Способ преобразования переменного напряжения с трансформацией временного масштаба

 

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ТРАНСФОРМАЦИЕЙ ВРЕМЕННОГО МАСШТАБА, заключающийся В формировании стробирующих импульсов , засинхронизированных с преобразуемым напряжением, запоминании мгновенных значений переменного напрДжения в момент времени стробирования , выделении огибающей преобразо ванного низкочастотного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования ,, формируют опорное напряжение , по частоте и форме совпадающее с преобразованным напряжением . низкой частоты, засинхронизированное с ним, суммируют его с преобразуемым напряжением, стробкруют про-.: суммированное напряжение, выделяют мгновенные значения просуммированного напряжения в моменты .времени стробирования, изменяют амплитуду и фазу опорного напряжения относительно преобразованного низкочастотного напряжения до , пока не будут равны нулю мгновенные (Л значения просуммированного напряжения в моменты времени стробирования, с и по нему о преобразуемом напряжении.,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1018031 А зй11 G 01 R 19/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГП Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»- жеа д (21) 3244949/18-21 (22) 26.01.81 (46) 15.05.83. Бюл. Р 18 (72) В.В. Волохин (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621.317.71(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 744349, кл. G 01 R 19/22, 1978.

2. Рябинин Ю.А. Стробоскопическое осциллографирование . М., "Советское радио", 1972, с. 20-21. (54)(57) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ТРАНСФОРМАЦИЕЙ

ВРЕМЕННОГО МАСШТАБА, заключающийся в формировании стробирующих импульсов, засинхронизированных с преобразуемым напряжением, запоминании мгновенных значений переменного напряжения в момент времени стробирования, выделении огибающей преобразо ванного низкочастотного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования,. формируют опорное напряжение, по частоте и форме совпадающее с преобразованным напряжением низкой частоты, засинхронизированное с ним, суммируют его с преобразуемым напряжением, стробируют про», суммированное напряжение, выделяют мгновенные значения просуммированного напряжения в моменты времени стробирования, изменяют амплитуду и фазу опорного напряжения относительно преобразованного низкочастотного напряжения до те>Рпор, пока Е

Ф не будут равны нулю мгновенные значения просуммированного напряжения в моменты времени стробирования, и по нему судят о преобразуемом напряжении.

1018031

Изобретение относится к электраизмерительной технике и может быть .использовано при измерениях высокочастотных напряжений.

Известен способ преобразования напряжений с трансформацией временного масштаба, заключающийся в формировании каналов синхронизации с системой фазовой автоподстройки частоты стробирующих импульсов, стробирования.высокочастотных сигналов этими импульсами, запоминании мгновенных значений в моменты времени стробированИя высокочастотного напряжения и выделении огибающей низкочастотного напряжения. При 15 этом спектр высокочастотного напряженйя трансформируется в область низких частот L1 ).

Недостатком этого способа является большая погрешность преобразования, обусловленная неидентичностью диодных характеристик смеси-. теля, нелинейностью-диодных характеристик, нестабильностью длительности строб-импульсов, а также и их амплитуд.

Наиболее близким к изобретению является способ преобразования перемен-, ного напряжения, заключающийся в формировании стробирующих импульсов малой длительности, стробировании высокочастотного напряжения, причем строб-импульсы автоматически сдвигаются. во времени относительно сигнала при каждом повторении .и таким образом последовательно считывают его 35 по точкам, запоминании мгновенных значений в моменты времени стробирования и выделении огибающей преобразованного низкочастотного напряжения ? ), 40

Недостатком известного способа : преобразования напряжений является большая погрешность (до 10%) от нелинейности диодов в смесителе, нестабильности длительности стробимпульсов, изменения постоянных времени заряда конденсатора и фильтрации промежуточного напряжения фиксированной частоты.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразования переменного напряжения с трансформацией временного масштаба, заключающемуся в формировании стробирующих импульсов, эасинхронизированных с преобразуемым напряжением, запоминании мгновенных значений пе-. ременного напряжения в момент времени стробирования, выделении огиба- 60 ющей преобразованного низкочастотного напряжения, формируют „опорное напряжение, по частоте и форме совпадающее С преобразованным напряжением низкой частоты, эасинхрониэиро- 65 ванное с ним, суммируют его с преобразуемым напряжением, стробируют просуммированное напряжение, выделяют мгновенные значения просуммированного напряжения в моменты времени стробирования, изменяют амплитуду и фазу опорного напряжения относительно преобразованного низкочастотного напряжения до тех пор, пока не будут равны нулю мгновенные значения просуммированного напряжения в моменты времени стробирования, и по нему судят о преобразуемом нап-: ряжении.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие сущность данного способа, на фиг. 2 - блок-схе- . .ма устройства., реализующего данный способ преобразования переменного напряжения с трансформацией временного масштаба, на фиг. 3 — схема блока синхронизации.

Высокочастотное напряжение стробируется сформированными импульсами роткой длительности и эасинхронизированные с ним. На элементе памяти, например, на конденсаторе запоминаются мгновенные значения в .моменты времени стробирования. Выделя-. ют огибающую преобразованного низкочастотного напряжения. Формируют опорное напряжение, по частоте и форме совпадающее с преобразованным низкочастотным напряжением, суммируют

era с высокочастотным напряжением.

Просуммированное напряжение стро-. бируется сформированными импульсами малой длительности, В моменты стробирования выделяются и запоминаются мгновенные значения просуммированного .напряжения. Изменяют амплитуду и фазу опорного напряжения относительно преобразованного напряжения низкой частоты до тех пор, пока не будут равны нулю мгновенные зна чения просуммированного напряжения, и по нему судят о преобразуемом нап-: ряжении.

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется диаграммами (фиг.1).

На фиг. 10 показано высокочастотное напряжение„ которое стробируется импульсами малой длительности,пунктирной линией показана огибающая преобразованного низкочастотногр напряжения. На фиг. 1сГ- стробирующие импульсы. На фиг. 14 показано опорное напряжение, которое совпадает по форме и частоте с преобразованным низкочастотным напряжением и сдвину-. то по фазе относительно напряжения, которое указано на фиг. 1с (пунктирная линия), и отличается от него по амплитуде. На фиг. 1 Ъ показана сумма этого сдвинутого опорного напряжения с высокочастотным напряжением. В моменты времени стробирования выделяются и запоминаются мгновенные

101ÅÎ 31 значения этой суммы (фиг.1ä) . Если теперь:сдвигать по фазе и изменять амплитуду сформированного опорного напряжения (фиг, 18) относительно преобразованного напряжения низкой частоты фиг. 10, пунктирная линия), то наступает такой момент, когда мгновенные. значения равны нулю.

Тогда по этому напряжению можно судить о преобразуемом.

Индикаци о нуля можно осуществлять путем последовательного преобразова:ния напряжений, укаэанных на фиг.18, (âûäåëeíèÿ огибающей преобразованного напряжения и преобразования его в постоянное напряжение). Видно, . 15 что предлагаемый способ преобразования напряжений основан на методе уравновешивающего преобразования, ко торый отличается высокой точностью., Устройство (фиг. 2) содержит ге-. нератор 1 опорного напряжения, бг.ок

2 синхронизации, управляемый аттеню..атор .,3, управляемый фазовращатель:4, - сумматор 5, -смеситель б, фильтр 7, нуль-орган 8, причем выход опорного генератора 1 непосредственно соединен с гервым входом блока 2 синхро- . . низации -и через управляемый аттеню атор .3, управляемый фазовращатель 4 соединен с первым входом сумматора 5 и с входом всего устройства, вход весго устройства соединен с вторыми входами блока 2 синхронизации и сумматора 5, выход сумматора 5 соединен, через смеситель 6, фильтр 7 с нуль:.;органом 8. Кроме того, выход блока 2 35 синхронизации Соединен с вторым входом смесителя 6.

Влок 2 синхронизации содержит стробоскопический преобразователь 9, фазовый детектор 10, перестраиваемый генератор 11, генератор стробимпульсов 12, усилитель-ограничитель 13, причем второй вхбд блока 2 синхро. ннэации .подсоединен через стробоскопический преобразователь 9 к первому 45 входу.-фазового детектора 10, а первый вход блока синхронизации подключен.через усилитель-ограничитель 13 к второму входу фазового детектора

10, .выход. последнего соединен через 50 перестраиваемый генератор 11, формирователь строб-импульсов 12 с вторым входом стробоскопического преобразователя 9 и выходом блока 2 синхронизации.

Устрбйство, реализующее предлага. емый. способ, работает следующим образом (фиг. 2). Входной высокочастотный с частотой

F сигнал (например, гармонический) . поступает на второй вход блока 2 синхронизации, на первый его вход поступает низкочастотный гармонический сигнал, сформированный в опор,ном генераторе 1. С выхода блока ? синхронизации снимаются строб-им- 65 пульсы, которые засинхронизированны с входным высокочастотным напряжением и напряжением низкой фигсирован-. ной частоты, снимаелым с выхода опор-. ного генератора 1. Причем должно соблюдаться. соотношение с ав= их- <,, ю

I 3 гдеЯоэ - низкая фиксированная частота напряжения опорного генератора, - частота следования строб-, импульсов, vt — количество периодов высокочастотного напряжения, которое укладывается в периоде следования строб-импульсов, и = 1,2»....

Работа блока 2 синхронизации:осно- . вана на использовании системы фазовой автоподстройки частоты {ФЛПЧ);

Особенностью является то, что опорное напряжение низкой фиксированной час". тоты в системе ФАПСИ (фиг. 3) поступает с опорного генератора гармонического напряжения через усилитель-orраничитель 13. Гаким образом, блок 2 нхронизации формирует стробирующие импульсы, засинхронизираванные с преобразуемым напряжением и напряжением опорного генератора.

В опорном генераторе 1 формируют напряжение фиксированной низкой частоты, по форме совпадающее с преобразуем|м или с преобразованным, причем преобразованное напряжение эасинхронизировано с преобразуемым и со стробирующими импульсами и .с напряжением низкой фиксированной частоты, сформированным в опорном генераторе 1. Сформированное напряжение поступает через управляемые аттенюатор 3 и фазовращатель 4 к первому входу сумматора 5. В сумматоре 5 суммируют его с преобразуе-. мым напряжением высокой частоты, поступающим на его второй вход.

С выхода сумматора.5 просуммированное напряжение поступает на вход смесителя 6, причем смеситель 6 и фильтр 7 образуют простейший стробоскопический преобразователь. В смесителе 6 стробируют просуммированное. напряжение строб-,импульсами, снимаемыми с блока 2 синхронизации, выделяют мгновенные значения просум- мированного напряжения в моменты времени стробнрования, выделение осуществляется в момент действия стообимпульса, когда ключ смесителя открыт, запоминают мгновенные значения переменного напряжения в момент времени стробирования. С выхода смеси-. теля запомненные мгновенные значения просуммированного сигнала поступают на вход фильтра 7, в котором осуществляется выделение огибающей преобразованного низкочастотного

101а0З1

ПР с500зР 1оннОс нсл кел ие ии>цсч ипстоти

7 бис ко псчсп>«p нап ях ни6 р Д .Ц ) $8 3

Иию8еннкс >ноченип l мжлем фита строЮиродонип лросумУ напряжения, причем форма выделенной огибающей совпадает с формой преобразуемого напряжения.

Сформированное напряжение поступает на нуль-орган 8. В случае если мгновенные, действующее, или среднее значения сформированного напряжения не будут равны нулю, то изменяют амплитуду и фазу опорного напряжения относительно преобразованного низкочастотного до тех пор, Пока эти э"ачения не будут равны нулю.

По этому напряжению, снимаемому с управляемого фазовраща..еля 4, судят о преобразуемом напряжении, причем оно полностью несет информацию об амплитудно-фазовых соотношениях преобразуемого напряжения.

Точность преобразования высокая, так как,происходит компенсация мгновенных значений высокочастотного

20 напряжения и опорног< напряжения низкой частоты в моменты времени стробирования. При этом исключаются, по сравнению с прототипом, погре»ности преобразования оТ нестабильности длительности импульсов, нелинейности диодов смесителя, изменения постоянных времени =-.àðÿäà при подключении пре" обраэователя к двухполюснику с выходным импедансом, изменяющимся в широком динамическом диапазоне. Опорное напряжение низкой частоты также можно сформировать с минимальными нелинейными искажениями. Кроме того, преобразование высокочастотного напряжения в низкочастотное, например для гармонического напряжения, можно осуществить многократным стробированием в одну точку в максимумах высокочастотного и опорного низкочастотного напряжений. Это наглядно видно на временных диаграммах фиг. 1ct,6, 2., что значительно повышает точность преобразования.

Погрешность преобразования по предлагаемому способу может достичь десятых долей процента, тогда как у известного устройства она достигает 10Ъ.

1018031

- айаг.1

Составитель А; Митрофанов

Редактор M. Бандура Техред К.Мыцьо Корректор N. Коста

Заказ 3530/43 Тираж 7)0 Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4