SU1721520A1 - Двухтактный измеритель энергии одиночных импульсов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике и может быть использовано в радиопромышленности. Цель изобретени  - повышение статической точности . Дл  этого в измеритель введены источник 6 опорного напр жени , второй компараторе, генератор 10 импульсов, третий ключ 11, цифровой счетчик 12с соответствующими св з ми. Измеритель также содержит входную цепь 1, первый ключ 2, квадратор 3, интегратор 4, первый компаратор 5, второй ключ 7, триггер 9 и блок 13 регистрации. Измеритель энергии работает по принципу двухтактного интегрировани . В первом такте производитс  интегрирование квадратичной функции одиночного импульса за врем , равное его длительности; во втором такте - интегрирование инвертированного значени  квадрата опорного напр жени  до момента равенства выходного напр жени  интегратора 4 нулю. 3 ил. Ё

Description

Ю

СП hO О

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике и может быть использовано, например, в радиопромышленности дл  измерени  энергии одиночных импульсов.

Известен джоульметр, содержащий входную цепь, термопреобразователь, усилитель посто нного тока, детектор, отсчет- ный блок, формирователь импулъсов запуска, блок установки в исходное состо ние , логический элемент ИЛИ, одновибра- тор, аналоговый ключ,- квадратор, интегратор, компаратор, триггер и реле. Принцип работы джоульметра основан на двойном преобразовании электрической энергии импульса в тепловую энергию, выделенную на подогревателе, котора  затем преобразуетс  в термо-ЭДСтермопары 1.

Недостатком джоульметра  вл етс  низка  точность измерений, так как термопреобразователь подвержен вли нию температуры окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство измерени  энергии одиночного импульса, содержащее .входную цепь, квадратор, первый и второй ключи, интегратор, масштабный усилитель, блок управлени , в который вход т компаратор, инвертор, первый и вто- рой триггеры и устройство неравнозначности , а также блок измерени  и индикации, состо щий из аналого-цифрового, преобразовател  и блока регистрации. Устройство работает по принципу интегрировани  квадратичной функции от входного одиночного импульса за врем , равное его длительности 2.

В известном устройстве основными источниками мультипликативной погрешно- сти  вл ютс  интегратор и квадратор. В случае использовани , например, интегратора на прецизионном О.У статическа  отно- сительна  мультипликативна  погрешность , обусловленна  конечным значением коэффициента усилени  ОУ, неточностью элементов операционной системы (погрешности резистора и конденсатора), а также временной и температурной нестабильностью элементов интегратора (резистора и конденсатора),, дл  наиболее худшего случа , когда предел измерени  входного сигнала минимален, а длительность входного импульса максимальна, составл ет пор дка 0,9%. Погрешность квадратора, собранного на аналоговом перемножителе, 0,1%. Остальные блоки, вход щие в измеритель, имеют погрешность около 0,01%. Следовательно , известное устройство имеет низкую точность. Кроме того, его схема сложна, так

как содержит отдельный аналого-цифровой преобразователь.

Целью изобретени   вл етс  повышение статической точности и упрощение устройства .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в двухтактном измерителе энергии одиночных импульсов, содержащем входную цепь, квадратор, интегратор, первый и второй ключи, источник опорного напр жени , первый .и второй компараторы, триггер, генератор импульсов, третий ключ, цифровой счетчик м блок регистрации, инверсный выход первого компаратора соединен с вторым входом триггера, а пр мой его выход- с входом Сброс цифрового счетчика и с вторым входом первого ключа.

На фиг. 1 представлена структурна  схема двухтактного измерител  энергии одиночных импульсов; на фиг. 2 .- временные диаграммы ег работы; на фиг. 3 - характеристика работы двухтактного измерител  энергии одиночных импульсов.

Двухтактный измеритель энергии одиночных импульсов содержит входную цепь 1, первый ключ 2, квадратор 3, интегратор4, первый компаратор 5, источник 6 опорного напр жени , второй ключ 7, второй компаратор 8, триггер 9, генератор 10 импульсов, третий ключ .11, цифровой счетчик 12 и блок 13 регистрации.

Рассмотрим статическое состо ние отдельных блоков.

В исходном состо нии первый ключ 2 разомкнут, интегратор 4 сброшен, т.е. напр жение на его выходе равно нулю. Триггер 9 сброшен, его неинвертирующий выход находитс  всосто нии О. При этом второй 7 и третий 11 ключи наход тс  в разомкнутом состо нии. Цифровой счетчик 12 и блок 13 регистрации.фиксируют нулевые значени  энергии. На пр мых выходах первого 5 и второго 8 компараторов - сигнал О. На инверсном выходе первого компаратора 5 - сигнал О, так как этот компаратор выдает положительные импульсы установки триггера 9 в 1 только в момент перехода первого компаратора 5 из состо ни  1 в нулевое, т.е. в. момент окончани  измер емого им-. пульса. Дл  этой цели первый компаратор 5 с потенциальными выходами на инверсном выходе должен иметь дифференцирующую цепь.

Двухтактный измеритель энергии одиночных импульсов работает следующим образом .

Одиночный импульс на входной цепи 1 поступает одновременно на входы разомкнутого первого ключа 2 и первого компаратора 5. С приходом одиночного ммпульса

первый компаратор 5 формирует на своем выходе пр моугольный импульс, длительность которого равна длительности входного импульса. Передним фронтом импульса с выхода первого компаратора 5 замыкаетс  первый ключ 2, через который проходит измер емый импульс на вход квадратора 3; Одновременно сбрасываетс  цифровой счетчик 12. Импульс, преобразовавшийс  в квадраторе3 в импульсе квадратичной фун- кцией по отношению к исходной его форме, поступает на вход интегратора 4.

Начинаетс  первый такт работы двухтактного измерител  энергии одиночных импульсов, в котором производитс  интег- рирование квадратичной функции одиночного импульса за врем , равное его длительности. В момент окончани  воздействи  одиночного импульса во входной цепи 1 первый компаратор 5 задним фронтом своего выходного импульса размыкает первый ключ 2 и перебрасывает триггер 9, который сигналом логической 1 со своего выхода замыкает второй 7 и третий 11 ключи .

Начинаетс  второй такт работы двухтактного измерител  энергии одиночных импульсов, в котором на вход квадратора 3 через открытый второй ключ 7 поступает опорное напр жение U0 с источника 6 опор- ного напр жени . В этом такте интегратор интегрирует инвертированное значение квадрата опорного напр жени  до момента равенства выходного напр жени  интегра тора 4 нулю. В течение этого времени циф- ровой счетчик 12 производит подсчет числа импульсов, поступающих на его входе гене- . ратора 10 импульсов через открытый третий ключ 11, и производитс  регистраци  измеренного значени  энергии в блоке 13 реги- страции .

В момент равенства нулю выходного напр жени  интегратора 4 срабатывает второй компаратор 8, перебрасывающий триггер 9 в исходное состо ние. После этого сигналом логического О с выхода триггера 9 размыкаютс  второй 7 и третий 11 ключи,

Таким образом, устройство подготовлено к приходу следующего одиночного импульса и очередному измерению его энергии.

Энерги  одиночного импульса, полученного , например, разр дом зар женного конденсатора на сопротивлении во входной цепи 1, пропорциональна площади кривой мощности и определ етс  выражением

1

ЮГ

Hu

dt.

5 10

16 20 25

30 35 40

45

50

55 гдеР - сопротивление нагрузки конденсатора;

UBX мгновенное значение входного напр жени ;

т- посто нна  времени, определ ема  сопротивлением R и емкостью С входной цепи.

Через врем , равное 10 т, практически произойдет полный разр д конденсатора, Реально интервал интегрировани  зависит от длительности измер емых импульсов.

Дл  двухтактового измерител  энергии одиночных импульсов имеет место следующее соотношение дл  выходного напр жени  интегратора Ui при интегрировании в первом такте (фиг. 3):

I I ЦвХ .Ср tin,г)} .

и, ()

где Uex.cp - усредненное значение входного напр жени  за врем  длительности импульса;

tin - врем  интегрировани  в первом такте, равное длительности входного одиночного импульса;

R - сопротивление нагрузки во входной цепи.

, При интегрировании во втором такте инвертированного значени  квадрата опорного напр жени 

Ui Uo-t2n.(3)

где Uo - опорное напр жение;

12и врем  интегрировани  во втором такте.

Сравнива  правые части полученных выражений (2) и (3), получают интервал времени интегрировани  во втором такте Т2и, несущий информацию об энергии измер емого одиночного импульса:

12и -Ц:.(4)

R U5

Число импульсов, подсчитанное цифровым счетчиком 12 за врем  второго такта интегрировани , может быть определено по формуле

NX f 12и,(5)

где f,- частота генератора 10 импульсов. Отсюда „

Nx-f UBX-cPtiH K U§

г Uax.cp

tin

(6)

RR .

где К - коэффициент пропорциональности, т.е. число импульсов, подсчитанное цифровым счетчиком 12, пропорционально энергии одиночного импульса.

Конструктивно блоки предлагаемого устройства могут быть выполнены на известной элементной базе.

В качестве квадратора 3 можно имполь- зовать аналоговый перемножитель 525ПСЗ, первый 2, второй 7 и третий 11 ключи могут

быть выполнены на микросхеме серии К590КН, интегратор 4 - на прецизионном ОУ К140УД17. Компараторы 5 и 8 могут быть реализованы на микросхеме К554САЗ. В качестве генератора 10 импульсов можно применить кварцевый генератор.

Следовательно, по сравнению с известным предлагаемое устройство проще, так как не содержит отдельного аналого-цифрового преобразовател , а остальные узлы не сложны.

Кроме того, предлагаемое устройство при одинаковых с известным точностных характеристиках отдельных узлов - квадратора , интегратора - позвол ет получить более высокую точность, так как в известном устройстве обща  погрешность определ етс  суммой погрешностей отдельных узлов, а в предлагаемом устройстве погрешности интегратора и квадратора компенсированы. Это обеспечиваетс  за счет того, что в первом такте интегрировани  суммарна  мультипликативна  погрешность этих узлов входит с одним знаком, а во втором такте - с обратным знаком. Суммарна  статическа  мультипликативна  погрешность интегратора и квадратора в предложенном измерителе энергии может быть снижена на пор док и составит не более 0,1%. Кроме того, вместо аналого-цифрового преобразовател , имеющего погрешность, например, дл  К572ПВ2 пор дка 0,01%, в предлагаемом устройстве используетс  цифровое устройство , позвол ющее получить более высокую точность.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

Двухтактный измеритель энергии одиночных импульсов, содержащий квадратор, интегратор, первый и второй ключи, триггер , блок регистрации и последовательно

включенные входную цепь и первый компаратор , отличающийс  тем, что, с целью повышени  статической точности, в него введены источник опорного напр жени , второй компаратор, последовательно соединенные генератор импульсов, третий ключ и цифровой счетчик, выход которого соединен с входом блока регистрации, причем входна  цепь выходом соединена с входом первого ключа, выход которого

соединен с последовательно включенными квадратором, интегратором, вторым компаратором , выход которого соединен с пер вым входом триггера, входы управлени  второго и третьего ключей соединены с выт

ходом триггера, пр мой выход первого компаратора - с входом управлени  первого ключа и входом сброса цифрового счетчика, а инверсный выход первого компаратора - с вторым входом триггера, второй ключ соединен входом с источником опорного напр жени , а выходом - с входом квадратора.

Wqop. СЧ-%

Интефи{ю6инц& lltf

- t

Фиг. 2

I

Интегрцробание -U

Claims (1)

1. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

   Двухтактный измеритель энергии одиночных импульсов, содержащий квадратор, интегратор, первый и второй ключи, триггер, блок регистрации и последовательно включенные входную цепь и первый компаратор, отличающийся тем, что, с целью повышения статической точности, в него введены источник опорного напряжения, второй компаратор, последовательно соединенные генератор импульсов, третий ключ и цифровой счетчик, выход которого соединен с входом блока регистрации, причем входная цепь выходом соединена с входом первого ключа, выход которого соединен с последовательно включенными квадратором, интегратором, вторым компаратором, выход которого соединен с первым входом триггера, входы управления второго и третьего ключей соединены с выт ходом триггера, прямой выход первого компаратора - с входом управления первого ключа и входом сброса цифрового счетчика, а инверсный выход первого компаратора с вторым входом триггера, второй ключ соединен входом с источником опорного напряжения, а выходом - с входом квадратора.

   Фаг.5