Способ квадратичного выпрямления

 

ОПИСАНИ

И 3ОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 170381 (21) 3290828/18 с присоединением заявки ¹â€”

9/2

Госуаарственный комитет

СССР по лелам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070383. Бюллетень.317.

8.8 ) Дата опубликования описания 0703.

7Я 6.1 . н:-::..

3.К. Шахов, В.A. Юрманов и В.М. Ш яйдин = У„;.-.;..„.. Я

- ъ(... Г . ( (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт.(54 ) СПОСОБ КВАДРАТИЧНОГО ВЫПРЯМЛЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для создания высокоточных измерителей энергетических харак-, теристик переменного сигнала в широком частотном диапазоне.

Известен способ квадратичного выпрямления, основанный на выделении разности исследуемого сигнала и сигнала треугольной формы с последующим усреднением полученных разностей. С целью уменьшения методической погрешности выпрямпения частота импульсов треугольной формы выбирается значительно большей частоты исследуемого сигнала (1).

Недостатком этого способа является узкий частотный диапазон его применения.

Известен способ квадратичного выпрямления, позволяющий значительно расширить частотный диапазон исследуемого сигнала. Способ основан на ограничении относительно нуля суммы двух сигналов, из которых один треугольной формы, а другой исследуемый, с последующей фильтрацией и вычитанием постоянной составляющей, равной четверти амплитуды треугольного сигнала, причем частоту сигналов треугольной формы выбирают ниже частоты исследуемого сигнала (2).

Недостатками этого способа являются наличие операций ограничения суммы двух сигналов относительно нуля и фильтрации, что ограничивает точность способа в области высоких частот. Кроме того, время преобразования по данному способу определяется периодом сигнала треугольной формы и составляет несколько десятков периодов. исследуемого сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, основанный на методе численного ийтегрирования, по которому квантуют исследуемый сигнал по длительности на равные интервалы, кратные периоду сигнала, в каждом интервале значение исследуемого сигнала заменяют его приближенным значением, которое возводят в квадрат, полученные величины суммируют в течение периода исследуемого сигнала и усредняют $3).

Недостатком этого способа является ограниченный частотный диапазон, вызванный наличием операции возведения в квадрат, а также необходимос1002974 тью квантования сигнала на большое число интервалов для получения за данной точности при произвольной форме исследуемого сигнала.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона и повышение точности квадратичного выпрямления.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему квантование исследуемого сигнала, кратное периоду, и суммирование в течение периода, проводят квантование амплитуды исследуемого сигнала, затем интегрируют постоянные величины, пропорциональные уровням 15 квантования, в течение интервалов времени, за которые уровни квантования не превышают величину исследуемого сигнала, и суммируют результа- ты интегрирования. 20

По этому способу осуществляется квадратичное выпрямление исследуемого сигнала. Так сумма интегральных функций равна

25 где Т = 0 — шаг квантования исследуемого сигнала по ампли30 туде;

Ы вЂ” коэффициент пропорциональности; и — число уровней квантования; интервалы интегрирования.

Квадрат действующего значения исследуемого напряжения, найденный по формуле численного интегрирования, равен

d02 л

0Л Т - (2 1) г

Тх 1= (2) Иэ первого и второго выражения имеем — U . с1.

2k *

Способ может быть реализован средствами как аналоговой, так и цифровой техники в устройствах, использующих метод последовательного, параллельного или последовательнопараллельного преобразования. устройства, основанные на последо- 55 вательном методе преобразования, обладая простой реализацией, накладывают ряд требований к исследуемому сигналу: условие периодичности исследуемого сигнала и неизменность его 60 амплитуды в течение времени преобразования.

Устройства, основанные на параллельном методе преобразования, имея более сложную реализацию, позволяют выполнить все преобразования за один период исследуемого сигнала.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя, испольэующего параллельный метод преобразования; на фиг. 2 — график, поясняющий сущность способа.

В состав преобразователя входит блок 1 компараторов, состоящий иэ и компараторов, блок 2 управления, блок 3 ключей, состоящий из п ключей, источник 4 опорного напряжения, источник 5 опорного тока, состоящий иэ и отдельных источников тока, сумматор б, причем исследуемый сигнал подключен к входам блока 1 компараторов и блока 2 управления, и первых выходов которого соединены с и другими входами блока 1 компараторов, выходы последнего соединены с и управляющими входами блока 3 ключей, выход источника 4 опорного напряжения соединен с входом блока 2 управления, выходы которого соединены с управляющими входами сумматора б и источника 5 опорного тока, и выходов последнего через блок 3 ключей связаны с входами сумматора б.

Преобразователь работает следующим образом. исследуемое напряжение 0х(t) (фиг. 2) одновременно поступает на первый вход блока 1 компараторов и вход блока 2 управления. Блок 2 управления формирует постоянные напряжения д0; =ikT„, пропорциональные периоду Т„ исследуемого напряжения, т.е, 0, =kT

Л02=2kT

=1 Тх

60, =пМТ<, где k коэффициент пропорциональности;

1, 2, и — порядковый номер компаратора, которые поступают. на вторые входы компараторов и блок 1 компараторов.

Блок 1 компараторов выделяет интервалы времени t., соответствующие превышению исследуемым напряжением соответствующего постоянного напряжения dU . Каждый компаратор блока 1 компараторов управляет работой соответствующего ключа в блоке 3.ключей. Входы ключей соединены с соответствующими выходами источника Тока, причем к 1-му ключу подключен

i — и выход источника тока со значением тока

3 = 0Ld0; = olkT i, где d. — коэффициент пропорциональности .

1002974

Формула изобретения

В теченье интервала времени соответствующий ток Л; поступает в сумматор б. Следовательно, величина

Ь в сумматоре б к концу периода Т„ .исследуемого напряжения будет равна

Ь = Еt43j = 2k 04.

0(>=1 т.е. пропорциональна квадрату дей- 10 ствующего значения исследуемого напряжения. По истечении времени Т„ сумматор 6 сбрасывается в .нуль и начинается новый цикл выпрямления.

Осуществление в способе квадра- 15 тичного выпрямления квантования исследуемого сигнала по амплитуде, интегрирования постоянных величин и нахождение их суммы позволяет свести к минимуму операции, выполняеьые с исследуемым сигналом.

Благодаря тому, что все остальные операции проводятся с вспомогательными величинами, в способе легко достигается требуемая точность преобразования, простота реализации выполняемых операций и их высокое быстродействие. Так интегрирование постоянных величин проводится в тече. ние коротких интервалов времени, а единственная операция с исследуемым ЗО сигналом — операция сравнения — требует минимальных временных затрат.

IpH произвольной форме исследуемого сигнала за счет исключения методи.— ческой погрешности от содержащихся 35 н сигнале гармоник и одинаковом с известными способами числе отсчетов достигается повышение точности в 2 раза. Расширение частотного ди.апазона ограничено лишь временем, затрачиваемым на операцию сравнения.

Способ квадратичного выпрямления, включающий квантование исследуемого сигнала, кратное периоду, и суммирование в течение периода, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения -частотного диапазона и повышения точности выпрямления, проводят квантование амплитуды исследуемого сигнала, затем интегрируют постоянные величины, пропорциональные уровням квантования, в течение интервалов времени, за которые уровни квантования не превышают величины исследуемого сигнала, и суммируют результаты интегрирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кори Г., Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. M., "Мир", 1967, с. 379.

2. Авторское свидетельство СССР

М 471544, кл. 6 01 и 19/22, 1975.

3. Смеляков В.В. Цифровая измерительная аппаратура инфранизких частот. M., 1975, с. 35-.36 (прототип ).

1002974

4Ь 1

«ф,у

izV

ggV

gV йУ

nф у

Ф

i 8

ВНИИПИ Заказ 1541/27 Тираж 708 Подписное

Филиал ППП "Патент"„ г.ужгород, ул.Проектная, 4