SU1755376A1 - Кодирующий преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике электрических измерений и может быть использовано при построении высокоточных ц ровых приборов, предназначенных дл  измерени  среднеквадратических значений переменных сигналов произвольной формы , измен ющихс  в широком частотном диапазоне. Высока  точность кодирующего преобразовател  достигаетс  за счет преобразовани  мгновенных значений (выборок) переменного сигнала на разных диапазонах измерени  цифрового прибора на выбранном интервале измерени . 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике электрических измерений и может быть использовано при построении высокоточных цифровых приборов.

Известны кодирующие преобразователи , предназначенные дл  точного измерени  переменного напр жени  и состо щие из управл ющего устройства, электронного ключа, генератора импульсов, источника компенсирующего напр жени , счетчика импульсов, дешифратора, регистрирующего устройства, нуль-органа, управл емого делител  и программирующего блока. В данном кодирующем преобразователе дл  преобразовани  переменного напр жени  в посто нное применен преобразователь средних значений. Посто нное напр жение Ux измер етс  следующим образом. При поступлении пускового импульса от управл ющего устройства открываетс  электронный ключ и к источнику компенсирующего напр жени  поступают колебани  от генератора импульсов, которые одновременно фиксируютс  счетчиком импульсов. Источник компенсирующего напр жени  вырабатывает компенсирующее напр жение U, измен ющеес  на A Lk с приходом каждого импульса от генератора импульсов. Процесс измерени  сводитс  к подсчету счетчиком импульсов числа импульсов, прошедших через электронный ключ за определенное врем , которое фиксируетс  нуль-органом. При срабатывании нуль-органа, когда входное напр жение Ux, поступающее на нуль-орган через управл емый делитель, станет равным компенсирующему напр жению UK, ключ запираетс , генерирование A UK и счет импульсов прекращаетс , показани  счетчика импульсов после дешифрации передаютс  на регистрирующее устройство.

Недостатком данного кодирующего преобразовател   вл етс  низка  точность измерени  среднеквадратических значений переменного сигнала (3-5)%, поскольку примен емый в устройстве преобразователь переменного напр жени  в посто нное не предназначен дл  преобразовани  сигналов произвольной формы.

ы

si

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  кодирующий преобразователь, состо щий из последовательно соединенных декадных преобразователей, выходы которых через устройство обработки подключены к цифровому индикатору, компаратора, блока определени  диапазона, блока управлени , счетчика циклов, формирователей узких и широких импульсов, схем И, ИЛИ и счетчиков. Измер емое напр жение поступает на вход компаратора и через схему И на последовательно соединенные декадные преобразователи. На второй вход схемы И в зависимости от частоты входного сигнала поступают или узкие, или широкие импульсы , сформированные формировател ми узких и широких импульсов, В компараторе после дифференцировани  входного сигнала выдел етс  последовательность импульсов , соответствующа  моментам перехода через ноль входного напр жени . По этой последовательности импульсов блок определени  диапазона определ ет частоту входного сигнала. Дальнейша  работа устройства зависит от частоты входного сигна- ла. Если частота входного сигнала находитс  в области нижних частот, формирователь широких импульсов вырабатывает импульсы определенной длительности, которые поступают на запуск декадных преоб- разователей. Кроме того, эти сигналы стробируют входной сигнал, поступающий на измерительный вход декадных преобразователей . Так как врем  преобразовани  декадных преобразователей меньше широкого строб-импульса, то за врем  его действи  измер етс  мгновенное значение входного сигнала,

Количество измерений мгновенных значений входного сигнала за его период зависит от частоты входного сигнала (при посто нном интервале At между сигналами запуска декадных преобразователей). В св зи с этим в устройстве обработки, где производ тс  функциональные преобразовани , необходимые дл  вычислени  сред- неквадратического значени  напр жени , вводитс  количество измерений мгновенных значений входного сигнала, проведенных за его период. Подсчет количества измерений производитс  счетчиком циклов.

При работе в области верхних частот в св зи с тем, что декадные преобразователи не успевают закодировать мгновенное значение входного сигнала за врем  действи  узкого строб-импульса, кодирование производитс  поэтапно. В первый период входного напр жени  кодируетс  первый дес тичный разр д этого напр жени , во второй период - второй разр д входного

напр жени  и т.д. Выбор режима работы (поэтапное кодирование) при работе в области верхних частот осуществл етс  блоком определени  диапазона.

Недостатком данного кодирующего

преобразовател   вл етс  низка  точность измерени  среднеквадратических значений переменных сигналов, пор дка 1-2%. Это обусловлено тем, что измерение мгновен0 ных значений переменного сигнала (выборок ) происходит на одном пределе измерени . Уровень сигналов (выборок) за период действи  переменного сигнала измен етс  в широком динамическом диапа5 зоне. Измер емые сигналы (выборки) отличаютс  друг от друга по уровню на несколько пор дков, причем число измерений, где уровень сигналов имеет один пор док с максимальным мгновенным значением вы0 борки, составл ет примерно 70% от общего числа измерений за период действи  входного сигнала на выбранном пределе измерени . Это приводит к тому, что погрешность преобразовател  при измере5 нии среднеквадратических значений переменных сигналов, получаемых путем функциональных преобразований, составл ет 1 -2 %.

Цель изобретени  - повышение точно0 сти кодирующего преобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в кодирующий преобразователь, содержащий компаратор, вход которого  вл етс  входом преобразовател , первый дешифра5 тор, выход которого подключен к входу индикатора и первый аналого-цифровой преобразователь, дополнительно введены генератор импульсов, второй, третий и четвертый дешифраторы, делители, счетчики,

0 регистры, триггер, вычитатель, сумматор, квадратор, блок делени , блок извлечени  корны, второй аналого-цифровой преобразователь , программно-временной блок и формирователь интервала выборок, выход

5 компаратора и выход формировател  интервала выборок соединены соответственно с первым и вторым входами программно-временного блока, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами

0 соответственно блока извлечени  корн  и первого блока элементов И, третий и четвертый выходы программно-временного блока соединены соответственно с первым и вторым входами блока делени , выход которого

5 соединен с вторым входом первого блока элементов И, выходы которого соединены с вторыми входами блока извлечени  корн , п тый выход программно-временного блока соединен с первым входом первого регистра , выходы которого соединены непосредственно с первыми входами второго блока элементов И, входами второго дешифратора и через цифро-аналоговый преобразователь с первым входом вычитател , выход которого соединен с первым входом перво- го аналого-цифрового преобразовател , выходы которого соединены с вторыми входами второго блока элементов И, шестой выход программно-временного блока соединен с вторым входом первого аналоге- цифрового преобразовател , первым входом второго аналого-цифрового преобразовател  и входом триггера, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, выходы которого соединены с первыми входами третьего блока элементов И, выходы которого соединены с третьими входами блока делени , седьмой и восьмой выходы программно-временного блока соединены соответственно с первым входом первого дешифратора и вторым входом третьего блока элементов И, дев тый выход программно-временного блока соединен с первым входом четвертого блока элементов И, выходы которого соединены с четверты- ми входами блока делени , дес тый и одиннадцатый выходы программно-временного блока соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выходы которого соединены с вторыми входами четвер- того блока элементов И, двенадцатый выход программно-временного блока соединен с первым входом п того блока элементов И, выходы которого соединены с первыми входами третьего дешифратора, выходы кото- рого соединены с соответствующими третьими входами сумматора, тринадцатый и четырнадцатый выходы программно-временного блока соединены соответственно с первым и вторым входами квадратора, вы- ходы которого соединены с вторыми входами п того блока элементов И, п тнадцатый выход программно-временного блока соединен с третьим входом второго блока элементов И, выходы которого соединены с третьими входами квадратора, шестнадцатый , семнадцатый и восемнадцатый выходы программно-временного блока соединены соответственно с вторым входом первого счетчика, первым и вторым входами второго счетчика, выход которого соединен с первым входом четвертого дешифратора, выход которого соединен с первым входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом формировател  интервала выборок, дев тнадцатый, двадцатый, двадцать первый и двадцать второй выходы программно-временного блока соединены соответственно с вторым входом четвертого дешифратора, вторым входом второго регистра , вторым входом формировател  интервала выборок и третьим входом блока извлечени  корн , выходы которого соединены с вторыми входами первого дешифратора, выход генератора импульсов соединен с входом первого делител , первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с третьим входом второго счетчика, третьими входами формировател  интервала выборок и третьим входом первого аналого-цифрового преобразовател  и вторым входом второго аналого-цифрового преобразовател , выходы второго дешифратора соединены с вторыми входами третьего дешифратора и первыми входами второго де лител , второй вход которого подключен входу преобразовател , выход соединен с вторым входом вычитател  и с третьим входом второго аналого-цифрового преобразовател , выход которого соединен со вторыми входами первого регистра.

Повышение точности кодирующего преобразовател  до 0,1-0,2% обусловлено тем, что измерение мгновенных значений выборок , измен ющихс  в широком динамическом диапазоне производитс  на разных пределах, С этой целью сначала производитс  определение предела измерени  кодирующего преобразовател , а затем измерение входного сигнала на выбранном пределе измерени .

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого кодирующего преобразовател ; на фиг.2 приведены временные диаграммы работы программно-временного блока; на фиг.З - блок-схема формировател  интервала выборок; на фиг.4 - блок-схема сумматора; на фиг,5 - блок-схема блока делени .

Предлагаемый кодирующий преобразователь состоит из квадратора 1, компаратора 2, генератора 3 импульсов, делител  4, счетчика 5, дешифратора б, регистра 7, формировател  интервала выборок 8, блока элементов И 9, счетчика 10, делител  11, аналого-цифрового преобразовател  12, регистра 13, цифроаналогового преобразовател  14, вычитател  15, дешифратора 16, аналого-цифрового преобразовател  17, блоков элементов И 18 и 19, программно- временного блока 20, блоков элементов И 21 и 22, сумматора 23, блока 24 делени , блока 25 извлечени  корн , дешифраторов 26 и 27, индикатора 28 и триггера 29.

Формирователь интервала выборок состоит из элементов И 30-33 и элемента ИЛИ.

Сумматор содержит регистры 35-37, элемент ИЛИ 38, элемент 39 задержки и накапливающие сумматоры 40-42,

Блок делени  состоит из реверсивных счетчиков 43 и 44, триггера 45, элементов И 46 и 47, элемента ИЛИ 48, реверсивного счетчика 49, счетчика 50, элемента И 51, триггера 52, элемента И 53 и генератора импульсов 54.

Первый и второй входы квадратора 1 соединены соответственно с первым 55 и вторым 56 выходами программно-временного блока 20, третьи входы - с выходами блока элементов И 18, а выходы - с первыми входами блока элементов И 19.

Вход кодирующего преобразовател  Ux соединен с входом компаратора 2 и первым входом делител  11. Выход компаратора 2 соединен с первым 57 входом программно- временного блока 20.

Выход генератора импульсов 3 соединен с входом делител  4, первый, второй и третий выходы которого соединены соот- ветственно с первыми входами аналого- цифровых преобразователей 12 и 17, первым входом счетчика 5 и первыми входами формировател  интервала выборок 8. Третий и четвертый входы счетчика 5 соеди- нены соответственно с третьим 58 и четвертым 59 выходами программно-временного блока 20. Выходы счетчика 5 соединены с первыми входами дешифратора б, второй вход которого соединен с п тым 60 выходом программно-временного блока 20. Выходы дешифратора 6 соединены с первыми входами регистра 7, вход которого соединен с шестым 61 выходом программно-временного блока 20. Выходы регистра 7 соединены с вторыми входами формировател  интервалов выборок 8, третий вход которого соединен с седьмым 62 выходом программно-временного блока 20. Выход формировател  интервала выборок 8 соеди- нен с вторым 63 входом программно-временного блока 20.

Первый вход блока элементов И 9 соединен с восьмым 64 выходом программно- временного блока 20. Вторые входы блока элементов И 9 соединены с выходами счетчика 10. Выходы блока элементов И 9 соединены с первыми входами блока делени  24, Первый вход счетчика 10 соединен с выходом триггера 29. Второй вход счетчика 10 соединен с дев тым 65 выходом программно-временного блока 20.

Вторые входы датчика 11 соединены с выходами дешифратора 16 и первыми входами дешифратора 26. Выход делител  11 соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразовател  12 и первым входом вычитател  15.

Третий вход аналого-цифрового преобразовател  12 соединен с вторым входом

аналого-цифрового преобразовател  17, входом триггера 29 и дес тым выходом 66 программно-временного блока 20.

Выходы аналого-цифрового преобразовател  12 соединены с первыми входами регистра 13, второй вход которого соединен с одиннадцатым 67 выходом программно- временного блока 20. Выходы регистра 13 соединены с входами дешифратора 16 и первыми входами блока элементов И 18. Выход цифроаналоговогр преобразовател  14 соединен с вторым входом вычитател  15, выход которого соединен с третьим входом аналого-цифрового преобразовател  17. Выходы аналого-цифрового преобразовател  17 соединены со вторыми входами блока элементов И 18.

Третий вход блока элементов И 18 соединен с двенадцатым выходом 68 программно-временного блока 20, тринадцатый 69 выход которого соединен с вторым входом блока элементов И 19. Выходы блока элементов и 19 соединены с вторыми входами дешифратора 26.

Четырнадцатый 70, п тнадцатый 71, шестнадцатый 72, семнадцатый 73, восемнадцатый 74, дев тнадцатый 75, двадцатый 76, двадцать первый 77 и двадцать второй 78 выходы программно-временного блока

20соответственно соединены с первым входом сумматора 23, с вторым входом сумматора 23, с первым входом блока элементов И 21, с вторым входом блока делени  24, с третьим входом блока делени  24, с первым входом блока элементов И 22, с первым входом блока извлечени  корн  25, с вторым входом блока извлечени  корн , с первым входом дешифратора 27.

Вторые входы блока элементов И 21 соединены с выходами сумматора 23, третьи входы которого соединены с выходами дешифратора 26. Выходы блока элементов И

21соединены с четвертыми входами блока делени  24, выходы которого соединены с вторыми входами блока элементов И 22. Выходы блока элементов И 22 соединены с третьими входами блока извлечени  корн  25, выходы которого соединены с вторыми входами дешифратора 27. Выходы дешифратора 27 соединены с входами индикатора 28.

Устройство работает следующим образом .

Переменный сигнал Ux поступает на компаратор 2 и измерительный вход делител  11. По выходным сигналам компаратора 2 программно-временной блок 20 формирует управл ющие сигналы, синхронизирующие работу всего устройства. Временные положени  сигналов программно-временного блока 20 показаны на фиг.2. В нулевое состо ние устанавливаютс  счетчик 10, квадратор 1, сумматор 23, блок делени  24 и блок извлечени  корн  25 сигналами, поступающими с 65, 55. 70, 73, 76 выходом программно-временного блока 20.

С помощью генератора импульсов 3, делител  4, счетчика 5, дешифратора 6, регистра 7 и формировател  интервала выборок 8 вырабатываютс  сигналы запуска аналого-цифровых преобразователей 17 и 12. Частота запуска преобразовател  17 должна быть оптимальной, т.е. число выборок за период входного сигнала определ етс  заданной |0чностью измерени .

Счетчик 5 подсчитывает число импульсов , которые формируютс  генератором импульсов 3 и делителем 4 за один период входного сигнала. Дл  этого счетчик 5 устанавливаетс  в нулевое состо ние сигналом, поступающим с выхода 58 программно-временного блока 20, и подсчитывает счетные импульсы, поступающие на него за один период входного сигнала. Разрешение на прохождение импульсов на счетчик 5 поступает с выхода 59 программно-временного блока 20. Показани  счетчика 5 анализируетс  дешифратором б и при наличии управл ющего сигнала на выходе 60 дешифратор 6 выдает сигнал на регистр 7, который в нем запоминаетс . Формирователь интервала выборок 8 по состо нию регистра 7 и соответствующим этому состо нию сигналам делител  4 формирует сигналы определенной частоты, которые поступают на вход 63 программно-временного блока 20. По этим сигналам блок 20 на выходе 66 вырабатывает сигналы запуска аналого-цифровых преобразователей 17 и 12.

По сигналам запуска, поступающим с 66 выхода программно-временного блока 20, аналого-цифровой преобразователь 12 преобразует текущее значение выборки в код NICT (старшие разр ды входного сигнала). Результат преобразовател  в виде параллельного кода поступает на информационный вход регистра 13. При поступлении управл ющего сигнала с выхода 67 программно-временного блока 20 эта информаци  запоминаетс  в регистре 13. Дешифратор 16 анализирует информацию, хран щуюс  в регистре 13 (код NICT) и выдает управл ющий сигнал на делитель 11 и дешифратор 26. Делитель 11 измен ет свой коэффициент передачи в результате чего измен етс  амплитуда сигнала, поступающего на первый вход вычитател  15. На второй вход вычитател  15 поступает сигнал с циф- роаналогового преобразовател  14. Результирующий сигнал вычитател  15 AUX (Ux- -Ux) (где Ux - входной сигнал, Ux - сигнал на выходе цифроаналогового преобразовател  14), поступает на аналого-цифровой преобразователь 17. Разностный сигнал AUx в аналого-цифровом преобразователе 17 по сигналам, поступающим с 66 выхода блока управлени , преобразуетс  в код NIM/I) (младшие разр ды входного сигнала).

При по влении управл ющего сигнала на выходе 68 программно-временного блока 20 кодова  информаци  аналого-цифрового преобразовател  (7 ( М|мл - младшие

разр ды) и регистра 13 (NiCTстаршие

разр ды входного сигнала) через блок элементов И 18 поступает на квадратор 1, где запоминаетс . При поступлении сигнала с 56 выхода программно-временного блока 20 в квадраторе 1 производитс  возведение в квадрат кода текущей выборки NI. При поступлении управл ющего сигнала с выхода 69 программно-временного блока 20 значение Nj2 из квадратора 1 переписываетс  через блок элементов И 19 и дешифратор 26 в сумматор 23. Кодова  информаци  квадратора 1 в тзвисимости от уровн  сигнала (выборки ), определ емого аналого-цифровым преобразователем 2, поступает на разные входы сумматора 23, имеющие разные весовые коэффициенты Управление разделением информации, поступающей из квадратора 1 на сумматор 23 осуществл етс  сигналами дешифратора 16, анализирующегокодовуюинформацию аналого-цифрового преобразовател  12, хран щуюс  в регистре 13. В сумматоре 23 при поступлении сигнала с выхода 71 программно-временного блока 20 производит- П с  суммирование квадратов кодов текущих значений выборок Nr + №2 +... + Nn2. Ре0

5

0

5

0

5

зультат сложени  (2) Ni2) сумматора 23 через блок элементов И 21 при наличии управ- л ющего сигнала на выходе 72 программно-временного блока 20 поступает на первый вход блока делени  24. На второй вход блока делени  24 поступает код числа выборок, сформированный счетчиком 10, через блок элементов И 9 при наличии управл ющего сигнала на выходе 64 программно- временного блока 20. При поступлении сигнала с выхода 74 программно-временного блока 20 в блоке делени  24 производитс  деление чисУ N N -г N§ +... + N2, , ла . Результат делени  через блок элементов И 22 с блока делени  24 поступает на блок извлечени  корн  25 при наличии управл ющего сигнала на выходе 75 программно-времен5

0

5

ного блока 20. При поступлении управл ющего сигнала с выхода 77 программно-временного блока 20 в блоке извлечени  корн  25 производитс  извлечение корн  из кодоV Nf + N2 +... + Мй вой информации.

Результат функциональных преобразований , пропорциональный среднеквадратиче- скому значению переменных сигналов, дешифрируетс  дешифратором 27 и при наличии управл ющего сигнала на выходе 78 программно-временного блока 20 считываетс  индикатором 28.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Кодирующий преобразователь, содержащий компаратор, вход которого  вл етс  входом преобразовател , первый дешифратор , выход которого подключен к входу индикатора , и первый аналого-цифровой преобразователь, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовател , в него введены генератор импульсов , второй, третий и четвертый дешифраторы, делители, счетчики, регистры , триггер, вычитатель, сумматор, квадратор , блок извлечени  корн , блоки элементов И, блок делени , цифроаналоговый преобразователь , второй аналого-цифровой преобразователь , программно-временной блок и формирователь интервала выборок, выход компаратора и выход формировател  интервала выборок соединены соответственно с первым и вторым входами программно-временного блока, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами соответственно блока извлечени  корн  и первого блока элементов И, третий и четвертый выходы программно-временного блока соединены соответственно с первым и вторым входами блока делени , выход которого соединен с вторым входом первого блока элементов И, выход которого соединен с вторыми входами блока извлечени  корн , п тый выход программно-временного блока соединен с первым входом первого регистра , выходы которого соединены непосредственно с первыми входами второго блока элементов И и входами второго дешифратора и через цифроаналоговый преобразователь - с первым входом вычитател , выход которого соединен с первым входом первого аналого-цифрового преобразовател , выходы которого соединены с вторыми входами второго блока элементов И, шестой выход программно-временного блока dbe- динен с вторым входом первого аналого- цифрового преобразовател , первым входом второго аналого-цифрового преобразовател  и входом триггера, выход кото-рого соединен с первым входом первого счетчика, выходы которого соединены с первыми входами третьего блока элементов И, выходы которого соединены с третьими входами блока делени , седьмой и восьмой выходы программно-временного блока соединены соответственно с первым входом первого дешифратора и вторым входом третьего блока элементов И, дев тый выход

   0 программно-временного блока соединен с первым входом четвертого блока элементов И, выходы которого соединены с четвертыми входами блока делени , дес тый и одиннадцатый выходы программно-временного

   5 блока соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выходы которого соединены с вторыми входами четвер- того блока элементов И, двенадцатый выход программно-временного блока соединен с

   0 первым входом п того блока элементов И, выходы которого соединены с первыми входами третьего дешифратора, выходы которого соединены с соответствующими третьими входами сумматора, тринадцатый

   5 и четырнадцатый выходы программно-временного блока соединены соответственно с первым и вторым входами квадратора, выходы которого соединены с вторыми входа- ми п того блока элементов И, п тнадцатый

   0 выход программно-временного блока соединен с третьим входом второго блока элементов И, выходы которого соединены с/ третьими входами квадратора, шестнадцатый , семнадцатый и восемнадцатый выходы

   5 программно-временного блока соединены соответственно с вторым входом первого счетчика, первым и вторым входами второго счетчика, выход которого соединен с первым входом четвертого дешифратора, выход

   0 которого соединен с первым входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом формировател  интервала выборок , дев тнадцатый, двадцатый, двадцать первый и двадцать второй выходы програм5 мно-временного блока соединены соответственно с вторым входом четвертого дешифратора, вторым входом второго регистра , вторым входом формировател  интервала выборок и третьим входом блока

   0 извлечени  корн , выходы которого соединены с вторыми входами первого дешифратора , выход генератора импульсов соединен с входом первого делител , первый , вторые и третий выходы которого сое5 динены соответственно с третьим входом второго счетчика, третьими входами формировател  интервалов выборок и третьим входом первого аналого-цифрового преобразовател  и вторым входом второго аналого-цифрового преобразовател , выходы

   второго дешифратора соединены с вторыми входами третьего дешифратора и первыми входами второго делител , второй вход которого подключен к входу преобразовател , выход соединен с вторым входом вычитателй ti с третьим входом второго аналого-цкф- рового преобразовател , первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим входом вычитател  и вторыми входами первого регистра.

   Ј

   $ $ 15% & :йй%йЬ Sift

   N S

   фиг. 5