Стохастический вольтметр (его варианты)

 

Изобретение относится к измерительной технике для измерения интенсивности детермировакных и случайных сигналов. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит аналоговый компаратор 1, блок 3 кодо-аналогового преобразования и блок 5 цифровой обработки. Введение генератора 2 псевдослучайг ных чисел, элемента ИСКЛЮЧАКЙЦЕЕ ИЛИ А позволяет применять только один аналоговый канал с одним аналоговым компаратором . Б описании рассмотрен вариант выполнения стохастического вольтметра, в который дополнительно введена группа элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ. При таком исполнении блок 3 кодо-ан апогового преобразования может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе . 2 с. и 4 з.п. ф-лы. 6 ил. $ (Л : 00 о 05 ел ipus.r фиг .ff

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

И91 !11>

1511 с! Н 03 M 1/00

ЗСЕСОР"= ™.

91ВЖОИ4;;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2!) 3857338/24-?1 (22) 19,02,85 (46) 30.07.86.Бюл. № 28 (72) О.И.Мяртенс (53) 621.317.799(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 869019, кл. Н 03 К 13/02, 1980.

Билинский И.Я., Микелсон А.К. Стохастическая цифровая обработка непре. рывных сигналов. Рига: Зинатне, 1983, с,130-!34, !57-161, 237, рис.7.8. (54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ВОЛЬТМЕТР (ЕГО

ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к измерительной технике для измерения интенсивности детермированных и случай. ных сигналов. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство содержит аналоговый компаратор

1, блок 3 кодо †аналогово преобразования и блок 5 цифровой обработки.

Введение генератора 2 псевдослучай-. ных чисел, элемента ИСКЛЮЧА!ОЩЕЕ ИЛИ 4 позволяет применять только один аналоговый канал с одним аналоговым компаратором. В описании рассмотрен вариант выполнения стохастического вольтметра, в который дополнительно введена группа элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ. При таком исполнении блок 3 кодо-аналогового преобразования может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе. 2 с. и 4 з.п. ф-лы.

6 ил.

2480!

О!

25

35

45

55

9 l

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к цифровым приборам для измерения интенсивности детермированных и случайнъ|х сигналов, в том числе среднеквадратического и среднего абсолютного значений переменного напряжения; а также среднего значения постоянного напряжения обеих полярностей, и может быть использовано в технике связи, в производстве рфх испытаниях различных радиоэлектронных приборов и систем, а также в процессе научных исследований.

Целью изобретения является повьппение точности измерения.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства по первому варианту; на фиг.2 и 3 — блок кодо-аналогового преобразования устройства по первому варианту; на фиг.4 — структурная схе ма устройства по второму варианту; на фиг.5 и 6 — блок кодо-аналогового преобразования устройства по второму варианту.

Устройство по первому варианту (фиг.1) содержит аналоговый компаратор 1, один вход которого соединен с входом устройства, генератор 2 псевдослучайных чисел (ГПЧ), выход которого соединен через блок 3 кодоаналогового преобразования (БКАП) с другим входом аналогового компаратора 1, выход которого соединен с первым входом элемента 4 ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, выход которого соединен с первым входом блока 5 цифровой обработки (БЦО), второй вход которого соединен с выходом ГПЧ 2, а выход — с выходом устройства, дополнительный выход ГПЧ 2 соединен с вторым входом

БКАП 3 и вторым входом элемента 4

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Блок 3 кода-аналогового преобразования может быть выполнен на циф— роаналоговом преобразователе 6, аналоговом ннверторе 7 и электронном пе. реключателе 8, причем выход цифра- е аналогового преобразователя 6 соединен с первым выводом электронного переключателя 8 и с входом аналогового инвертора 7, выход которого подключен к второму выводу электронного переключателя 8, первый вход блока 3 кодо-аналогового преобразования подключен к входу цифроанапогового переключателя 8 и второй вход — к управляющему входу электронного переключателя 8 (фиг.2).

65 2

Блок 3 кодо-аналогового преобразования может также быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе

6, электронном переключателе 8, причем вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя б подключен к переключающему выводу электронного переключателя 8, первый и второй выводы которого подключены к клеммам опорного напряжения с положительной и отрицательной полярностью соответственно, первый вход и выход блока 3 кодо-аналогового преобразования подключены соответственно к входу и выходу цифроаналогового преобразователя 6, а второй вход — к управляющему входу электронного переключателя 8 (фиг.3).

Устройство по второму варианту дополнительно содержит группу 9 эле. ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом генератора 2 псевдослучайных чисел и вторые входы — с дополнительным выходом генератора 2 псевдослучайных чисел, и выходы которых подключены к первому входу блока 5 цифровой обработки (фиг.4).

При таком исполнении стохастического вольтметра блок 3 кодо-аналогового преобразования может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе 6, элементе 10 калиброванного напряжения смещения и электронном переключателе 8, причем выход цифроаналогового преобразователя 6 присоединен к одному выводу электронного переключателя 8 непосредственно и через элемент 10 калиброванного напряжения смещения — к другому выводу электронного переключателя 8, переключающий вывод которого подключен к выходу блока 3 кодо-аналогового преобразования, первый вход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя 6, а второй вход— с управляющим входом электронного переключателя 8 (фиг.5).

В блоке 3 кодо-аналогового преобразования к клеммам опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 6 могут быть подключены также источники положительного и отрицательного опорных напряжений соответственно, имеющих одинаковое абсолютное значение, причем о6а входа блока 3 кодо-аналогового преобразования подключены к входу цифроаналогового преобразователя 6, а выход блока 3

1248065

"1

XK=

3 кодо-аналогового преобразования подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 6 (фиг.6).

Стохастический вольтметр работает следующим образом. 5

Генератор 2 псевдослучайных чисел вырабатывает на входе блока 3 кодо-аналогового преобразования последовательность псевдослучайных чисел ° С дополнительного выхода 10

ГПЧ 2 случайный сигнал поступает на второй вход БКАП 3, определяющий знак выходного напряжения БКАП 3.

Таким образом аналоговый компаратор 1 сравнивает входное напряжение x(t) с выходным напряжением БКАП

3 q „, имеющим псевдослучайную величину и случайный знак. Выходной сигнал компаратора 1 подается через элемент 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ к второму входу блока 5 цифровой обработки. На другой вход элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ подается сигнал с дополнительного выхода ГПЧ 2. В зависимости от этого сигнала, определяющего знак вы. ходного напряжения БКАП 3, выходной сигнал аналогового компаратора 1 по— ступает на первый вход блока 5 цифровой обработки либо в прямом, либо в инвертированном коде. 30

Таким образом на втором входе блока 5 цифровой обработки действует следующий логический сигнал.

1, если q Ä>0 и x(t) > q. „ или q сО и x(t) с яо»

О, еслиq > О и x(t)((Ч,„ или q Ä а 0 и x(t) >

Этот сигнал можно записать и в следующем виде:

1, если /x(t) / > /q.„/

О, если /x(t) / (/Ч« /

Если сигнал q „равномерно распределен в интервале -хд, х,), то вероятность появления на первом входе блока 5 цифровой обработки логичес- 45 кой единицы равна отношению /х(t)//x

Для измерения среднего абсолютного значения входного сигнала можно просто считывать эти "единицы" и масштабировать результат. Но для уменьшения погрешности целесообразно суммировать при каждом такте работы значения

1„+- х, если /x(t)/> q p»

55 х, если /х(г-) / (qоp»»

4 для определения среднеквадратичес4 кого значения сигнала кода необходимо суммиров",òü при каждом испытании если /x(t) / > /q p» / (2) О, если /x(t) / С /q« / и извлечь квадратный корень и масштабировать результат.

Величина, необходимая для вычисления результата, поступает на первый вход блока 5 цифровой обработки, выход которого является выходом устройства.

Получение на выходе БКАП 3 сигнала другой полярности можно осуществить с помощью аналогового инвертора

7 на выходе ЦАП 6 и электронного переключателя 8 (фиг.2).

Инвертирование полярности выходного напряжения БКАП 3 можно осуществить и за счет изменения знака опорного напряжения ЦАП 6 с помощью электронного переключателя 8, который управляется с дополнительного выхо-. да ГПЧ 2 (фиг.3).

На выходе БКАП 3 также можно получить псевдослучайный сигнал обеих полярностей, если вместо инвертирования выходного напряжения ЦАП 6 применять смещение выходного напряжения

ЦАП 6 с отрицательным знаком (относительно самого выходного напряжения ЦАП 6).

Для достижения соответствия между выходным напряжением БКАП 3 и кодом, поступающим на первый вход блока 5 цифровой обработки, этот код должен быть инвертирован при другой (отрицательной) полярности. Для этого применяется дополнительная Группа элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, включенных между выходом ГПЧ 2 и первым входом блока 5 цифровой обработки.

Вторые входы этих элементов подключаются к дополнительному выходу ГПЧ

2, определяющему знак выходного напряжения БКАП 3 (фиг.4).

Для получения другой полярности выходного напряжения можно применять на выходе ЦАП 6 элемент 10 калиброванного напряжения смещения и электронный переключатель 8, подключающий на выход БКАП 3 выходное напряжение ЦАП 6 непосредственно или со смещением в зависимости от сигнала на дополнительном выходе ГПЧ 2 (фиг.5) ° Смещение, вносимое элемен1248065 том калиброванного напряжения смещения, следует выбирать равным полному диапазону изменения выходного напряжения ЦАП 6, и знак этого сме5 щения должен быть про тивоположным по отношению к выходному напряжению

ЦАП 6.

Необходимое смещение выходного напряжения можно получить и при подаче на клеммы опорного напряжения ЦАП

6, служащего в качестве БКАП 3, напряжений, которые равны по абсолютной величине, но различны по знаку.

Тогда дополнительный выход ГПЧ 2 подключается прямо к одному (старшему) разряду ЦАП 6(фиг.6).

Предлагаемый стохастический вольтметр выгодно отличается от известных аналогичных устройств применением только одного аналогового канала с одним аналоговым компаратором, обеспечивающим существенное повьннение .точности измерения, а также упрощение устройства.

Формула изобретения

1. Стохастический вольтметр, содержащий аналоговый компаратор, первый вход которого подключен к входу устройства, генератор псевдослучай ных чисел, присоединенный выходом к одному входу блока цифровой обработки и через блок кодо-аналогового преобразования к второму входу аналого— вого компаратора, выход блока цифровой. обработки соединен с выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью повьннения точности, в него введен элемент ИСКЛЮЧАИМЦЕЕ

ИЛИ, а генератор псевдослучайных чисел снабжен дополнительным выходом, причем один вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ соединен с выходом аналогового компаратора, другой вход — с допол45 нительным выходом генератора псевдо случайных чисел и с вторым входом блока кодо-аналогового преобразования, а выход — с другим входом блока цифровой обработки.

2. Вольтметр по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок кодоаналогового преобразования содержит цифроаналоговый преобразователь, аналоговый инвертор и электронный переключатель, причем выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым выводом электронного переключателя и с входом аналогового инвертора, выход которого подключен к второму выводу электронного переключателя, первый вход блока кодо-аналогового преобразования под. ключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход — к переключающе. му выводу электронного переключателя и второй вход — к управляющему входу электронного переключателя.

3 ° Вольтметр по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок кодоаналогового преобразования содержит цифроаналоговый преобразователь и электронный переключатель, причем вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя подключен к переключающему выводу электронного переключателя, первый и второй выводы которого подключены к клеммам опорного напряжения с положительной и отрицательной полярностью соответственно, первый вход и выход блока кодо-аналогового преобразования подключены к входу и выходу цифроаналогового преобразователя соответственно, а второй вход — к управ. ляющему входу электронного переключателя.

4, Стохастический вольтметр, содержащий аналоговый компаратор, первый вход которого подключен к входу устройства, генератор псевдослучайных чисел, присоединенный выходом через блок кодо-аналогового преобразования к второму входу аналогового компаратора, причем выход блока цифровой обработки соединен с выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, группа элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, блок кодо-аналогового преобразования и генератор псевдослучайных чисел снабжены дополнительным выходом, причем один вход элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом аналогового компаратора, другой вход — с первыми входами группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с вторым вхо. дом блока кодо-аналогового преобразования и с дополнительным выходом генератора псевдослучайных чисел, а выход — с одним входом блока цифровой обработки, вторые входы группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом генератора псевдослучайных чисел, а их выходы — с другим входом блока цифровой обработки.

5. Вольтметр по п.4, о т л и ч аю шийся тем, что блок кодо-аналогового преобразования содержит.циф роаналоговый преобразователь, элемент калиброванного напряжения смещения и электронный переключатель, причем выход цифроаналогового преобразователя присоединен к одному выводу электронного переключателя непосредственно и через элемент калиброванйого напряжения смещения к другому выводу электронного переключателя, переключающий вывод которого подключен к выходу блока кодо-аналогового преобразования, первый вход которого соединен с входом цифроана248065 логового преобразователя, а второй вход — с управляющим входом электронного переключателя.

6. Вольтметр по п.4, о т л и— чающий с я тем, что в блоке кодо-аналогового преобразования к клеммам опорного напряжения цифроаналогового преобразователя подключены источники положительного и от10 рицательного опор» х напряжений соо тв ет ств енно, имеющих одинаковое абсолютное значение, причем оба входа блока кодо-аналогового преобразования подключены к входу цифроаналогового преобразователя, а выход блока кодо-аналогового преобразова— ния подключен к выходу цифроаналогового преобразователя.

1248065

Риа. Ф фиг,5

Составитель В. Быков

Техред N.Õoäàíè÷ Корректор Л.Пилипенко

Редактор М.Бандура

Заказ 4141/58 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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