Устройство для выделения постоянной составляющей переменного напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ , содержащее первый и второй интеграторы, сигнальные входы которых через первый и второй ключи соединены соответственно с общим входом устройства и выходом источника опорного напряжеш я, шину управления, подключенную к соответствующим клеммам управляющих входов обоих ключей, шину сброса , соединенную с соответствующими клеммами входов сброса обоих интеграторов ., отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены компаратор, экспоненциальный преобразователь и третий ключ, а второй ключ выполнен двухпозиционньпу, причем входы компаратора подключены к выходам интеграторов, а выход - к управляющему входу экспоненциального п реобразователя, третий ключ включен в цепь между выходом источника опорного напряжения и питающим входом экс- 3 Поненциального преобразователя, одна СЛ из клемм управляющего входа третьего ключа соединена с шиной управления, а дополнительная секция второго ключа включена в цепь между входом и выходом второго интегратора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU „„1167512

А (51нС 01 R 19 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3530237/24-21 (22) 27.12.82 (46) 15.07.85. Бюл. ¹ 26 (72) В.А.Медников и А.Н.Порынов (7 1) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени авиационный институт им.акад. С.П.Королева (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2989393/21,кл. G 01 R 19/00, 1980.

2. Справочник по нелинейным схе". мам. Под ред. Д.Шейнголда, М., "Иир", 1977, с. 116-117, фиг. 2. 3. 12. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПО СТОЯННОЙ СОСТАВЛЯКЗЦЕЙ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый и второй интеграторы, сигнальные входы которых через первый и второй ключи соединены соответственно с общим входом устройства и выходом источника опорного напряжен,.я, шину управления, подключенную к соответствующим клеммам управляющих входов обоих ключей, шину сброса, соединенную с соответствующими клеммами входов сброса обоих интеграторов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены компаратор, экспоненциальный преобразователь и третий ключ, а второй ключ выполнен двухпозиционным, причем входы компаратора подключены к выходам интеграторов, а выход — к управляющему входу экспоненциального преобразователя, третий ключ включен

Ф в цепь между выходом источника опорного напряжения и питающим входом экс- ф

Поненциального преобразователя, одна из клемм управляющего входа третьего ключа соединена с шиной управления, а дополнительная секция второго ключа включена в цепь между входом и выходом второго интегратора.

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и предназначено для использования при контроле средних значений сигналов, например, в установках технической диагностики раз- личных промышленных объектов по спектральному составу шумов и вибраций.

Известно устройство для вьщеления постоянной составляющей переменного напряжения, содержащее последователь-1О йо включенные интегратор, ключ и нелинейный преобразователь, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления 1 j.

Недостаток известного устройства 15 связан с низкой точностью, обусловленной невозможностью использования начального участка характеристики нелинейного преобразователя, которая, имея характер изменения, приближаю- 20 щийся к гиперболическому, располага - . ется на данном участке в области бесконечно больших величин.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вьщеления 25 постоянной составляющей переменного напряжения, содержащее первый и второй интеграторы, сигнальные входы которых через первый и второй ключи соединены соответственно с общим нхо-ЗО дом устройства и выходом источника опорного напряжения, блок деления, входы которого соединены с выходами интеграторов, шину управления, подключенную к соответствующим клеммам управляющих входов обоих ключей, шину сброса, соединенную с соответствующими клеммами входов сброса обоих интеграторов (2 ).

Недостаток указанного устройства 40 также проявляется в невысокой точности из-за погрешностей, свойственных аналоговому блоку. деления, и нестабильности параметров последнего.

Целью изобретения является повыше-45 ние точности измерительного устройства.

11оставленная цель достигается тем, что в устройство для вьщеления постоянной составляющей переменного напря- о жения, содержащее первый и второй интеграторы, сигнальные входы которых через первый и второй ключи соединены соответственно с общим входом уст ройства и выходом источника опорного 55 напряжения, шину управления, подключенную к соответствующим клеммам управляющих входов обоих ключей, шину

12 2 сброса, соединенную с соответствующими клеммами входов сброса обоих интеграторов, введены компаратор,экспоненциальный преобразователь и третий ключ, а второй ключ выполнен двухпоэиционным, причем входы компаратора подключены к выходам интеграторов, а выход — к управляющему входу экспоненциального преобразонаталя, третий ключ включен в цепь между выходом источника опорного напряжения и питающим входом экспоненциального преобразователя, одна из клемм управляющего входа третьего ключа соединена с шиной управления, а дополнительная секция второго ключа включена в цепь между входом и выходом второго интегратора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для выделения постоянной составляющей переменного напряжения, на фиг.2временные диаграммы сигналов, иллю" стрирующие работу устройства.

Устройство содержит интеграторы 1 и 2 (фиг.1), электронные коммутационные ключи 3-5, из которых ключ 4 является двухпозиционным, источник 6 опорного напряжения, компаратор 7, экспоненциальный преобразователь 8, шину 9 управления, шину 10 сброса. В состав интеграторов 1 и 2 входят соответственно масштабные резисторы 11 и

12, операционные усилители 13 и 14, конденсаторы 15 и 16 обратной связи и электронные разрядные ключи 17 и

18. Зкспоненциальный преобразователь

8 состоит из конденсатора 19, параллельно которому через электронный разрядный ключ 20 включен резистор

21. Сигнальные входы интеграторов 1 и 2 через ключ 3 и одну из секций ключа 4 соединены соответственно с общим входом устройства и выходом источника 6 опорного напряжения, а их вь,ходы — с входами компаратора 7. Выход компаратора 7 подключен к управляющему входу экспоненциального преобразователя 8 (к управляющему входу разрядного ключа 20). Ключ 5 включен в цепь между выходом источника 6 опор" ного напряжения и питающим входом экспоненциального преобразователя 8.

Шина 9 управления подключена к соот-. ветствующим клеммам управляющих входов ключей 3-5, шина 10 сброса соединена с соответствующими клеммами входов сброса интеграторов 1 и 2 (управ1167512 (/ (г)

U =

"г л 1

΄=—

К, 1

0 сИ=—

0 т

1 — U о1 =K g

S 1 И

U„()= „t

se где

55 ляющих входов разрядных ключей 17 и

18). Другая секция ключа 4 включена в цепь между входом и выходом интегратора 2.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на вход устройства поступает сигнал 05 (фиг.2а). В исходном состоянии на шине 10 сброса установлено напряжение U1 (фиг.2б) уровня 10 логической единицы, а на шине 9 управления - напряжение U9 (фиг.2в) нулевого уровня. Нижняя секция ключа 4 замкнута, ключи 3 и 5 разомкнуты. Напряжения на выходах интеграторов 1 и 15

2 отсутствуют (в приведенном примере реализации интеграторов 1 и 2 отсутствие напряжений на их выходах обеспечивается, например, замыканием разрядных ключей 17 и 18). Экспоненциальный преобразователь 8 находится в режиме хранения предыдущего результата измерения (этот режим обеспечивается, например, размыканием разрядного ключа 20). 25

В моМент времени 11,1, характеризующий конец стадии подготовки к измерению, уровень напряжения 1 на

1о шине 10 сброса изменяется с логической единицы до логического нуля При 30 этом разрядные ключи 17 и 18 размыкаются, однако напряжения на выходах интеграторов 1 и 2 остаются нулевыми.

В момент времени 1 на шину 9 управления подается управляющий импульс

Uq уровня логической единицы, кото35 рый поступает на управляющие входы ключей 3-5. В течение времени действия управляющего импульса U длительностью Т=1э-4 верхняя секция ключа

1 40

4 замкнута, ключи 3 и 5 замкнуты.

С момента времени 1 исследуемый

1 с гнал l3>, поступая на вход интегратора 1, интегрируется последним, в результате чего напряжение 0

1 45 (фиг.2г) на выходе интегратора 1 изменяется согласно выражению где ь 1 - постоянная интегрирования интегратора 1, определяемая

KRK i Я

1 11 15 где

R1Ä вЂ” сопротивление масштабного резистора 11;

С, — емкость конденсатора 15, время, отсчитанное от мо- мента

Напряжение L 2 на выходе интегратора 2 с момента времени С иэменяет1 ся линейно в соответствии с выраже. нием где г — постоянная интегрирования интегратора 2, определяемая 2=R С

1Z 1б где

Р— сопротивление масштабного резистора 12; 1б — емкость конденсатора 16, 0б — опорное напряжение на выходе источника 6.

Напряжения 0, 0 с выходов интеграторов 1, 2 поступают на соответствующие входы компаратора 7. При выполнении условия

0 (0 (3) на выходе компаратора 7 появляется напряжение Vq (фиг. 2 3) уровня логической единицы.

С момента времени до момента

1 времени выходное напряжение 0 (ф . ) экспоненциального преобразофиг.2 ) б вателя 8 равно опорному напряжени ю источника 6, поступающему через замкнутый ключ 5. Напряжение U

У сформированное компаратором 7, замыкает разрядный ключ 20 и вводит экспоненциальный преобразователь 8 в подготовитечьный режим. По окончании действия управляющего импульса

0 в момент времени э ключи 3 и

5 размыкаются, а ключ 4 переключается в исходное состояние с замкнутой нижней секцией.

В момент времени 1 напряжение Lf

3 1 на выходе интегратора 1 равно величине интеграла напряжения сигнала 0 на время Т усреднения

1 — — коэффициент пропорциональности.

В момент времени t напряжение О

Э 2 на выходе интегратора 2 определяется величиной

1„+т и,т (c )*= U,Ы = — „ -=к,т, (s) 1

Ua где I(= — — коэффициент пропорцио нальности.

С момента времени 19 в течение всего последующего времени напрежение 1р

0 сохраняется неизменным и равным

U (t ), а напряжение U изменяется согласно выражению йФ

С )в() (1в е (9) 1167512 Fj где „- постоянная времени цепи разряда конденсатора 19, определяемая как 3 Я21С у где

5 Я 1 — сопротивление резистора 21;

С„ — емкость конденсатора 19.

К моменту времени 4< U достигает величины! у (.2и,мхц,(,,) е

В момент времени tq напряжения на входах компаратора 7 сравниваются (ь)

1(t4) 2(Ф ) 2 (з) е»

"в (<+ )- 0

40 и в последующие моменты времени напряжение U на его выходе устанавли1 вается на уровне логического нуля.

При этом разрядный ключ 20 размыкается.

После раэмыкания ключа 5 в момент ЗО времени „и до размыкания ключа 20 в момент времени 14 (в интервале времени d4 = (k4 - 4 ) конденсатор 19 экспоненциального преобразователя 8 разряжается через резистор 21 и замк-З5 нутый ключ 20 по экспоненциальному закону сохраняясь неизменным в последуюшие моменты времени до нового цикла измерений, поскольку ключи 5 и 20 после момента 1 разомкнуты.

Можно показать, что при равенстве величина напряжения U> (4 > 4 ) является выделенным значением постоянной составляющей переменного напряжения V9 за время Т усреднения т

К„ц

" (;;)- —ê,, о

При необходимости выделения постоянной составляющей переменного. напря1 жения за другое время усреднения Юли проведения нового цикла усреднения сигнала в другом интервале времени производится сброс выходных напряжений интеграторов 1 и 2 путем подачи на шину 10 сброса в момент 1, импульса U уровня логической единицы.

Повышенная точность выделения постоянной составляющей переменного напряжения предлагаемым устройством обеспечивается отсутствием в его конструкции нестабильного аналогового блока деления.,1i67512

1167512 г

8 и

tW t1 fi

Составитель Л.Морозов

Редактор И.Рыбченко Техред О.Неце Корректор Е.Сирохман

Заказ 4427/42 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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