Цифровой вольтметр среднеквадратичного значения

 

1. ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ, содержащий блок умножения частоты, тактовыя генератор , генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И,, два элемента ИЛИ и преобразователь аналог - код, выход которого через блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный его вход - с ВХОДНОЙ шиной и с входом блока определения периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определения диапазона чйстот, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия в условиях априорной неопределенности сигнала, в него введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выхрдом блока определения периода и с .вторым входом первого элемента И, а выход - соответственно с первым входом четвертого элемента И и через формирователь импульсов - с первым входом блока умножения частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импульсов, третий вход через , третий элемент ИЛИ - соответственно с выходами первого и четвертого элементов И, первый выход - с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и третий выходы - соответственно с вторым и третьим входами блока определения диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, второй выход - с четвертым входом первого И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при этом третий выход блока определения периода подключен к четвертому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход котос рого соединен с тактовыми вxoдa и преобразователя аналог - код и блока обработки, а второй вход - к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй вход с выходом второго элемента ИЛИ, причем второй Вход четвертого элемента И и пятый вход первого элемента И подключены к входу разрешения запуска . I 2. Цифровой вольтметр по п. 1, отличающийся тем, что блок определения диапазона выполнен на трех триггерах и элементе И, первый вход которого подключен к первому входу блока определения диапазона , второй вход - к выходу первого триггера, а выход - к входу второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока определения диапазона, второй выход которого подключен к выходу третьего триггера, второй и третий входы блока определения диапазона соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров. 3. Цифровой вольтметр по п. 1, отличающийся тем, что блок умножения частоты выполнен на.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<е> SUan з(5р G01 R 19/25. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и третий выходы — соответственно с вторым и третьим входами блока определения диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, второй выход — с четвертым входом первого элемента

И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при этом третий выход блока определения периода подключен к четвертому входу третьего элемента И, выход .которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовыми входами преобразователя аналог — код и блока обработки, а второй вход — к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй входе выходом второго элемента ИЛИ, причем второй вход четвертого элемента

И и пятый вход первого элемента И подключены к входу разрешения запуска.

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21l 3335583/18-21 (22) 07.09.81 (46) 30.06.83. Вюл. Р 24 (72) Г.Г.Живилов, В.A.Ïðÿíèûíèêoâ и Н.N.Ñìåòàíèí (53) 681. 325 (088. 8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

М, 402813, кл. 601 R 19/02, 01.02,71, 2. Авторское свидетельство СССР

9 367389, кл. G 01 R 19/26, 05.02. 71.

3. Авторское свидетельство СССР

9 945976, кл. 6 01 R 19/26, 1977. (54) (57) 1. ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ, содержащий блок умножения частоты, тактовый генератор, генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента

И, два элемента ИЛИ и преобразователь аналог — код, выход которого че. рез блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный .его вход — с входной шиной и с входом блока определения периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определения диапазона частот, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, о т л и ч а ю щ и и г с я тем, что, с целью повышения быстродействия в условиях априорной неопределенности сигнала, в него введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выходом блока определения периода и с,вторым входом первого элемента И, а выход — соот- ветственно с первым входом четвертого элемента И и через формирователь импульсов - с первым входом блока умножения частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импульсов, третий вход через третий элемент ИЛИ вЂ” соответственно с выходами первого и четвертого элементов И, первый выход - с тре2. Цифровой вольтметр по п. 1, I отличающийся тем, что блок определения диапазона выполнен на трех триггерах и элементе И, первый вход которого подключен к первому входу блока определения диапазона, второй вход — к выходу первого. триггера, а выход — к входу второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока определения диапазона, второй выход которого подключен к выходу третьего триггера, второй и третий входы блока определения диапазона соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров.

3. Цифровой вольтметр по п. 1, отличающийся тем, что блок умножения частоты выполнен на.

102б072 три ггере, формирователе импульсов, коммутаторе, делителе частоты и двух переключателях разрядности, двух счетчиках, первые входы которых соединены с первым входом блока умножения частоты, с первыми входами триггера и делителя частоты, второй вход которого соединен с вторым входом блока умножения частоты, третий вход которого подключен к второму входу первого счетчика, третий вход которого соединен с выходом первого переключателя разрядности, а выход — к второму входу

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения среднеквадратичного значения напряжения. известен вольтметр среднеквад- 5 ратичного значения, содержащий логарифмический усилитель, блок обработки, линейный детектор, интеграторы, индикатор, квадратор, блоки выделения. переменной составляющей Щ и коэффициента поправки (1)..

Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон рабочих частот.

Известно также устройство для измерения среднеквадратичного значения напряженчя произвольной формы, содержащее преобразователь напря жения в частоту, селектор периода, блок управления, переключатель, ключ,20 счетчик, схему совпадения кодов и блок индикации (2).

Недостаток такого устройства состоит в том, что его рабочий диапазон частот ограничен звуковой 25 областью.

Кроме того, известен цифровой вольтметр среднеквадратичного значения, содержащий преобразователь аналог - код (декады), блок обработ- чп ки, блок индикации, блок определения периода схема перехода через

"0"), блок определения диапазона, блок умножения частоты (частотнозависимое устройство), тактовый 35 генератор, генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ, причем информационный вход преобразователя аналог - код подключен к входу воль> метра и к входу блока определения периода, а выход соединен с информационным входом блока обработки, выход которого подключен к входу блока индикации, Первый выход блока триггера, выход которого соединен с первым выходом блока умножения частоты и с входом формирователя импульсов, выход которого подключен к третьему входу триггера и к второму входу второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом вто рого переключателя разрядности, а первый выход - с вторым выходом. блока умножения частоты, второй выход — с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, в выход — к третьему выходу блока умножения частоты. определения периода соединен с первым входом блока определения диапазона, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И 3). Недостатком данного устройства является малая степень автоматизации, так как для измерения постоянных напряжений требуется их предварительное распознавание человекомоператором с последующим ручным управлением и выбором параметров режима.

Цель изобретения — поведение, быстродействия в условиях априорной неопределенности сигнала.

Поставленная цель -достигается тем, что в цифровой вольтметр среднеквадратичного значения, содержащий блок умножения частоты, тактовый,генератор, генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ, преобразователь аналог - код, выход которого через блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный его вход — с входной шиной и с входом блока определения периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определения диапазона частот, первый выход которого связан с первым входом первого элемента И, введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выходом блока определения периода и с вторым входом первого элемента И, а выход - соответственно с первым входом четвертого элемента H u через формирователь импульсовс первым входом блока умножения частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импуль1026072

55 сов, третий вход через третий элемент ИЛИ - соответственно с выходами первого и четвертого элементов

И, первый выход — с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и тре-. тий выход — соответственно с вто- рым и третьим входами блока определения диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и 10 третьего элемента И, второй выходс четвертым входом первого элемента И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента

И, при этом третий выход блока on-. 15 ределения цериода подключен к четвертому входу третьего элемента

И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого связан с тактовыми входами преобразователя аналог - код и блока обработки, а второй входк выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй вход — с выходом второго элемента

ИЛИ, причем второй вход четвертого элемента И и пятый вход первого элемента И подключены к входу Разрешения запуска.

Блок определения диапазона выполнен на трех триггерах и элементе

И, первый вход которого подключен к первому входу. блока определения диапазона, второй вход - к выходу первого триггера, а выход - к входу 35 второго триггера,. выход которого соединен с первым выходом блока определения диапазона, второй выход которого подключен к выходу третьего триггера, второй и третий входы бло- 40 ка определения диапазона соединены

I соответственно с входами первого и третьего триггеров.

Блок умножения частоты выполнен на триггере, фоРмиРователе .импульсов, 45 коммутаторе, делителе частоты и двух переключателях разрядности, двух счетчиках, первые входы которых соединены с первым входом блока умножения частоты, с первыми входами триггера и делителя частоты, второй вход которого соединен с вторым входом блока умножения частоты, тре-. тий вход которого подключен к второму входу первого счетчика, третий вход которого соединен с выходом первого переключателя Разрядности, а выход - к второму входу триггера, выход которого соединен с первым выходом блока умножения частоты, с входом формирователя импульсов, 60 выход которого подключен к тре тьему входу триггера и к второму входу второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом второго переключателя раз- 65 рядности, а первый выход — с вторым выходом блока умножения частоты, второй выход — c первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к зыходу делителя частоты, а выход — к третьемую выходу блока умножения частоты.

На фиг. 1 показана функциональная схема цифрового вольтметра среднеквадратичного значения, на фиг. 2 и 3 — блоки определения диапазона и умножения частоты соответственно.

Цифровой вольтметр сраднеквадратичного значения содержит преобра" зователь 1 аналог — код, блок 2 обработки, блок 3 индикации, блок 4 определения периода, блок 5 определения диапазона, блок 6 умножения частоты, тактовый генератор 7, генератор 8 импульсов, формирователь

9 импульсов, четыре элемента И 10, три элемента ИЛИ 11 и триггер 12.

Информационный вход преобразователя

1 аналог — код подключен к входу вольтметра и к входу блока 4 определения периода, а выход соединен с информационным входом блока 2 обработки, выход которого подключен к входу блока 3 индикации, первый выход блока 4 определения периода соединен с первым входом блока 5 определения диапазона, первый выход которого подключен к первому входу первого эпемента И 10.

Вход триггера 12 соединен с вторым выходом блока 4 определения периода и с четвертым входом первого элемента И 10, а выход подключен к первому входу четвертого элемента И 10 и через формирователь 9 импульсов— к первому входу блока 6 умножения частоты, второй вход последнего соединен с выходом тактового генератора 7 и входом генератора 8 импульсов, третий вход блока 6 yìíoæåíè÷ частоты подключен к выходу третьего элемента HJIH 11, первый выход соединен с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И 10, а второй и третий выходы подключе.ны соответственно к второму и третьему входам блока,5 определения диапазона, второй выход последнего "соединен с вторым входом первого элемента И 10 и вторыми входами второго. элемента ИЛИ 11 и третьего элемента

И 10, первый выход подключен к первым входам второго элемента ИЛИ 11 м третьего элемента И 10, третий выход блока 4 определения периода — к четвертому входу третьего элемента

И 10, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 11, первый вход второго элемента И 10 подключен к выходу, генератора 8 импульсов, второй вход — к выходу второго элемента ИЛИ 11, а выход соеди1026072 неи с вторым входом первого элемента

ИЛИ 11, выход которого подключен к тактовым входам преобразователя 1 аналог - код и блока 2 обработки, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ 11 соединены соответственно с выходами первого и четвертого элементов и 10, второй вход четвертого элемента H 19 и пятый вход первого элемента И 10 подключены к входу разрешения запуска вольт- ® метра.

Блок 5 определения диапазона, (фиг, 2) содержит три триггера

:13-1 - 13-3 и элемент И 14,причем первый вход элемента И 14 подключен к первому входу блока, второй вход соединен с выходом первого триггера 13,, а выход подключен к входу второго триггера 13, выход последнего соединен с первым выходом блока, Я второй выход которого подключен к выходу третьего триггера 13, второй и третий входы блока соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров 13 ° 25

Блок 6 умножения частоты (Фиг. 3) содержит два счетчика 15-1 и 15-2, триггер 16, формирователь 17 импуль сов, коммутатор 18, делитель 19 частоты и два переключателя 20.1 и 20.2 разрядности, причем первый вход блока подключен к первым входам счетчиков 15-1 и 15-2 триггера 16 . и делителя 19 частоты, второй вход л последнего соединен с вторым входом блока, третий вход блока подключен к второму входу первого счетчика 15-1, выход которого подключен к второму входу триггера 16, выход последнего соединен с входом формирователя 17 импульсов, выход которого подключен к третьему входу триггера

16 и второму входу второго счетчика

15-2, первый выход последнего соединен с первым входом коммутатора 18, второй вход которого подключен к вы- 45 ходу делителя 19 частоты, выходы пер вого 20-1 и второго 2р-2 переключателей разрядности соединены с третьи ми входами первого и второго счетчиков 15-1 и 15 2 соответственно, 5Q выход коммутатора 18, второй выход второго счетчика 15-2 и выход триггера 16 подключены к первому, второму и третьему выходам блока соответственно. 55

Работа цифрового вольтметра осуществляется в условиях априорной неопределенности отндсительно час тотного диапазона входного сигнала, а также неопределенности относительно класса входных сигналов, которые могут быть переменными периодическими и постояннымир поэтому с само» го начала (до начала первого периода и если ои будет) при помощи введенных чет-.65 вертого элемента H 10, третьего элемента ИЛИ 11 и триггера 12 вольт-. метр функционирует как бы в предположении, что входной сигиan постоянн ный, и если это не так, то с нача лом первого периода с помощью формирователя 9 импульсов приводится в исходное состояние блок 6 умножения частоты.

Первоначально в блоке б умноже- ния частоты задаются две уставки по частоте „ и 18, причем величина н задается исходя из значения нижней границы частотного диапазона измеряемого переменного сигнала с учетом догустимого времени непрерывной работы вольтметра, а величина

- исходя из необходимого вре мени аналого-цифрового преобразовайия и требуемого для обеспечения заданной точностй количества отсчетов на одном периоде входного сигнала.

После подачи разрешающего потенциала на вход разрешения запуска вольтметра открывается по второму входу четвертый элемент И 10, на

nepsoM входе которого также йаходится разрешающий потенциал с выхода триггера 12. Последовательность импульсов от тактового генератора 7 через блок 6 умножения частоты пос.тупает Hà его третий вход через четвертый элемент и 10 и третий элемент

ИЛИ 11. В блоке б умнОжения частоты определяется частота импульсов запуска преобразователя 1 аналог - код, при этом в зависимости от значения частоты первой гармоники входного периодического сигнала возможны-три варианта работы вольтметра.

1° . Если 4q f и 1 в ° где 1х частота входного сигнала, то вольтметр работает следующим образом, С началом первого периода входного сигнала блок 4 определения периода по второму. выходу переключает триггер 12, благодаря чему с помощью

Формирователя 9 импульсов устаиав« ливается в исходное состояние блок

Ь умножения частоты, закрывается четвертый элемент И 10 и открывается первый элемент И 10. Последовательность импульсов с выхода блока 6 умножения частоты поступает иа его третий вход через первый элемент

И 10 н третий элемент ИЛИ 11. При этом начинает формироваться частота запуска преобразователя 1 аналогкод до.момента окончания первого периода входного сигнала, когда первый элемент И 10 блокируется по четвертому входу, что означает. конец формирования частоты запуска преобразователя 1 аналог — код.

С началом второго периода входного сигнала открывается третий эле

1026072

65 мент И 10 и тактовые импульсы с выхода блока 6 умнОжения частоты че реэ третий элемент И 10 и первый элемент ИМИ 11 поступают на тактирОвание преобразователя 1 аналогкод и блока 2 обработки. В течение второго периода входного сигнала осуществляется преобразование вход- .ного аналогового сигнала в кодовую последовательность и вычисление в блоке 2 обработки среднеквадратичного значения, которое затем индицируется s блоке 3 индикации.

2. Если %»ъ %Э, то вольтметр работает следующим образом.С подачей разрешающего сигнала . на вход разрешения запуска вольтметра и с началом nepaore периода входного сигнала .блок 6 умножения частоты устанавливается в исходное состояние и начинает формировать частоту запуска преобразователя 1 аналог - код, аналогично ранее описанному режиму. Выполнение условия (2) означает, что сигнал конца первого периода с первого выхода блока 4 определения периода поступит на перзый вход блока 5 определения диапазона и последний заблокирует по первым входам первый и третий элементы И 10 и через второй элемент

ИЛИ 11 откроет второй элемент И 10.

Благодаря.проведенным переключениям на тактирование преобразователя 1 аналог - код и блока 2 обработки через первый элемент ИЛИ 11 поступит последовательность импулЬсов со случайным периодом следования от генератора 8 импульсов, который выполнен в виде тактируемого от тактового. генератора 7 регистра сдвига, замкнутого в кольце сумматором по модулю два. В блоке 2 обработки на заданном эаранев объеме выборки .вычисляется среднеквадратич° ное значение входного высокочастотного периодического сигнала.

3. Если » 1И, то входной сигнал может быть или периодическим переменным или постоянным. Когда входной сигнал периодический, работа вольтметра происходит следующим образом. При определении частотй запуска преобразователя 1 аналогкод с второго выхода блока 6 умноження частоты сигнал переполнения поступит на второй вход блока. 5 определения диапазона, по команде с второго выхода которого тактирование работы вольтметра будет осуществляться от генератора 8 импульсов. В том случае, когда входной сигнал постоянный, блок 4 определения пе- риода не с4к рмирует сигнала на своем втором выходе и блок 6 умножения частоты будет функционировать . с помощью вкпюченного четвертого элемента И 10 ° При этом дальнейшая работа вольтметра будет осуществляться аналогично предыдущему случаю, т.е. на втором выходе блока 6 умножения частоты будет сформирован сигнал переполнения, который произведет вышеописанные переключения. Таким образом обеспечивается автоматическое переключение режима работы вольтметра для измерения постоянных напряжений. При этом измерение среднеквадратичного значения осуществляется не заданном объеме выборки так же, как и при выполнении условия (2).

° 1

Блок 6 умножения частоты работает следующим образом.

После первого переполнения пер- . вого счетчика 15 переключается триггер 16, после второго переползй нения первого счетчика 15-1 опять переключается триггер 16, при этом формируется импульс на формирователе 17 импульсов, добавляющий единицу к содержимому второго счетчика 15-2 и возвращающий триггер

16 в предыдущее состояние. Код второго счетчика 15-2 управляет коммутатором 2.8, на второй вход которо-. го поступает сетка частот с делителя

19 частоты. При реализации счетчиков

15 и делителя 19 частоты с основанием 2 такое преобразование означает одновременное уменьшение содержимого счетчика, состоящего из первого счетчика 15-1 и триггера 16, в два раза и увеличение периода запуска преобразователя 1 аналог - код также в два раза.

Уставки . f p и тg задаются пу тем переключения разрядности пер49 вого и второго счетчиков 15 с помощью переключателей 20.

Блок 5 определения диапазонов по командам с блока 4 определения периода и с.блока 6 умножения частоты осуществляет переключение режимов работы вольтметра в зависимости от того, какое из словий (1), (2} или (3) выполняется в конкретном измерении.. При выполнении условия (1 ) после первого переполнения первого счетчика 15-1 переклю:чается второй триггер 13, блокируя

:.элемент И 14.

При выполнении условия (2 ) сигнал конца первого периода с первого выхода блока 4 определения периода через элемЕнт И 14 переключит третий триггер 13, так как сигнал переключения второго триггера 13 с третьего выхода блока 6 умножения частоты не будет сформирован и второй триггер 13 не заблокирует элемент И 14.

В результате третий триггер 1 3 заблокирует по первым входам первый и третий злемеиты И 10 и через второй

1026072

10 элемент ИЛИ 11 откроет второй элемент И 10.

При выполнении условия (3) сигнал переполнения второго счетчика

15-2 переключит первый триггер 13, благодаря чему тактирование работы вольтметра будет осуществляться оТ генератора 8 импульсов.

Таким образом, введение четвертого элемента И 10,третьего элемента

ИЛИ 11, триггера 12 и соответствующая организация связей обеспечивают повышение степени автоматизации работы вольтметра в условиях априорной неопределенности относительно частотного диапазона и класса вход,ных сигналов .

1026072 дгипд/ фиг. 2 де ход 3 ды.г Ы/ фиг 5

d/ФР

Заказ 4552/37

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 М сква Ж- 5 Р ск я наб 4 5 о, 3, ауш а °,д. /

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

Составитель A. Кузнецов .Редактор И. Безродная Техред A.Ац Корректор А. Тяско