SU436438A1 - Преобразователь напряжения в цифровой код - Google Patents

Description

(1

Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике.

Известен преобразователь напр жени  в пифровой код, содержащий сравнивающее устройство, устройство управлени , логическое устройство, счетчик, реверсивный счетчик , цифро-аналоговый преобразователь, состо щий из регистра пам ти, двух разнопол рных источников образцовых напр жений, измерительных ключей и дискретного делител , источник дополнительных образцовых напр жений , состо щий из дискретного делител , дополнительных измерительных ключей и двух разнопол рных источников образцового напр жени .

Недостатком известного устройства  вл етс  мала  точность измерени  нормированной коррел ционной функции входного случайного сигнала.

Дл  сохранени  относительной ошибки восстановлени  и повышени  точности измерени  нормированной коррел ционной функции входного случайного сигнала в. известный преобразователь дополнительно введены масштабирующий делитель и схемы совпадений, причем управл ющие входы дополнительных измерительных ключей соединены через схемы совпадений с регистром пам ти цифроаналогового преобразовател , вторые входы схем совпадений подключены к одному из

входов логического устройства; вход масштабирующего делител  св зан с выходом дискретного делител  источника дополнительных образцовых напр жений, а выход масштабирующего делител  - с выходом дискретного делител  цифро-аналогового преобразовател  и одним из входов сравнивающего устройства . На чертеже показана блок-схема преобразовател  напр жени  в цифровой код.

Преобразователь работает следующим образом .

Под действием сигнала «пуск схема устройства переходит в начальное состо ние и

производитс  измерение входного сигнала Ux методом поразр дного уравновешивани  в момент времени t. В измерении сигнала t/x участвуют следующие узлы: сравнивающее устройство 1, устройство управлени  2 и цифроаналоговый преобразователь 3, состо щий из дискретного делител  4, измерительных ключей 5 (из которых один ключ пол рности), двух источников разнопол рного образцового напр жени  6, 7 и регистра пам ти 8.

После окончани  измерени  сигнала Ux в момент компенсации выполн етс  условие

J(t) U.(i),

где UQ - напр жение на входе дискретного делител  4 цифро-аналогового преобразовател . Код напр жени  U(,(t) после измерени  хранитс  в регистре пам ти 8.

После первоначального сброса всей схемы прибора в реверсивном счетчике 9 и счетчике 10 записываетс  максимальное число Л/макс, соответствующее минимальному времени квантовани  ГминПосле измерени  входного сигнала Ux(t) сигналом от устройства управлени  2 происходит перезапись кода реверсивного счетчика 9 в счетчик 10, и с выхода устройства управлени  2 на вход счетчика 10 поступают тактовые импульсы. В результате этого в момент времени +Гмин на выходе счетчика 10 образуетс  сигнал. По этому сигналу, подаваемому в устройство управлени  2, определ етс  знак приращени  входного сигнала и., т. е. Ujc(t)U (t) сравниваетс  с U(t-}-T. Если Uj,(t),(t)U(t + T, от сравнивающего устройства 1 через устройство управлени  2 и логическое устройство 11 подаетс  сигнал на источник дополнительных образцовых напр жений 12, состо щий из дискретного делител  13, дополнительных измерительных ключей 14, ключа пол рности 15 и общих с цифро-аналоговым преобразователем двух разнопол рных источников образцовых напр жений 6, 7. Этот сигнал поступает «а ключ пол рности 15, в результате чего на следующем такте, т. е. в момент времени

i + Тмин + Д, где А где Д - врем , равное длительности одного такта преобразовател , к напр жению (/о прибавл етс  относительна  величина напр жени  текущей ошибки восстановлени  входного сигнала е().

Ключ пол рности 15 источника дополнительных образцовых напр жений 12 управл ет знаком выходного напр жени , т. е. пол рностью напр жени  относительной ошибки восстановлени  8(/). Дл  формировани  знакопеременного напр жени  ±s(0 на дискретные делители 4 и 13 подключаетс  второй источник образцового напр жени  б, пол рность которого противоположна источнику образцового напр жени  7.

Сигнал включени  напр жени  относительной ошибки восстановлени  е(0 подаетс  от логического устройства 11 на общие входы схем совпадений 16. Другие входы схем совпадений 16 подключены к тем же выходам регистра пам ти 8, к которым подключены управл ющие входы измерительных ключей 5, причем включению старшего разр да напр жени  f/o соответствует включение старшего разр да напр жени  ошибки восстановлени  и т. д. Следовательно, дополнительные измерительные ключи 14 управл ютс  через схемы совпадений 16 кодом регистра пам ти 8, полученным в результате измерени  Ux(t). Это значит, что напр жение ошибки воссталовлени  входного сигнала измен етс  пр мо пропорционально измер емому значению входного сигнала Ux, т. е. , где .

Величина относительной ошибки восстановлени  входного сигнала s(t) определ етс  масштабным делителе.м 17 и кодом регистра пам ти 8, полученным в результате измерени  U(t).

Масштабный делитель 17, например, представл ет собой часть дискретного делител  13 источника дополнительных образцовых напр жений 12. Он управл етс  Ключами выбора масштаба, которые шунтируют соответствующие разр ды и тем самым измен ют величину е.

Пол рность относительной ошибки восстановлени  входного случайного сигнала Ux определ етс  вначале, а на следующем такте включаетс  модуль напр жени  относительной ошибки восстановлени  l8(i)|, который зависит от кода измер емого сигнала Ux и от масштабирующего делител  17. К одному-двум последним разр дам регистра пам ти 8 подключены только измерительные ключи 5 цифро-аналогового преобразовател  3. К ним не следует подключать дополнительные измерительные ключи 14 источника дополнительных образцовых напр лсений 12, так как относительна  ошибка, создаваема  этими разр дами с учетом масштабирующего коэффициента К, будет значительно меньше величины дискретности измерени  входного сигнала Ux.

Первый слева по схеме измерительный ключ 5 в цифро-аналоговом преобразователе 3 управл ет определением пол рности входного сигнала Ux.

На этом же такте в момент времени Tf, с помощью устройства 1 сравниваютс  напр жени 

f/x( + + А) с t/, + S zrr (1 - /Г)и,. В случае, если + -f Л/)„ + S г (1 - К)и„

то на этом же такте сигналом от сравнивающего устройства 1 через устройство управлени  2 и логическое устройство 11 подаетс  сигнал в реверсивный счетчик 9 на «сложение , т. е. на уменьшение интервала квантовани  Т на отрезок А/. Однако в исходном состо нии в реверсивном счетчике 9 было записано число Ломаке, соответствующее минимальному интервалу квантовани  Гмин, поэтому носле первого измерени  всегда будет выполн тьс  условие

(J( + fii)U, + ()U,

и в реверсивный счетчик 9 будет подаватьс 

сигнал на «вычитание, т. е. на увеличение

интервала квантовани  Гмин на величину А/.

После подачи сигнала в реверсивный счетчик 9 на изменение интервала квантовани  устройство управлени  2 вырабатывает сигнал , соответствующий времени начала следующего из1мерени  входного сигнала Uy. Далее следуют процессы формировани  интервала квантовани  Г, определени  знака приращени  текущего значени  входного сигнала Ux, коррекци  интервала квантовани  и т. д.

Если U(t)-U,(t)J,(i + , то в момент времени -}- мин-f Д от напр жени  f/o вычитаетс  напр жение ошибки восстановлени  S и производитс  сравнение

f/x( + + Д) с , - 8 : (1 - K}U,.

При L/ (t + Г„„„ + л/) f/. - в (1 -/С) и,

сравнивающего устройства 1 через устройство управлени  2 и логическое устройство 11 подаетс  сигнал в реверсивный счетчик 9 на «сложение, т. е. на уменьшение интервала квантовани  Т на величину Д

а при U(t + T,,-{.M),- (K)U,

происходит увеличение интервала квантовани  Т на величину Д.

Начало первого измерени  в преобразователе определ етс  временем прихода сигнала «пуск, а начала всех последующих измерений будут измен тьс  в соответствии с изменением числа Л на реверсивном счетчике 9.

С помощью предлагаемого преобразовател  можно не только квантовать измер емые случайные сигналы Ux, но и измер ть нормированные коррел ционные функции этих сигналов .

Дл  получени  нормированной коррел ционной функции входного случайного сигнала необходимо провести следующие операции: установить минимальную заданную относительную ощибку восстановлени  входного сигнала si, списать с реверсивного счетчика установившийс  интервал квантовани  7i; установить новое значение заданной ошибки восстановлени  входного сигнала и списать с реверсивного счетчика установившийс  интервал квантовани  и т. д. до тех нор, пока интервал квантовани  Т будет непрерывно увеличиватьс  независимо от 8, т. е. код реверсивного счетчика 9 будет стремитьс  к «О.

Интервал квантовани  Т, определ етс  в соответствии с формулой:

Tn-,l T„ + Q.,

где

Q 1 1, если еаГ„) 1-1, если г,{Т„)и(()К1,

((t)-U(t + T, ,2,3,...,m,

дл  всех i и определ ет величину относительной погрешности,

U,(,(t + T,

значени  измер емого сигнала в моменты времени t и t+Tn- Среднее значение и дисперси  относительной погрешности определ ютс  как

M KiMa: , ,

6

В момент установлени  интервала квантовани  Т выполн етс  равенство

PhCTiXKi u

где Р - веро тность выполнени  неравенства

i(Ti)./

Дл  гауссовского случайного процесса решение уравнени  относительно «ормированной коррел ционной функции соответствует выражению:

r(To)i-- i-imKl

15

При измерении нормированной коррел ционной функции значени  Кг задаютс  включением напр жений ошибок восстановлени  последовательпо по точкам (переключаетс 

масштабирующий делитель 17). Точность измерени  нормированной коррел ционной функции в предлагаемом устройстве повышаетс  за счет того, что не определ етс  дисперси  сигнала Ux(t) и тем самым исключаетс 

дополнительна  погрешность, вносима  определением дисперсии.

Выражение нормированной коррел ционной функции дл  предлагаемого устройства:

r(To) ,04-K

Поскольку права  часть этого уравнени  априори известна, то прибор может быть откалиброван в значени х нормированной коррел ционной функции, а измер тьс  будет только ее аргумент. Значени  нормированной коррел ционной функции задаютс  масштабирующим делителем 17. Аргумент нормированной коррел ционной функции снимаетс  с реверсивного счетчика.

40

Предмет изобретени 

Преобразователь напр жени  в цифровой код, содержащий сравнивающее устройство,

устройство управлени , логическое устройство , счетчик, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, состо щий из регистра пам ти, двух разнопол рных источников образцовых напр жений, измерительных ключей и дискретного делител , источник дополнительных образцовых напр жений, состо щий из дискретного делител , дополнительных измерительных ключей и двух разнопол рных источников образцовых напр жений,

отличающийс  тем, что, с целью сохранени  относительно ошибки (восстановлени  и повышени  точности измерени  нормированной коррел ционной функции входного случайного сигнала, в него дополнительно

введены масштабирующий делитель и схемы совпадений, причем управл ющие входы дополнительных измерительных ключей соединены через схемы совпадений с регистром пам ти цифро-аналогового преобразовател ,

вторые входы схем совпадений подключены

к одному из выходов логического устройства; вход масштабирующего делител  св зан с выходом дискретного делител  источника дополнительных образцовых напр жений, а выход масштабирующего делител  - с выходом дискретного делител  цифро-аналогового преобразовател  и одним из входов сравнивающего устройства.

и.