Способ преобразования напряжений с трансформацией временного масштаба

 

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАП ЯЖЕНИЙ С ТРАНСФОРМАЦИЕЙ ВРЕМЕННОГО МАСШТАБА, заключающийся в. формировании стробирующих импульсов, засин .хронизированных с преобразуемым напряжением, стробировании просуммированного напряжения, запоминании ..мгновенных аначений просуммированных напряжений в моменты времени стробирования , отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования напряжений сложной формы, формируют N разнесенных во времени опорных импульсов заданной длительности и засинхронизированных со стробирующими импульсами, суммируют каждый из этих опорных импульсов с преобразуемым напряжением, изменяют амплитуды опорных импульсов до тех пор, пока мгновенные значения § просуммированного напряжения в моменть времени стробирования не будут W равны нулю, и по ним судят о преобразуемом напряжении.

СОЮЗ GOBETCHNX

ХЮЮГНЛЮ

РЙСПУБЛИН

69) (11) э

ГОСУДАРСТВЕННЦй НОМИтЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ И3061ЧГТЕНИЙ И ОТЙРЬП"ИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3573867/24-21 (22) 22. 02. 83 (46) 07.12.84. Бюл. В 45 (72) В.В.Волохин (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (53). 621.317.7(088.8) . (56) 1. Рябинин И1.А. Стробоскопическое осциллографирование. И., "Советское радио", 1972, с. 20-21.

2. Авторское свидетельство СССР . В 1018031, кл. С О} R 19/04, 1981. (54)(57) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЕКННА С ТРАНСФОРМАЦИЕЙ ВРЕЮННОГО

МАСШТАБА, заключающийся в. Формировании стробирующих импульсов, засинхронизированных с преобраэуемьм напряжением, стробирсвании просуммированного напряжения, запоминании

:.мгновенных значений просуммированных напряжений в моменты времени стробирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования напряжений сложной

Формы, формируют N разнесенных во времени опорных импульсов заданной длительности и засинхронизированных со стробирующими импульсами, суммируют каждый из этих опорных импульсов с преобразуемым напряжением,. изменяют амплитуды опорных импульсов до тех пор, пока мгновенные значения нросуммированного напряжения в момен- Q

С2 ты времени стробирования не будутравны нулю, и по ним судят о преобразуемом напряжении. С:

1 11281

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерениях высоко. частотных напряжений.

Известен способ преобразования напряжения с трансформацией временного масштаба, заключающийся в формировании стробирующих импульсов, засинхронизированных с преобразуемым наиряжением, стробировании преобразуемого напряжения этими:импульсами, запоминании мгновенных значений в моменты времени стробирования высокочастотного напряжения и выделения огибающей низкочастотного нанряжейия. Нии этом спектр высокочастотного напряжения трансформируется в область низких частот $1 3.

Недостатком данного способа является большая погрешность преобразования спектра, обусловленная неидентичностью диодных характеристик смесителя, нелинейностью диодных характеристик, нестабильностью длительности строб-..импульсов, а так же

hx амплитуд. Кроме того, температурная погрешность непосредственно входит в .Результат преобразования.

Наиболее близким к предлагаемому является способ иреобразования напряжений с трансформацией. временного масштаба, заключающийся в формировании стробирующях импульсов, засинхронизировааных с преобразуемым напряжением, формыронании.опорного напряжения, по частоте .и форме совпадающего с преобразованным напряжением низкой частоты и засинхронизированного с ним, суммировании его с преобразуемым напряжением, стробиМЮвании просуммированного напряже- 4о нйя, запоминании мгновенных.значений переменного напряжения в моменты времени стробирования, выделении огибающей преобразованного низкочастотного напряжения, изменении ампли- 45 1 туды и фазы опорного напряжения относительно преобразованного низкочастотного напряжения до тех пор, . пока не будут равны нулю мгновенные значения просуммированного напряжения в моменты времени стробирования 523.

Недостаткам известного споообаявляются большие трудности при преобразовании высокочастотного напряжения сложной формы, так как необходимо формировать опорное низкочастотное напряжение, совпадающее по

81 2 форме с преобразуемым высокочастотным напряжением, Для преобразованиявысокочастотных напряжений по известному способу необходимо или знать форму преобразуемого чапряжения, что не всегда представляется возможным, или трансформировать высокочастотный спектр преобраэуемого напряжения в область низких частот стробоскопическим преобразователем.

Далее на низкой частоте не представляет больших трудностей. сформировать опорное напряжение, совпадающее по форме с трансформированным высокочастотным спектром в область низких частот. Однако при этом резко .уменьшится точность преобразовання, так как в результат преобразования будет входить погрешность трансформации высокочастотного спектра преобразуемого напряжения в область низких частот, т.е. погрешность стробоскопического преобразователя..

Цель изобретения — повьш1ение точности преобразования напряжений сложной формы.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразоваг .я напряжений с трансформацией временного масштаба, заключающемуся в формировании стробирующих импульсов, засинхронизированных с преобразуемым напряжением, стробировании просуммированного напряжения, запоминании мгновенных значений просуммированных напряжений в моменты време-ни стробнрования, формируют М разнесенных во времени опорных импульсов заданной длительности и засинхронизированных со стробирующимн импульсами, суммируют каждый из этих опорных импульсов с преобразуемым напряжением, изменяют амплитуды опорных импульсов до тех пор;. пока. мгновенные значения просуммированного напряжения в моменты времени стробирования не будут равны нулю, и по ним судят о преобразуемом напряжении.

На фиг, 1 представлены временные диаграммы„ поясняющие сущность способа; на фиг. 2 -блок-схема, устройства, реализующего способ; на фиг. 3 — схема блока синхрониза-. ции. . Способ осуществляют следующим образом.

Для трансформации высокочаст тного спектра в область низких частот

I0

jJ = U,. + О „

3 I формируют строб-импульсы короткой длительности. Формируют N опорных импульсов, например, прямоугольной формы, разнесенных во времени, равном периоду Т следования стробимпульсов, и с частотой следования, равной частоте Х„ преобразованного напряжения или кратной ей. Причем частоты следования преобразуемого напряжения К „,строб-импульсов с и преобразованного низкочастотного должны быть засинхронизированы и связаны соотношением

Урр Х» пЕ (1) где tt — количество периодов Т

8х высокочастотного напряжения, которое укладывается в периоде Тс следования строб,ймпульсов.

Суммируют каждый из сформирован. ных опорных импульсов с преобразуемым напряжением. Просуммированное напряжение стробируется сформированными импульсами малой длительности.

В моменты времени стробирования запоминают мгновенные значения про1 суммированного напряжения.

Изменят амплитуды опорных импульсов до тех пор, пока мгновенные значения просуммированного напряжения в момент времени стробироваиия не будут равны нулю, и по ним судят о преобразованном напряженйи.

На диаграмме(фиг. !а)показанопреобразуемое высокочастотное

rнапряжение. Пунктирной линией показана огибающая низкочастотного напряжения U„ которая была бы получена при стробировании преобразуемого напряжения строб-импульсами с периодом повторения Тд(фиг.1 6)

На фиг. Is показаны М опорных импулЬсов, например, прямоугольной формы, разнесенных во времени, равном периоду Т следования стробимпульсов. Кроме того, период Т и следования каждого иэ М опорных .импульсов равен периоду T преобрапр эованного напряжения низкой частоты или является кратным ему при многократном стробировании в одну точку.

Длительность at< опорного импульса равна а 4 „< Т

Сформированные опорные импульсы. амплитУдой U; суммируются с мгновенными значениями преобразуемого высокочастотного напряжения ()в

128181 4 где 1 =.1„2,..., И . Просуммирован.ное напряжение Ug стробируется импульс ами малой длитель нос ти (строб-импульсами ), причем они эасинхронизированы с частотами следования преобразуемого напряжения и сформированных опорных импульсов и отвечают соотношению (1 ). B момент времени стробирования сравнивается мгновенное значение преобразуемого высокочастотного напряжения и амплитуда U. N-ro опорного импуль° t са и в случае их неравенства выделяется и запоминается раэностное напряжение 6 0 (фиг. 1 д) . Далее изменяют амплитуду U N --го

l импульса до тех пор, пока это . разностное напряжение dU. не будет равно нулю, и так повторяют для

20 каждого из. N-1 оставшихся опорных импульсов.. Каждая из амплитуд . LI.

I сформированного N-го опорного импульса несет информацию о мгновенном значении преобразуемого напряже. 25 ния Us, а их .огибающая повторяет форму. преобразуемого напряжения (фиг, 1 t).

Погрешность преобразования высокочастотного напряжения сложной формы в низкочастотное может достигать

30 десятых долей процента и состоит . из погрешности компенсации мгновенных значений преобразуемого напряже.ния амплитудами сформированных опорных импульсов, разнесенных

35 во времени и в моменты времени стробирования, однако эта погрешность незначительна и определяется чувствительностью нуль-.органа, а также из погрешности, определяемой

40 количеством выборок мгновенных значений, взятых в периоде преобразуемого напряжения; для уменьшения этой погрешности необходимо количество выборок увеличивать.

45 Устройство для реализации предлагаембго способа содержит источник

1 опорного постоянного напряжения, N управляемых аттенюаторов 2, М ключей 3, сумматор 4; стробоскопи50 ческий преобразователь 5, нуль-орган

6, фильтр 7, блок 8 синхронизации, причем выход источника 1 опорного напряжения подключен к входам управляемых аттенюаторов 2, выход каждого иэ которых соединен через ключ 3 для каждого из каналов соответственно с .N-м низкочастотным входом сумматора 4, вход всего устройства

3 I .подключен к высокочастотному входу. сумматора 4 и входу блока 8 синхронизации, выход сумматора 4 соединен через стробоскопический преобразо. — ватель 5 с входом нульгоргана 6, а через фильтр 7 с выходом всего устройства, М выходов блока 8 синхронизации подключены соответственно к N входам ключей 3, а выход строби рующих импульсов блока 8 синхронизации соединен с вторым входом стробоскопического преобразователя

5.

Блок 8 синхронизации содержит, смеситель 9, фазовый детектор 10, опорный генератор.1), перестраиваемый генератор 12, формирователь 13 строб-импульсов, усилитель-огранйчитель 14, дифференцирующую цепочку

15, счетчик 16,, дешифратор 17, М элементов И-ИЛИ 18, элемент И-НЕ

19., линию 20 задержки, формирователь

21 строб-импульсовподнополюсный (И+1)- позиционный переключатель 22, причем вход блока 8 синхронизации подключен через смеситель 9 к входу фазового детектора 10, вторым входом соединенного с генератором 11, а выходом подключенного через перестраиваемый генератор. 12 и формирователь 13 строб-импульсов к другому . входу смесителя 9, выход последне-. го подключен также через усилительограничитель 14 и дифференцирующую цепочку 15 к входу .установки в ноль

"УО" счетчика 16, счетный вход . которого соединен с выходом генера- . тора 12, а выходы счетчика 16 подключены к дешифратору .17, Я выходов дешифратора 17 подключены через элементы И-ИЛИ 18 к выходам блока 8,синхронизации, которые в свою очередь Подключены через элемент И-НЕ 19, линию 20 задержки, формирователь 21 строб-импульсов к выходу стробирующих импульсов

"Вых СИ" блока 8 синхронизации.

1128,Кроме того, вторые входы элементов И-ИЛИ 18 соединяются через и полюсов переключателя 22 на корпус, а третьи входы элементов И-ИЛИ

18 соединены между собой и подключа ются на корпус через (И+1)полюс переключателя 22.

Кроме того, для развязки цепей по высокой частоте на входах ключей

3 включены относительно корпуса

" конденсаторы 23, а для развязки по низкой частоте на высокочастотном

181 ф входе сумматора 4 — индуктивность

24(I.) ..

На принципиальной схеме возможной . реализации(фиг. 2 ) выход сумматора

5 4 соединен с низкочастотными его входами через резистор 25 (Р;), а с высокочастотным — через первый дополнительный резистор 26 (Р ), с корпусом он соединен через второй допол1Р нительный резистор 27(Кв);

Блок 8 синхронизации работает следующим образом. . Входной высокочастотный сигнал

U слохяой формы и с частотой

15 следования Ез„ поступает йа вход блока 8 синхронизации, В блоке 8 синхронизации формируются импульсы для управления ключами 3 с частотой следования 1я преобразованного р11 напряжения, сдвинутые один относительно другого во времени, равном периоду Тс -ледования строб-импульссов, а также импульсы короткой длительности(строб-импульсы)с. частотой следования f . Причем

В f„р f@ засинхр зированы и отвечают условию (1 ).

Для формировация этих импульсов в бл :се 8 синхронизации использована система фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, содержащая смеситель

9, фазовый детектор 10, опорный генератор 11, перестраиваемый генератор 12, формирователь 13 строб-импульсов и обеспечивающая трансформацию высокочастотного спектра в область низких частот, например Ед =20 кГц.

Преобразование высокочастотного . сигнала U z происходит в смесителе

9. Короткие стробирующие импульсы, которые управляют работой смесителя

9, вырабатывают формирователем, 13 строб=импульсов. Частота следования стробирующих импульсов задается генератором 12, йерестраиваемым напряжением с выхода фазового детектора 10, умножающего сигнал.промежуточной частоты Е„ на сигнал с опорного генератора 11. . 50

Сформированный низкочастотный сигнал промежуточной частоты gnp снимается с выхода смесителя 9 и усиливается в усилителе-ограничи,теле 14, далее он поступает на диф55 ференцирующую цепочку 15. С выхода дифференцирующей цепочки 15 снимают,ся импульсы короткой длительности

0,2-0,5 мкс и частотой следования, 11281

10!

7 равной 1д . Эти импульсы поступают на вход установки .в ноль "УО" счетчика 16. При поступлении этих импульсов счетчик 16 устанавливается в ноль. 5

На счетный вход счетчика 16 поступают импульсы с частотой следог вания fc причем fc порядка

1 мГц, и снимаемые с выхода пере-. страиваемого генератора 12. При поетуплении этих импульсов счетчик

16 суммирует их. При поступлении продифференцированного короткого импульса счетчик 1 6 устанавливается в ноль, т.е..осуществляется син-хронное заполнение времени равным .периоду Т„ следования продифферен-,,цированных, импульсов периодом Тс следования строб-импульсов. Это позволяет осуществлять выборку й-го 20 импульса длительностью Т с частотой следования $„, засинхронизированного с .частотой f>>,преобразуемого напряжения. Такую выборку осуществляет дешифратор 17. С.каждой 25

его N-й шины снимается импульс цлительностью Тс и с частотой повторения. f„, причем импульс, снимаемый с его N +1-й шины, сдвинут относительно .Й-й шины на gp время, равное Тс,т. е. формируются управляющие импульсн, .разнесенные во времени на Т и.с частотой следования

fnp .

Для обеспечения многократного стробирования в одну .точку эти

35 импульсы поступают на элементы И-HJIH

18, Такой режим осуществляется однополюсным (И+1)-позиционным переключателем 22, причем его выход40 ная клемма подключена на корпус.

Например, на фиг. 3 переключатель

22 находится в положении ."1", следовательно, дано разрешение вы хода импульсов с частотой следования f и длительностью Т только по первому выходу блока 8 синхронизации. При положении переключателя

22 в одном из своих N-х положений дается разрешение на сравнение мгновенного значения преобразуемого

БО напряжения и амплитуды сформирован ..ного опорного импульса. Если .переключатель 22 находится в положе/ нии N+1 то дается, разрешение выхода импульсов с частотой следования . и длительностью Тс последовательно по каждому из. М выходов блока 8 синхронизации. В этом положенин переключателя. 22 дается разрешение на съем информации.

Сформированные управляющие импульсы, снимаемые с выхода элемента И-ИЛИ 18, поступают через элемент И-НЕ 19 и линию 20 задержки на формирователь 21 строб-импульсов. На,выходе формирователя 21 формируются короткие стробирующие импульсы длительностью

100-200 нс и с частотой следования

-Хпр . Эти импульсы и поступают на выход стробирующих импульсов "Вых СИ" блока 8 синхронизации.

Таким образом, блок 8 синхронизации осуществляет формирование стробирующих импульсов засинхронизированных с преобразуемым напряже.— нием, и фбрмирует М разнесенных во времени управляющих импульсов определенной длительности и засинхронизированных со стробирующими импульсами.

Устройство, реализующее способ преобразования напряжений с трансформацией временного масштаба, работает следующим образом.

Постоянное напряжение, снимаемое с источника 1 опорного напряжения, поступает на входы управляемых атте-.. нюаторов 2. Каждым из,них можно изменять значение постоянного напряжения. Это постоянное напряжение поступает на ключ 3. Далее,, управляющими импульсами, разнесенными во . времени и снимаемыми с выхода блока

8 синхронизации, коммутируются ключи 3. На выходе этих ключей, т.е. на каждом низкочастотном входе сумматора 4, формируются N - -разнесенных во времени опорных импульсов определенной длительности, засинхронизированных со стробирующими импульсами и преобразуемым напряжением.

Причем временной сдвиг равен периоду следования строб-импульсов Т или является кратным,ему при многократном стробировании. Длительность импульса может быть 1„ 6 Тс, а частота следования равна Рдр

В сумматоре 4 суммируют каждый из этих опорных импульсов с преобразуемым высокочастотным напряжением, причем переключатель 22 находится в одном из своих 8-х положений, поступающим на высокочастотный его вход. В случае, если R. = Rg = R = R

1 коэффициенты передачи по высокочас9 тотному и низкочастотному сигналам будут одинаковы.

Просуммированное напряжение поступает на вход стробоскопического преобразователя 5, где оно стробируется импульсами короткой длительности..В,момент времени стробирования сравнивается мгновенное значение преобразуемого высокочастотного напряжения с амлитудой 0; М-ro опорйого импульса. В случае их неравенства запоминают мгновенное значение просуммнрованного напряжения, т.е. выделяют и запоминают раэностное напряжение ь 0; . 0 неравенстве мгновенного значения преобразуемого высокочастотного напряжения амплитуде М-ro опорного импульса судят по нуль-органу 6.

Тогда изменяют амплитудуО.М-го

i импульса аттенюатором 2 до тех пор, пока зто разностное напряжение

hU; не будет равно нулю, т.е. нуль"орган 6 будет показывать ноль.

Это говорит о том, что амплитуда

О; М -го опорного импульса равна мгновенному значению преобразуемого высокочастотного напряжения в момент времени стробирования.

Разрешение.на формирование М-ro опорного импульса в данном случае дает переключатель 22, который находится в своем М положении. А для формирования М -1 оставшихся опорных импульсов переключатель 22 последовательно переводится в положение hl-1 °

28181

Сформированные таким образом импульсы несут информацию о мгновенном значении преобразуемого напряжения. Съем информации производится

5 с выхода фильтра 7 который не проЭ пускает преобразуемое высокочастотное напряжение, причем переключатель

22 находится в положении М +1.

Частота следования сформированных опорных импульсов равна, период повторения их равен Кд, а амплитуды сформйрованных импульсов несут информацию о мгновенных значениях преобразуемого высокочастотного

15 напряжения.

Таким образом„ устройство реали- . зующее способ,,обеспечивает трансформацию высокочастотного спектра преобразуемого напряжения в область низких частот.

Предлагаемый способ позволяет преобразовывать высокочастотное напряжение сложной формы в низкочастотное. При этом точность преобразования высока, так как происходит компенсация мгновенных значений высокочастотного напряжения амплитудами сформированных опорных импульсов, разнесенных во времени .в моменЗО ты времени стробирования. Погрешность преобразования высокочастотного напряжения сложной формы в основном опеределяется количеством выборок мгновенных значений в периоде преобразуемого напряжения и может достигать десятых долей процентов.

ll28l8l

ЗьИ СИ

ФигЗ

Составитель С.Рыбин

Редактор В.Петраш ТехредЛ. Еоцюбняк Бэрректор И.Леонтюк и

Заказ 9023/33 7ираж-710 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