Цифровой измеритель уровня

 

1. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ по авт. св. № 361527, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерений путем устранения ошибок при переключении диапазонов уровней измеряемого сигнала, в него введен блок установки кода, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы и первый и второй выходы которого соединены соответственно с выходом второго опорного Логарифмического преоб разователя, с управляющим выходом узла.выбора чувствительности, со счетчиком диапазо1;ов, с импульсным, потенциальным и дополнительным выходами и с первым и вторым дополнительными входами времяцифрового преобразователя , третий дополнительный вход которого соединен с вькодом второго опорного логарифмического преобразователя, а времяцифровой преобразователь содержит последовательно соединенные генератор счетных импульсов , элемент И, счетчик импульсов и триггер переполнения, последовательно соединенные дешифратор и ищщкатор, а также формирователь импульсов сброса и т риггер незаподнения , при этом выходы разрядов счет чика импульсов подключены к соответствующим входам дешифратора, выход формирователя импульсов сброса подключен к входам установки нуля счетчика импульсов и триггеров переполнения и незаполнения, выходы которьк являются соответственно импульсным и потенциальным выходами времяцифрового преобразователя, дополнильным выходом, входом и первым, вторым . и третьим дополнительными входами которого являются соответственно выход формирователя импульсов сброса, второй вход элемента И, объединенный с входом установки единицы триггера незаполнения, первый и второй входы ,. СО установки кода счетчика импульсов и вход формирователя импульсов сброс са. 1. . - .--- . : 2. Измеритель по п. 1, о т л ичающийся тем, что блок установки кода содержит формирователь импульсов установки, первый и второй триггеры смены знака, элемент НЕ, |i элемент ИЛИ и первый и второй элеGb менты И, при этом выход формировате00 ля импульсов установки, вход которого является первым входом блока установки кода, подключен к первым вхо- . дам первого и второго элементов И, вторые входы и выходы которых являются соответственно третьим и четвер тым входами и перйым и вторым выхода;МИ блока установки кода, вход и выход :элемента НЕ соединены со счетными входами соответственно первого и второго триггеров смены знака, объединенные входы установки нуля которых являются пятым входом блока установки кода, вторым входом которого яв

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (1 () 4(() Н 04 В 3/46 и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 361527 (21) 3574604/24-09 (22). 01.04.83 (46) 23.03.85. Бюл. У 11 (72) Г.Ф.Руленко, Г.ПеЧерный и В.И.Пашкин (53) 621.317.32(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 361527, кл. Н 04 В 3/46, 1970 (прЬтотип) . (54) (57) 1 ° ЦИФРОВОЙ ИЗИЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ по авт. св. Ф 361527, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерений путем устранения ошибок при переключении диапазонов уровней измеряемого сигнала, в него введен блок установки кода, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы и первый и второй выходы которого соединены соответственно с выходом второго опорного логарифмического преоб" разователя, с управляющим выходом узла, выбора чувствительности, со с т счетчиком диапазонов, с импульсным, потенциальным и дополнительным выходами и с первым и вторым дополнительными входами. времяцифрового преобразователя, третий дополнительный вход которого соединен с выходом второго опорного логарифмического преобразователя, а времяцифровой преобразователь содержит последовательно соединенные генератор счетных импульсов, элемент И, счетчик импульсов и триггер переполнения, последовательно соединенные дешифратор и индикатор, а также формирователь импульсов сброса и триггер незаполнения, при этом выходы разрядов счет чика импульсов подключены к соответствующим входам дешифратора, выход формирователя импульсов сброса подключен к входам установки нуля. счетчика импульсов и триггеров переполнения и незаполнения, выходы которых являются соответственно импульсным и потенциальным выходами времяцифрового преобразователя, дополнильным выходом, входом и первым, вторым

1 и третьим дополнительными входами которого являются соответственно выход формирователя импульсов сброса,. второй вход элемента И, объединенный с входом установки единицы триггера незаполнения, первый и второй входы:. установки кода счетчика импульсов и вход Формирователя импульсов сброса.

2. Измеритель по п..1, о т л ич а ю шийся тем, что блок установки кода содержит формирователь импульсов установки, первый и второй I триггеры смены знака, элемент НЕ, элемент ИЛИ и первый и второй эле- а менты И, при этом выход формирователя импульсов установки, вход которого является первым входом блока установки кода, подключен к первым вхо- . дам первого и второго элементов И, вторые входы и выходы которых являются соответственно третьим и четвер тым входами и первым и вторым выхода" р ,ми блока установки кода, вход и выход элемента НЕ соединены со счетными входами соответственно первого и второго триггеров смены знака, объединенные входы установки нуля которых являются пятым входом блока установки кода, вторым входом которого яв1146810 ляется вход элемента НЕ, а инверсные выходы первого и второго триггеров смены знака подключены соотретственИзобретение относится к электро, связи и может быть использовано в технике проводной связи для измере. ния уровня сигнала.

По основному авт, св. Ф 361527 5 известен цифровой измеритель уровня, содержащий управляемый усилитель, детектор, управляющий мультивибратор, измерительный логарифмический ripeo6раэователь напряжения во временной интервал, времяцифровой преобразователь со счетчиком импульсов, узел выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, первый и второй опорные логарифмические преобразователи, узел вычитания временных интервалов и коммутатор сигналов переключения, причем выход управляющего мультивибратора соединен одновременно с входом ,измерительного логарифмического пре- 20., образователя и с входами первого и второго опорных логарифмических преобразователей, выходы трех логарифмических преобразователей подключены к соответствующим входам узла вычи- 25 тания временных интервалов, кроме того, выход второго опорного логарифмического преобразователя соединен с зондирующим входом коммутатора сигналов переключения, к импульсному 30 и потенциальному входам которого подключен через времяцифровой преобразователь выход узла вычитания временных интервалов, а выходы коммутатора

,сигналов переключения подключены к соответствующим входам узла выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, управляющий выход последнего одновременно подключен к входам узла вычитания, временных интервалов 40 . и коммутатора сигналов. переключения, к запретным входам которого подключены соответствующие выходы узла выбора чувствительности со счетчиком диапазонов Я 1

Недостатком известного цифрового измерителя уровня является невысокая но к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу второго элемента И. достоверность результатов измерения вследствие ошибок, обусловленных процессом автоматического переключения диапазонов уровней измеряемого сигнала, из-за чего возникает необходимость специально оговаривать в инструкциях, как именно при этом отсчитывать показания, в противном случае это приводит к значительным ошибкам. Особенно этот недостаток проявляется при измерении быстроизменяющихся уровней, приводящих к частому переключению диапазонов. В этих случаях отсчет показаний цифрового индикатора значительно затрудняется, вероятность ошибки при отсчете увеличивается. Для получения достоверных результатов измерений требуется дополнительное время, что приводит, в конечном итоге, к снижению производительности труда.

Цель изобретения — повышение дбстоверности результатов измерений путем устранения ошибок при переключении диапазонов уровней измеряемого сигнала.

Цель достигается тем, что в цифровой измеритель уровня, содержащий управляемый усипитель, детектор, управляющий мультивибратор, измерительный логарифмический преобразователь напряжения во временной интервал, времяцифровой преобразователь со счетчиком импульсов, узел выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, первый и второй опорные логарифмические преобразователи, узел вычитания временных интервалов и коммутатор сигналов переключения, причем выход управляющего мультивибра-. тора соедИнен одновременно с входом измерительного логарифмического преобразователя и с входами первого и второго опорных логарифмических преобразователей, выходы трех логарифмических преобразователей подключены к соответствующим входам уэла

1146810 вычитания временных интервалов, кроме того, выход второго опорного логарифмического преобразователя соединен с зондирующим входом коммутатора сигналов переключения, 5 к импульсному и потенциальному входам которого подключен через времяцифровой преобразователь выход узла вычитания временных интервалов, а выходы коммутатора сигналов пере- 10 ключения подключены к соответствующим входам узла выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, управляющий выход последнего одновременно подключен к входам узла вычита- 15 ния временных интервалов и коммутатора сигналов переключения, к запретным входам которого подключены соответствующие выходы узла выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, введен блок установки кода, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы и первый и второй выходы которого соединены соответственно с .выходом, второго опорногологарифмического 25 преобразователя, с управляющим выходом узла выбора чувствительности со счетчиком. диапазонов, с импульсным, потенциальным и дополнительным выходами и с .первым и вторым дополни- ЗО тельными входами времяцифрового преобразователя, третий дополнительный . вход которого соединен с выходом второго опорного логарифмического преобразователя, и времяцифровой преобразователь содержит последовательно соединенные генератор. счетных импульсов, элемент И, счетчик импуль" сов и триггер переполнения, последо- вательно соединенные дешифратор и ин-4О дикатор, а также формирователь импульсов сброса и триггер незаполне" ния, при этом выходы разрядов. счетчика импульсов подключены к соответствующим входам дешифратора, выход 45 формирователя импульсов сброса подключен к входам установки нуля счетчика импульсов и триггеров переполнения и незаполнения, выходы которых являются соответственно импульсным 50 и потенциальным выходами времяцифрового преобразователя, дополнитель. ным выходом, входом и первым, вторым и третьим дополнительными входами которого являются соответственно выход формирователя импульсов сброса, второй вход элемента И, объединенный с входом установки единицы триггера незаполнения, первый и второй входы установки кода счетчика импуль сов и вход формирователя импульсов сброса.

Блок установки кода содержит формирователь импульсов установк., первый и второй триггеры смены знака, элемент НЕ, элемент ИЛИ и первый и второй элементы И, при этом выход формирователя импульсов установки, вход которого является первым входом блока установки кода, подключен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы и выходы которых являются соответственно третьим и четвертым входами и первым и вторым выходами блока установки кода, вход и выход элемента НЕ соединены со счетными входами соответственно первого и второго триггеров смены знака, объединенные входы установки нуля которых являются пятым входом блока установки кода, вторым входом которого является вход элемента НЕ, а инверсные выходы первого и второго триггеров смены знака подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу второго элемента .И.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого цифрового измерителя уровня; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Цифровой измеритель уровня содержит управляемый усилитель 1, детектор 2, управляющий .мультивибратор 3, измерительный логарифмический преобразователь 4 напряжения во временной интервал, времяцифровой преобразователь 5 со счетчиком импульсов, узел 6 выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, первый 7 и второй 8 опорные логарифмические преобразователи, узел 9 вычитания временных интер валов, коммутатор 10 сигналов переключения и блок 11 установки кода, содержащий формирователь 12 импульсов установки, первый 1 3 и второй 14 триггеры смены знака, элемент НЕ 15, элемент ИЛИ 16 и первый и второй элементы И 17 и 18, а времяцифровой преобразователь 5 содержит элемент И 19, генератор 20-счетных импульсов, счетчик 21 импульсоЬ, формирователь 22 импульсов сброса, дешифратор 23, индикатор 24, триггер 25

1146810 переполнения и триггер 26 незаполнения.

Цифровой измеритель уровня работает следующим образом.

Измеряемый сигнал подается на вход цифрового измерителя уровня, усиливается управляемым усилителем 1, преобразуется детектором 2 в постоянный и поступает на вход измерительного логарифмического преобразователя 4, управляемого циклозадающим управляющим мультивибратором 3 (диаграмма 1, фиг. 2). Этим же управляю/ / щим мультивибратором 3 управляются первый 7 и второй 8 опорные логариф-. мические преобразователи.

ЕЕа измерительный вход первого опорного логарифмического преобразователя 7 подается опорное напряже" ние UE, соответствующее нижней гра- 20 нице диапазона уровней измеряемого сигнала, а на измерительный вход второго опорного логарифмического преобразователя 8 — опорное найряжение У . Измерительным и опорными

2 логарифмическими преобразователями 4, 7 и 8 соответственно формируются. выходные импульсы длительностью о „х, л ii

<< и с2 (фиг. 2, диаграммы 2, 3:, 4 ). Разность — 2г выбирается экви- 30 валентной диапазону уровней измеряемого сигнала . и

Длительность импульса ц„ связана с уровнем измеряемого сигнала логарифмической зависимостью, длительйос-35 ти, и 2 — фиксированные, их длительность определяется соответственно опорными напряжениями U и U<, Импульсы д, 1, о поступают на и Л х соответствующие входы узла 9 вычита- 4ф ния временных интервалов, в котором логическими схемами. формируется имп n n и пульс 6y„= bud-I I или импульс о r = (фиг. 2, диаграммы 5, 6 ) ° их и и .Формирование импульсов о х или „45 определяется сигналом знака, поступающим на узел 9 вычитания временных интервалов от узла 6 выбора чувстви,тельности.

Сочетание измерительного и двух 5О опорных логарифмических преобразователей 4, 7 и 8 с узлом 9 вычитания временных интервалов позволяет уменьшить погрешность преобразования .напряжения во временной интервал. 55

С выхода узла 9 вычитания временных интервалов, в зависимости от то1i 11 и и го, сигнал знака равен 1 или 0 импульс г,,„ или 2 „ (обозначим его л через х ) поступает на вход времяцифрового преобразователя 5, в котором с помощью элемента И 19 происходит заполнение этого импульса высоко-. частотными импульсами генератора 20 счетных импульсов. Число счетных импульсов, прошедшее за время ах, подсчитывается счетчиком 21 импульсов, который предварительно перед началом измерения сбрасывается в исходное нулевое состояние импульсом сброса формирователя 22. Импульсы сброса (фиг. 2, диаграмма 7 ) форми/ руют формирователем 22 при запуске его по переднему фронту импульсами второго опорного логарифмического преобразователя 8. Вход формирователя 22 является третьим дополнительным входом времяцифрового преобразователя.

После подсчета числа счетных импульсов, соответствующего уровню измеряемого сигнала, счетчик.2 1 принимает определенное состояние, которое дешифрируется дешифратором 23.

Сигналы дешифратора поступают на индикатор 24, который отображает цифровой эквивалент уровня измеряемого сигнапа.

В зависимости от уровня входного измеряемого сигнала могут иметь место три случая. л л (A w ) — при невыбранном х

)(х, — о, Х 2 диапазоне уровней; л Л л

0 < - г 1 — при выбранном диапазоне уровней.

В первом случае на вход времяцифл рового преобразователя 5 импульс а х не поступает, а значит его счетчик 21 импульсов будет находиться. в нулевом состоянии. Нулевое состояние счетчика определяется схемой дешифрации нулевого состояния, реализованной, на триггере 26 незаполнения, на вход установки "0" которого поступает импульс сброса формирователя 22, а на вход установки "1" — сигнал сх .

Выходной сигнал триггера 26 является выходным потенциальным сигналом незаполнения времяцифрового преобразователя 5.

Во втором, случае счетчик 21 импульсов времяцифрового преобразователя 5 переполняется. Это состояние счетчика определяется триггером 25 переполнения, на счетный вход котороI

1146810 го поступает выходной сигнал старшего разряда счетчика 21, а на вход установки нуля — импульс сброса формирователя 22. Выходной сигнал триггера 25 является выходным импульсным сигналом переполнения времяцифрового преобразователя 5.

Наличие выходных сигналов незаполнения и переполнения на выходе времяцифрового преобразователя 5 свидетельствует о невыбранном диапазоне измерения. Сигналы неэаполнения и переполнения поступают соответственно на потенциальный и импульсный входы коммутатора 10 сигналов переключения.t5

На этот же коммутатор 10 с узла 6 выбора чувствительности поступает сигнал знака, а также зондирумций сигнал с выхода второго опорного

:логарифмического преобразователя 8.

В результате логического взаимодействия входных сигналов коммутатора 10 в нем формируются сигналы переключения поступающие на суммирующий или вычитающий вход счетчика диа- 5 назонов узла 6 выбора чувствитель- . ности. Под действием сигналов переключения, поступающих на суммирующий вход, диапазоны уровней переклю- чаются в направлении уменьшения чувствительности управляемого усилителя 1, а под действием сигналов, поступающих на вычитающий вход, диапазоны уровней переключаются в направлении увеличения чувствительнос- 35 ти.

Диапазоны переключаются до тех пор, пока не будет выбран соответст вующий диапазон. При этом будут отсутствовать сигналы незаполнения и <0 переполнения на соответствующих выходах времяцифрового преобразователя 5 и будет иметь место упомянутый третий случай: О<с„i с -с .

Управление чувствительностью про- <> исходит ступенчато (подиапазонно) под действием сигналов узла 6 выбора чувствительности. Эти сигналы также используются для формирования сигнала знака, что, в частности, может быть 30 осуществлено следующим образом.

Обозначим через N — число диапазонов уровней, которые используются при измерении положительных уровней, т.е. превышающих 0 дБ, а через М— число диапазонов, используемых при измерении отрицательных уровней, т.е. ниже 0 дБ. Эти диапазоны подсчиты.ваются счетчиком диапазонов узла о в процессе их переключения. Определенное состояние этого счетчика соответствует выбранному диапазону. Число состояний счетчика диапазонов узла 6 равно N+M диапазонов. Все состояния от 1 до N объединяются одной логической схемой ИЛИ узла 6, а состояния от 1 до М вЂ” другой схемой .ИЛИ узла 6. Наличие единичного сигнала. на выходе первой схемы ИЛИ узла 6 свидетельствует о положительном знаке измеряемого уровня, а наличие такого сигнала на выходе второй схемы ИЛИ узла 6 — об отрицательном знаке.

Если величина уровня измеряемого сигнала (уровень сигнала слишком мал или велик) выходит за пределы измерения прибора, то необходимо прекратить поступление сигналов переключения на вход счетчика диапазонов узла 6, зафиксировав таким образом состояние, соответствующее максимальной или минимальной чувствительности управляемого усилителя 1. Для этой цели служат сигналы, поступающие с N-го и

М-го выходов узла 6 выбора чувствительности.

По окончании измерения, т.е. после окончания импульса Г, формирователем 12 формируется с некоторой saдержкой импульс установки кода (фиг.2 диаграмма 8). Задержка этого импуль-.

> са необходима для учета окончания процессов счета импульсов в счетчике 21, в узле 6 выбора чувствитель ности, а также процесса формирования сигнала знака.

Импульс установки с формирователя 12 поступает на первый вход второго элемента И 18, на второй вход которого поступает сигнал незаполнения. При наличии на третьем входе этого элемента сигнала разрешения, импульс установки с его выхода (фиг. 2, диаграмма 11 ) поступает . на второй дополнительный вход времяцифрового преобразователя 5, который устанавливает в счетчике импульсов этого преобразователя такой код, при котором в каждом десятичном разряде отображается после измерения индикатором 24 цифра "9". Следует заметить, что сигнал разрешения, поступающий с выхода элемента ИЛИ 16 на третий вход второго элемента И 18, имеет место лишь для случая, когда

9 11468 не было смены знака (фиг. 2,. диаграмма 10 ), т.е. когда на счетных входах первого 13 и второго 14 тригге ров не было перепада сигнала с "0" в "I" или с "1" в "0". Первый 13 и . 5 второй 14 триггеры в начале каждого цикла измерения устанавливаются в исходное состояние импульсом сброса, поступающим с дополнительного выхода времяцифрового преобразователя 5, соединенного с выходом формирователя 22.

При смене знака (фиг. 2, диаграм.ма 12 ) установка в счетчике 21 кодов "9" не требуется, так как в этом !5 случае измеряемый сигнал проходит через точку 0 дБ и, следовательно, 0 дБ и должен отображаться. Для этой цели с помощью первого триггера 13 (фиг. 2, диаграмма 13 ) или элемен- 20 та НЕ 15 и второго триггера 14, а также элемента ИЛИ 16 (фиг. 2, диаl грамма 14 ) формируется сигнал запрета, поступающий на третий вход второго элемента И 18, который исклю-25 чает появление на его выходе (фиг.2, 10 10 диаграмма 15 ) импульса установки кода,. а значит, и установку кода "9" в счетчике 21 импульсов.

Импульс установки кода с формирователя 12 также поступает на второй вход первого элемента И 17. При наличии на его втором входе разрешающего сигнала переполнения на его выходе (фиг. 2, диаграмма 9 ) появляется импульс установки кода, поступающий на первый дополнительный вход времяцифрового преобразователя 5 и устанавливающий в его счетчике 21 такой код, который фиксируется в этом счетчике в момент возникновения сигнала переполнения. Зтот код дейифрируется, при этом отображается индикатором 24 соответствующее этому коду число.

Технико-экономическая эффективность цифрового измерителя уровня заключается в устранении ошибки при отсчете показаний цифровых индикаторов и тем самым в повышении достоверности результатов измерений.

1146810 6ыхЗ

2 Оых.0

3 Ьк7 и

O Яых.8 о

Ю N.У

6 8их.9 ц

7 них-гг и

$ ûõ 12

j ВыхЛ7

Вх.5 и

Лыл.гВ

iZ" "-ls

6 В 1з

29. Иых.g

Ю

Составитель В.Слепаков

Редактор Н.Данкулич Техред T.Nàòî÷êà Корректор Г;Решетник

Заказ 1380/44 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ю

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