Измерительный преобразователь сигналов

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОТГНАЛОВ, содержащий множительный блок, первый дифференциальный усилитель, первый вход которого со единен с его выходом через первый конг денсатор, а также непосредственно с первым резистором, второй усилитель , второй резистор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , в него дополнительно введены три двухпозиционных коммутатора, ; источник опорного { апряжения, управляемый блок выборки-хранения, блок Г управления и второй конденсатор, при этом второй усилитель выполнен с управляемым коэффициентом усиления, первьй вход первого коммутатора соединен с входной шиной, его второй вход - с выходной шиной и выходом управляемого блока выборки-хранения, выход - .с первым входом-второго коммутатора и первым входом множительного блока, второй вход второго коммутатора соединены с источником опорного напряжения, а выход - со вторым входом множительного блока, выход которого подключен к входу второго усилителя, выход которого -соединен с входом третьего коммутатора , первый выход которого соединен со свободным выводом первого резис (Л тора, а.второй - через второй резистор со вторым входом первого ди4 ференциального усилителя, соединенным через второй конденсатор с общей шиной, выход первого дифференциального усилителя подключен к входу блока выборки-хранения, а соответоэ ствующие выходы блока управления to 1C соединены с управляющими входами коммутаторов, второго усилителя и 4 блока выборки-хранения. 11

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

g g С 01 R 19/22 т

/,,„

OllHOAHHE ИЗОЕРЯТИНЯЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ: /

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3582882/24-21 (22) 03. 03. 83 (46) 30.12.84. Бюл. 9 48 (72) Т.М. Алиев и А.М. Шекиханов . (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М.Азизбекова (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Справочник по нелинейным. схемам. Под ред. Д.Шейнгольда.

М., "Мир", 1977, с. 407, рис. 3.7.5.

2. Заявка Великобритании

У 1378251, кл. G 01 R 19/02, G .1 Ч, опублик. 1974 (прототип). (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ, содержащий множительный блок, первый дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с его выходом через первый кон„" денсатор, а также непосредственно— с первым резистором, второй усилитель, второй резистор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены три двухпозиционных коммутатора, источник опорного напряжения, управ ляемый блок выборки -хранения, блок управления и второй конденсатор, нри

„„Я0„„1132244 Д этом второй усилитель выполнен с управляемым коэффициентом усиления, первый вход первого коммутатора соединен с входной шиной, его второй вход — с выходной шиной и выходом управляемого блока выборки-хранения, выход — с первым входом второго коммутатора и первым входом множительного блока, второй вход второго коммутатора соединены с источником опорного напряжения, а выход — со вторым входом множительного блока, выход которого подключен к входу второго усилителя, выход которого .соединен с входом третьего коммутатора, первый выход которого соединен Я со свободным выводом первого резистора, а второй — через второй резистор со вторым входам первого дифференциального усилителя, соединенным через второй конденсатор с общей шиной, выход первого дифференциального усилителя подключен к входу блока выборки-хранения, а соответствующие выходы блока управления соединены с управляющими входами

Ю коммутаторов, второго усилителя и Ю блока выборки-хранения. 4ь

1 132244

1

Изобретение относится к электро измерениям и может быть использовано в многсцелевых измерительных

1 преобразователях сигналов произвольной формы.

Известен измерительный преобразователь, содержащий множительный блок, оба входа умножения которого подключены к входной шине, вход деления — к выходной шине, а выход— через резистор к первому входу дифференциального усилителя и через конденсатор — к общей шине, выход дифференциального усилителя .подключен к выходной шине и второму входу дифференциального усилителя (1), Недостатком известного измерительного преобразователя являются его ограниченные функциональные возможности, так как он предназначен только для преобразования сигнала по уровню среднеквадратического значения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измерительный преобразователь, содержащий множительный блок, первый дифференциальный усилитель, к одному из входов которого подключен первый резистор и обкладка первого

30 конденсатора, другая обкладка которого соединена с выходом первого дифференциального усилителя, второй усилитель, выход которого через второй резистор подключен к первому входу первого сумматора, а вход— к выходной шине, связанной через первый диод с выходом первого диф,ференциального усилителя, а через третий резистор — с первым входом второго сумматора, при этом каждый первый выход каждого из сумматоров через резистор подключен к выходу соответственно. третьего .и четвертого усилителя, входы которых подключены к входной шине, выходы сумма- 45 горов соединены соответственно с входами пятого и шестого усилителей, а выходы пятого и шестого усилителей подключены к первому и второму входам множительного блока, выход которого соединен со свободным выхо.. дом первого резистора, кроме того, первый конденсатор зашунтирован вторым диодом, включенным согласно с первым диодом L 2). 55

Недостаток такого, устройства— ограниченные функциональные возможности

Р

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь сигналов, содержащий множительный блок, первый дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с его выходом через первый конденсатор, а также непосредственно — с первым резистором, второй усилитель, второй резистор, дополнительно введены три двухпоэиционных коммутатора, источник опорного напряжения, управляемый блок выборки- хранения, блок управления и второй конденсатор, при этом второй усилитель выполнен с управляемым козффициентом усиления, первый вход первого коммутатора соединен с входной шиной, его второй вход — с выходной шиной и выходом управляемого блока выборки-хранения, выход — с первым входом второго коммутатора и первым входом множительного блока, второй вход второго коммутатора соединен с источником опорного напряжения, а выход — со .BTopblM входом множительного блока, выход которого подключен }c входу второго усилителя, выход которого соединен с входом третьего коммутатора, первый выход которого соединен со свободным выводом первого резистора, а второй— через второй резистор со вторым входом первого дифференциального усилителя, соединенным через второй ,конденсатор с общей шиной, выход первого дифференциального усилителя подключен к входу блока выборки-хранения, а соответствующие выходы блока управления соединены с управляющими входами коммутаторов, второго усилителя и блока выборки-хранения.

На фиг. 1 приведена блок-схема измерительного преобразователя сигналов, на фиг. 2 — временная диаграмма напряжения на выходе перфого дифференциального усилителя.

Измерительный преобразователь сигналов содержит множительный блок

1, первый дифференциальный усилитель 2, первый вход которого соединен с его выходом через первый конденсатор 3, а также непосредственно — с первым резистором 4, второй усилитель 5, второй резистор 6.

В преобразователь дополнительно вве1132244

45 (i - ) =(S+ aevi)((+a ej дены три двухпозиционных коммутатора 7-9, источник опорного напряжения 10, управляемый блок выборкихранения 11, блок управления 12 и второй конденсатор 13. Второй усилитель 5 выполнен с управляемым коэффициентом усиления. Первый вход первого коммутатора 7 соединен с входной шиной, его второй вход — с вы,ходной шиной и выходом управляемого 1р блока выборки-хранения 11, выход— с первым входом второго коммутатора

8 и первым входом множительного блока 1, второй вход второго коммутатора 8 соединен с источником опор- 15 ного напряжения 10, а выход — со вторым блоком множительного блока 1, выход которого подключен к входу второго усилителя 5, выход которого соединен с входом третьего коммутатора 9, первый выход которого соединен со свободным выводбм первого резистора 4, а второй — через второй резистор б со вторым входом первого дифференциального усилителя

2, соединенным через второй конденсатор 13 с общей шиной, выход первого дифференциального усилителя 2 подключен к входу блока выборкихранения 11;а соответствующиевыходы блока управления 12 соединены с управляющими входами коммутаторов

7-9, второго усилителя 5 и-блока выборки-хранения 11.

Измерительный преобразователь

35 сигналов работает следующим образом.

При преобразовании входного сигнала по уровню его среднеквадратического значения в первом такте по команде с блока управления 12 коммутаторы 7 и 9 устанавливаются в положение "2", а коммутатор 8 в положение "1". Входной сигнал Х(1) возводится в квадрат в множительном блоке 1, усиливается усилителем 5, интегрируется интегратором, образовайным резистором 6, конденсатором 13 и дифференциальным усилителем 2.

Значение выходного сигнала диф" ференциального усилителя 2 определяется соотношением

Оо — начальное напряжение, заполненное в блоке выборки-хранения 11, в частном случае оно может быть равно нулю, о4нт — погрешность интегрирования, определяемая вторым резистором 6, вторым конденсатором 13 и первым дифференцирующим усилиФ телем,

T„- управляемый коэффициент усиления второго усилителя 5, Т вЂ” длительность периода интегрирования, (— сопротивление резисторов би4, С вЂ” емкость конденсаторов

Зи 13.

Во втором такте коммутаторы 7 и 9 переводятся в положение "1" и описанному преобразованию подвергается напряжение, запомненное в блоке выборки-хранения 11. Значение вцходного напряжения дифференциального усилителя 2 определяется соотношением (1) с учетом того, что его знак изменяется на обратный.

В конце второго такта от блока управления 12 на блок выборки-хранения 11 поступает управляющий сигнал, в результате чего в нем запоминается напряжение, равное сумме напряжений, полученных в первом и во втором тактах:

Первый и второй такты составляют один цикл работы преобразователя.

Через и +1 циклов, где и-= О, 1, «е

2..., выходное напряжение преобразователя составляет т

089X=Uo+ <+tit atHr +?(1 1 ?ф RC IU ИЮ () 55 о где UH) — напряжение входного сигнала, Uevx><- вию+ ((a<)z< fu (etdt т о о

1132244

Ugblglt=Ugblll graf

"ВЫХ. 1Ст. =

ЗО

U„- u„„4 u ) "((1о- U „ò), Через несколько циклов преобразования выходное напряжение преобразователя принимает установившееся значение, поскольку процесс измерения сходится. При преобразовании входного сигнала по уровню его среднеквадратического значения коэффициент усиления усилителя 5 устанавливается равным ! где U gx,— верхняя граница диапазона преобразования

В установившемся режиме преобразования и выражение в квадратных скобах соотношения (3) равно нулю, поэтому

Из соотношения (5) следует, что на преобразование входного сигнала по уровню среднеквадратического значения не влияют погрешности элементов преобразователя, так как преобразование входного сигнала выходного напряжения производится в одном и том же канале, состоящем из одних и тех же элементов.

Абсолютная погрешность определяется соотношением

Если выходное напряжение Uguz находится в середине диапазона преобразования то в каждом цикле преобразования абсолютная погрешность уменьшается в 2 раза! а, например, через пять циклов погрешность уменьшается в 32 раза.

Кроме преобразования входного сигнала по уровню среднеквадратического значения измерительный преобразователь работает в режиме преоб5 разования однополярного входного сигнала по уровню среднего значения, в режиме помехоустойчивого аналогового извлечения квадратного корня и в режиме формирования сигнала, 10 пропорционального мощности, рассеиваемой заданным активным сопротивлением, к которому приложено вход-, ное напряжение.

Преобразование входного однопо15. лярного сигнала по уровню среднего значения производится следующим образом.

В первом такте коммутаторы 7-9 устанавливаются в положение "2".

Коэффициент усиления усилителя 5 устанавливается равным 1 и производится интегрирование при помощи резистора 6, конденсатора 13 и дифференциального усилителя 2 в тече—

25 ние периода времени Т . Приращение выходного сигнала дифференциального усилителя по отношению к начальному напряжению 1о, запомненному в бло— ке выборки-хранения 11, составляет где Ugu — напряжение источника опор35 ного напряжения 10.

Во втором такте коммутаторы 7 и 9 переводятся в положение "1", на выходе дифференциального усилителя 2 формируется приращение напряжения обратного знака

45 . В конце второго такта по команде блока управления .12 выходное напряжение дифференциального усилителя 2 запоминается в блоке выборки-хранения 11 1 ст .и приращения напряжения в первом и втором тактах становятся равны

1132244 откуда следует, что

11„„= „j U(tjdÈ (10) откуда

Т!, u„, — U,„— "1LI(tldt o где з! Ь4=(!и«((,— Ju (Ì!tt йС, (15) В конце второго такта алгебраическая сумма приращения суммируется с ранее запомненным напряжением и запоминается в блоке выборки-хранения 11. По достижении выходным напряжением установившегося значения приращения становятся равны, причем

Т!!! u >t tt t!) tdt = о о

Т

Е))», р, I р„1!1чсТ 1 = а т. е. выходное напряжение преобразователя равно среднему значению однополярного входного сигнала.

-Для получения максимального быстродействия коэффициент усиления устанавливает равным

Для выполнения помехоустсйчивого преобразования входного сигнала по уровню, пропорциональному квад— ратному корню, в первом такте коммутаторы 7-9 устанавливаются в положение "2". Положительное приращение выходного напряжения дифференциального усилителя 2 составляет

Ти Т!

au»=(<+< )y z< Ju»uItldt+Ju»<

Е 1 кс Ои о (12) — амплитуда помехи, () — частота помехи.

Период повторения Т> устанавли— вается равным периоду напряжения помехи. Поскольку помехи, как правило, являются результатом наводки от сети питания с частотой, например, 50 Гц, то Ttt - 0,02 с. Во втором такте коммутаторы 7-9 переводятся в прложение "1". При этом входной сигнал возводится множительным блоком 1 в квадрат, а отрица— тельное приращение выходного напряжения дифференциального усилителя 2 составляет

I !!!»+! =(!+с(,, )3 „— J !!» dt (! так как э гот интеграл представляет собой среднее значение синусоидального напряжения.

Ть (1 ()f„„"C f U> dt=1 1+(((-)P — J™U ÄU(

I (! 4) В описанном режиме измерительный

t5 преобразователь может быть использован в сочетании с квадратичным датчиком входного сигнала в условиях помех напряжения промышленной частоты.

В режиме формирования сигнала, пропорционального мощности на активном сопротивлении заданной величины! коммутаторы 7 и 9 устанавливаются в положение "2, а коммутатор 8 — в

25 положение 1 . Коэффициент усиления !! усилителя 5 устанавливается равным 1А . Производится интегрирование входного сигнала в течение периода Т . Приращению выходного.напряжения дифференциального усилителя 2 в первом ".такте каждого цикла составляет

Во втором такте коммутатор 8, устанавливается в положение "2", а

40 коммутатор 9 — в положение 1

Приращение выходного напряжения дифференциального усилителя 2 имеет обратный знак и составляет !

1 т 45 ДЦ (!1+ j) „ у ц .ф

ЯС о (16) М

В конце второго такта выходное напряжение дифференциального усилителя 2 запоминается в блоке выборкихранения 11.

В установившемся .режиме Uq = ., = 0 + 1=0 ст поэтому из выражений (15) и (16) следует,откуда следует, что

При выборе величины Оон,, числен.но равноМ заданной величине актив ного сопротивления 0ус " численно равно мощности, рассеиваемой на активной нагрузке с заданной вели- чиной сопротивления, при подаче на нее входного напряжения преобра,зователя и (Д) . При заданных коэффициентах усиления P и - выt и ражения - {3 ) и (11) — быстродейстВие преобразователя в режимах формирования сигнала, цропорционально1132244

10 I ,:го мощности, рассеиваемой входным сигналом на активной нагрузке задан ной величины, и измерения среднего значения однополярного сигнала составляет один цикл работы, а скорость убывания абсолютной погрешности, также характеризующая быстро действие, в режиме помехоустойчивого аналогового корнеизвлечения l0 такая же, как и в режиме преобразования входного сигнала по уровню среднеквадратического значения.

Таким образом, отличия предлагаемого измерительного преобразова35 теля сигналов от известных позволяют реализовать в нем дополнительно три режима преобразования входного сигнала, что расширяет его функциональные возможности.

1132244.Составитель А.Пучковский

Редактор С.Тимохина Техред Ж.Кастепевич

Корректор С.Шекмар.2

Заказ 9786/38

Тираж 710 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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