй , выходы первого и второго выпр мителей соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого блоков сравнени , выходы которых соединены с управл ющими входами третьего и седьмого ключей соответственно , выходы первого и второго :блоков сравнени  соединены с управл ющими входами четвертого и п того ключей, первый вход блока управлени  аттенюатором соединен с первым выходом тактового генератора, второй вход - с выходом п того блока сравнени , выходы третьего и седьмого ключей соединены с входами первой и второй дифференцирующих цепей соответственно, а их выходы соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом счетного блока, сигнальный вход тактового генератора соединен с сигнальным входом аттенюатора и выходом первого согласующего усилител , вход которого соединен с первой входной шиной, а управл ющий вход аттенкйтора соединен с выходом блока управлени  аттенюатором, выходы четвертого и п того ключей соединены с входами первого и второго интеграторов соответственно .

2. Вольтметр поп.1, отличающийс  тем, что блок управлени  аттенюатором содержит регистр сдвига, вход которого соединен с первым входом блока управлени  аттенюатором, и п триггерных  чеек, кажда  из. которых первым входом соединена с соответствующем разр дным выходом регистра, вторыми входами с вторым входом блока управлени  аттенюатором, а выходами - с выходом блока управлени -аттенюатором.

Фиг.2

39 0 т 142 5

А А А А

Вход

J5

5 г Г

35

Фиг.З

I e«/o5J9 Режим коррекции

a

ЛААА7 7 А7Уе ,

ГПГПП П П П П n,t , .«Э

ппп п п

л л

  ИМ fill III II ,

Режим измерени 

Фиг. 5