Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения

 

Изобретение относится к измерениям параметров импульсных сигналов и может использоваться для измерения наибольшего (интегрального) коэффициента нелинейности пилообразных напряжений в широком диапазоне изменения их амплитуд и длитeJ нocтeй.Цeль изобретения - расширение динамического диапазона контролируемых преобразователей напряжения путем исключения влияния операции дифференцирования исходного пилообразного напряжения на динамический диапазон входных пилообразных напряжений. Это достигается введением в устройство блока деления 11, переключателей 12 и 13, источника опорного напряжения 15 и формирователя стробимпульса 14. Устройство , кроме того, содержит дифференцирующий каскад 1, генератор 2 импульсов регулируемой длительности, генератор 3 ступенчатого напряжения, компаратор.4, элемент запрета 5, счетчик импульсов 6, блок индикации 7, амплитудный детектор 8, блок 9 вьщеления вершиныи детектор Ю знака.2ил, Ою (Л Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (1) 4 G 01 R 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /д

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3806920/24-21 (22) 31. 10.84 (46) 23.04.86. Бюл. Р 15 (71) Омский политехнический институт (72) Е.М.Кузнецов и С.Г.Кузнецова (53) 621.317.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 978077, кл, G 01, R 29/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 789912, кл. G 01 R 29/02, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерениям параметров импульсных сигналов и может использоваться для измерения наибольшего (интегрального) коэффициента нелинейности пилообразных напряжений в широком диапазоне изменения их амплитуд и длительностей. Цель изобретения — расширение динамического диапазона контролируемых преобразователей напряжения путем исключения влияния операции дифференцирования исходного пилообразного напряжения на динамический диапазон входных пилообразных напряжений. Это достигается введением в устройство блока деления 11, переключателей 12 и 13, источника опорного напряженна 15 и формирователя стробимпульса 14, Устройство, кроме того, содержит дифференцирующий каскад 1, генератор 2 импульсов регулируемой длительности, генератор 3 ступенчатого напряжения, компаратор 4, элемент запрета 5, счетчик импульсов 6, блок индикации 7, амплитудный детектор 8, блок 9 выделения вершиныи детектор 10 знака.2ил, 0

1226350 2

Изобретение относится к технике измерения параметров импульсных сигналов, предназначена для измерения интегрального (наибольшего) значения коэффициента нелинейности (КН) пилообразных напряжений в широком диапазоне изменения их амплитуд и длительностей и может быть применено в устройствах контроля параметров генераторов пилообразного напряжения различного назначения.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона контролируемых преобразователей напряжения путем исключения влияния операции дифференцирования исходного пилообразного напряжения на динамический диапазон входных пилообразных напряжений.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит дифференцирующий каскад 1, входом соединенный с измерительным входом устройства, генератор 2 импульсов регулируемой,цлительности, входом связанный с вхоцом синхронизации устройства, генератор 3 ступенчатого напряжения, компаратор 4, элемент 5 запрета, счетчик 6 импульсов, блок 7 индикации, связанные между собой каскадно, причем управляющий вход генератора 3 ступенчатого напря-. жения подключен к входу синхронизации устройства и второй вход элемента 5 запрета подключен к выходу гене-. ратора 2 импульсов регулируемой длительности, а также амплитудный детектор 8 и блок 9 выделения вершины,, один вход которого подключен к опорному входу генератора 3 ступенчатого напряжения,,а выход подключен к в.горому входу компаратора 4 и через детектор 10 знака нелинейности — к блоку 7 индикации, блок 11 деления,соединенный входом делимого с выходом дифференцирующего каскада 1,переключатели 12 и 13, формирователь 14 строб-импульса и источник 15 опорного напряжения. Выход переключателя 12 соединен с входом делителя блока 11, один вход переключателя 12 связан с источником 15 опорного напряжения, опорным входом генератора 3 ступенчатого напряжения и масштабным входом блока 11 деления. Его выход подключен к входу переключателя 13, один выход которого связан с вторым входом блока 9 выделения вершины, а второй выход переключателя 13 через амплитудный детектор соединен с вторым входом переключателя 12, Формирователь 14 строб-импульса входом подключен к входу синхронизации устройства, а выходом связан с управляющими входами переключателей 12 и 13, с установочным входом генератора 3 ступенчатого напряжения и с третьим входом элемента 5 запрета.

Устройство работает следующим образом.

До поступления на его входы пилообразного напряжения Uo и синхроимпульсо.в U задающих частоту повторения пилообразного напряжения, равны нулю выходные напряжения U) Ug и U соответственно генератора 2, о счетчика 6 и формирователя 14, а переключатели 12 и 13 находятся в верхнем положении, благодаря чему на вход ,целителя блока 11 подводится напряжение U, равное напряжению UIo èñòo÷ника 15. Также равен нулю ток j: ц (t) на входе делимого блока 11, поэтому исходные значения напряжений U =

= дз -"= О. Выходное напряжение U6 бло ка 9 выделения вершины соответствует верхней границе его динамического диапазона (фиг.2), Компаратор 4 находится в состоянии 1, а элемент 5 saпрета ориентирован в непропускное

=остояние нулевым уровнем напряжения

35 *

Цикл измерения КН начинается с появления на входах устройства импульсов напряжений U, и UII è реализуется в два такта, один из которых является подготовительным, а другой измерительным. На первом (подготовительном) такте, длительность которого равна Т, (фиг,2), фронтом 0-1 первого синхроимпульса U приводятся в действие формирователь 14 строб-импульса, который формирует строб-импульс, передний фронт которого задержан на время Т, относительно фронта импульса синхронизации Б блока. На выходе дифференциального каскада 1 появляются импульсы тока I<„, (t), пропорциональные значениям пройзводной пилообразного напряжения, Они преобразуются блоком 11 деления в импульсы напряжения Ui> прямоугольной формы (фиг.2).

Амплитуда импульсов пропорциональна максимальной скорости нарастания (производной) пилообразного напряже6350 4 коэффициентом усиления К ). На пер с вый вход блока 9 выделения вершины поступает постоянное напряжение U« от источника 15. В результате их вычитания и последующего усиления на выходе блока 9 во время прямого хода пилообразного напряжения формируются импульсы вершины, Их амплитуда пропорциональна интегральному значению (КН, а коэфнн фициентом пропорциональности является постоянный множитель, значение которого задается стабильными величинаКЧсПоследняя выбирается из соотношения

122 ния, а спад вершины соответствует вариации этой скорости, т.е. характеризует нелинейность пилообразного напряжения во время прямого хода. Импульсы поступают через переключа- 5 тель 13 на вход амплитудного детектора 8. Из-за инерционности последнего, содержащего запоминающий конденсатор, появляется переходный процесс установления напряжения У (фиг.2), К момен- 1Q ту окончания подг6товительного .такта, т.е ° спустя время Т,, переходный процесс амплитудного детектора 8 должен полностью завершиться, и на выходе детектора 8 должен установиться уровень постоянного напряжения, равный амплитудному значению сигнала Б

Длительность второго (измерительного) такта задается временем действия Т -Т строб-импульса U (фиг.2).

В начале такта положительный перепад напряжения U< строб-импульса ориентирует переключатели 12 и 13 в -нижнее положение, разблокирует генератор 3 ступенчатого напряжения и дает .25 разрешение на переключение в пропускное состояние элемента 5 запрета.При этом выход амплитудного детектора 8 через переключатель 12 соединяется с входом делителя блока 11, в резуль- ЗО тате чего на этом входе устанавливается напряжение U< = U> и ток Т щ, пропорпиональный максимальной производной пилообразного напряжения, а на выходе блока 11 деления появляется импульсное напряжение U, 35

Параметры импульсов U во втором такте не зависят o-. входн.ых сопротивлений блока 11 деления, от параметров дифференцирующего каскада и их 4О изменений, вызванных температурными и временными воздействиями. Это способствует повышению точности измерения КН. Кроме того, амплитуда импульсов U2 не зависит от скорости нарас- 45 тания пилообразного напряжения и, следовательно, от амплитуды и длительности контролируемого пилообразного напряжения. При всех измерениях она остается равной напряжению источ-5 ника 15 (фиг.2).

Спад вершины импульсов U на выходе блока 11 деления соответствует величине КН пилообразного напряжения.

Импульсное напряжение U через переключатель 13 поступает на второй вход блока 9 выделения вершины (разностный усилитель со ступенчато-регулируемым с 1 макс где „„, — максимальное значение измеряемой нелинейности в относительных единицах.

Так при максимальной нелинейности О, 1 величина К = 10, а при(„а,„ =

= 0,01, К, = 100. Поскольку диапазон измеряемых значений КН разбивается в предлагаемом устройстве на несколько поддиапазонов, то и К„ имеет несколько фиксированных значений. При этом переключение пиапазона измеряемых нелинейностей пилообразного напряжения осуществляется путем ступенчатого изменения величины К

Для уравновешивания амплитуды U импульсов вершины формируется вспомогательное ступенчатое напряжение U (фиг.2), каждая ступень которого вырабатывается синхронно с фронтом 0-1 импульсов U<. Размер каждой ступени напряжения U не зависит от параметров контролируемого пилообразного напряжения, т.е. при всех измерениях остается величиной постоянной. Она равна 1Х от величины стабильного напряжения Ую источника 15 (на фиг.2 размер ступени изображен в увеличенном масштабе).

С целью получения вспомогательного напряжения опорный вход генератора 3 ступенчатого напряжения подключается к источнику 15. Таким образом, исключается изменение напряжения на опорном входе генератора 3 ступенчатого напряжения, благодаря чему в предлагаемом устройстве снимаются ограничения, налагаемые генератором 3 ступенчатого напряжения на величину динамического диапазона пилообразного напряжения, которые лимитируют вели1226350 чнч" пина лического диапазона кОнтрО лируемых пилообразных напряжений до относительно малых значений (порядка 3,. „.4) .

С выхода генератора 3 ступенчатого напряжения напряжение U поступает на спин вход компаратора 4, где сравни;=а=-тся с импульсами вершины П, поступающими на другой вход компаратора 4 с выхода блока 9. Пока V<

U ;= генератора 2 импульсов регули8 рованной длительности. Срез 1-0 первого после начала измерительного така импульса U> устанавливает элемент 5 запрета в пропускное состояние, Положительный импульс сравнения первой ступени напряжения U6 с импульсами ц„-., формируемыми блоком 4, формирует на выходе элемента 5 за..†..рета перепад 1-0 напряжения На (фи::,2 ), регистрируется счетчиком 6 .-: далее блоком индикации 7.

В дальнейшем компенсирующее напряжение 11; ступенчато возрастает, а

:-,!cò -нк 6 производит подсчет импульсов сравнения, приходящихся на период прямо","o .:хода пилообразного напряже--ия. Импульсы сравнения, приходящиена момент обратного хода пилооб..азного напряжения, не проходят на вход счетчика 6, так как в это время элемент 5 запрета блокирован импульсом с1„, с генератора 2, минимальная длительность которого несколько преЯ вышacò длит=..льность обратного хода пилообразного напряжения. Поэтому,,<ак только компенсирующее напряжение („ -тане< больше амплитуды U;

Д,маис ,. чпульсов вершины прекращается доступ:..м сравнения на вход счетчика 6. B его разрядах и в блоке 7 !

=лди«ации Оказывается зафиксированным цвоичныйл код числа N, для кото— рого можно записать уравнение 55

1О

"у иа 5ан юа о гкуда

N = 100 К„, „„.

Таким образом, результат измерения, вырабатываемый на втором такте, представляет собой число N равное интегральному (наибольшему) значению

КН у контролируемого пилообразного напряжения, выраженному непосредственно в процентах. Блок 7 индикации индицирует результат измерения в десятичном коде.

Для замера нелинейности на отдельно выбранном участке прямого хода пилообразного напряжения необходимо изменять длительность импульсов

U, что иллюстрируется на фиг.2 штриховыми линиями.

Детектор 10 знака дифференцирует и усиливает сигнал U с выхода блока 9 выделения вершины. На выходе детектора 10 устанавливается уровень логического нуля при положительном знаке КН и уровень логической единицы, когда знак КН отрицательный. Сигналы с выхода детектора 10 управляют работой соответствующего индикатора в блоке 7, например светодиода.

По срезу строб-импульса U завершается второй (измерительный) такт работы устройства, а также цикл изменения КН„ Перепад напряжения U до уровня логического нуля возвращает в верхнее положение переключатели 12 и 13 (фиг.1), блокирует по установочному входу генератор 3 ступенчатого напряжения (при этом напряжение U принимает нулевое значение), запрещает переключение элемента 5 запрета в пропускное состояние формирователя 14 и обнуляет разряды счетчика 6 с целью обеспечения нового цикла измерений. Первый после строб-им пульса U сигнал U запускает формирователь 14 строб-импульса, давая начало следующему циклу измерения

КН, в ходе которого процессы повторяются.

Формула изобретения

Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения, содержащее дифференцирующий каскад, вход которого является измерительным о входом устройства, генератор импульсов регулируемой длительности, вход которого является входом синхронизации устройства, последовательно соединенные генератор ступенчатого напряжения

1! 1 7 1t

t аиг.2

Составитель Н.Михалев

Техред Л.Олейник Корректор Г.Решетняк

Редактор Н,Яцола

Заказ 2126/43 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303S, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1226 компаратор, элемент запрета, счетчик. импульсов и блок индикации, а также амплитудный детектор, детектор знака нелинейности и блок выделения вершины импульса, подключенный одним входом к опорному входу генератора ступенчатого напряжения, а выходом— к второму входу компаратора и через детектор знака нелинейности к блоку индикации, при этом управляющий вход генератора ступенчатого напряжения соединен с входом синхронизации устройства, а второй вход элемента запрета подключен к выходу генератора импульсов регулируемой длительности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измеряемых напряжений, введены блок деления, два переключателя, источник опорного напряжения и формирователь строб-импульса, причем вход делимого блока деления подклю350 8 чен к выходу дифференцирующего каскада, вход делителя соединен с выходом первого переключателя, первый вход которого и масштабный вход блока деления соединены с источником опорного напряжения и опорным входом генератора ступенчатого напряжения, выход блока деления связан с входом второго переключателя, один выход которого соединен с вторым входом блока выделения вершины импульса, а другой выход второго переключателя через амплитудный детектор соединен с вторым входом первого переключате.ля, вход формирователя строб-импульса подключен к входу синхронизации устройства, а выход формирователя строб-Hmtyabca соединен с управляющими входами переключателей, установочным входом генератова ступенчатого напряжения, третьим входомэлемента запрета и установочным входом счетчика.