Цифровой интегрирующий вольтметр

 

Изобретение может быть исполь-: зовано для измерений среднего значения дифференциальной составляющей двух напряжений произвольной формы, а также их суммы. Целью является повьшение точности измерения дифференциальной составляющей. Устройство содержит управляемьм аттенюатор I, ключи 4, 5, 15, 16, 17 и 23, тактовый генератор 7, генератор 8 пилообразно-го напряжения, блоки 9-12 и 21 сравнения, элемент ИЛИ 13, опорный генератор 14, интеграторы 18-20, счетный блок 22 и инвертор 24. Введение блока 6 управления аттенюатором и его выполнение, а также согласзтощихся усилителей 2 и 3, выпрямителей .25 и 26, амплитудного детектора 27, полосового усилителя 28, фазового детектора 29 и дифференцирующих цепей 31 м 32 позволяет обеспечить независимость результатов измерения от значения фазового сдвига между входными сигналами и независимость коррекции амплитудных характеристик каналов от формы входных сигналов . 1 3. п. ф-лы, 5 ил. С ® со

СО!ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 G 01 R 19/25

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3946052/24-21 (22) 20.08.85 (46) 23.01.87. Бюп. М -3 (72) А.Л.Круглов, Ю .В.Леонов, Г.Е.Максимов и А.А.Маслова (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 974287, кл. С 01 R 19/25, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 1093984, кл. G 01 R 19/25, 1983. (54) ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ВОЛЬТМЕТР (57) Изобретение может быть исполь-. зовано для измерений среднего значения дифференциальной составляющей двух напряжений произвольной формы, а также их суммы. Целью является повьппение точности измерения диффе— ренциальной составляющей. Устройст„.SU l 285392 А1 во содержит управляемый аттенюатор

1, ключи 4, 5, 15, 6, 17 и 23, тактовый генератор 7, генератор 8 пилообразного напряжения, блоки 9 — 12 и

21 сравнения, элемент ИЛИ 13, опорный генератор 14, интеграторы 18-20, счетный блок 22 и инвертор 24. Введение блока 6 управления аттенюатором и его выполнение, а также согласующихся усилителей 2 и 3, выпря— мителей 25 и 26, амплитудного детектора 27, полосового усилителя 28, фазового детектора 29 и дифференцирующих цепей 31 м 32 позволяет обеспечить независимость результатов из- мерения от значения фазового сдвига между входными сигналами и независимость коррекции амплитудных характеристик каналов от формы входных сиг- С, капов. 1 э.п. ф-лы, 5 ил.

128539

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и предназначено для измерения среднего значения дифференциальной составляющей двух напРяжений произвольной фор- 5 мы, а также их суммы.

Цель изобретения — повышение точ- . ности измерения дифференциальной составляющей путем обеспечения независимости результата измерения f0 от значения фазового сдвига между входными сигналами и обеспечения независимости коррекции амплитудных характеристик каналов от формы входных сигналов. f5

На фиг.1 приведена схема вольтметра; на фиг.2 — схема блока управления аттенюатором; на фиг.3 — схема тактового генератора; на фиг.4— временные диаграммы работы вольтметра, на фиг.5 — временные диаграм мы работы тактового генератора и блока управления аттенюатором.

Вольтметр содержит,управляемь1й аттенюатор 1, первый и второй согласующие усилители 2 и 3, первый 4 и второй 5 ключи, блок б управления аттенюатором, тактовый генератор 7, генератор 8 пилообразного напряже ния, первый 9, второй 10„ третий 30

11 и четвертый 12 блоки сравнения, элемент ИЛИ 13, опорный генератор

14, третий 15, четвертый 16 и пятый !

7 ключи, первый IS, второй 19 и третий 20 интеграторы, пятый блок 35

21 сравнения, отсчетное устройство

22, шестой ключ 23, инвертор 24, первый 25 и второй 26 выпрямители, амплитудный детектор 27; полосовой усилитель 28, фазовый детектор 29, 40 седьмой ключ 30, первую 31 и вторую

32 дифференцирующие цепи.

Блок 6 управления аттенюатором содержит регистр 33 сдвига, входом соединенный с первым входом блока 6 45 управления аттенюатором, и и триггерных ячеек 34.1-34.п, каждая из которых первым входом подключена к соответствующему разрядному выходу регистра 33, вторыми входами к вто- 50 рому входу блока б управления аттенюатором, а выходами - к выходу блока 6 управления аттенюатором.

Тактовый генератор 7 содержит нуль-орган 35, счетчик 36, дешифратор 37 и формирователь 38 команд.

Вход нуль-органа 35 является входом тактового генератора 7, выход нуль2 2 органа 35 подключен к входу счетчика 36, разрядные выходы которого подключены к входам дешифратора 37, выходы которого подключены к входам формирователя 38 команд, выходы которого являются первым 39, вторым 40, третьим 41, четвертым 42 и пятым

43 выходами тактового генератора 7.

Первый ключ 4 сигнальным входом соединен с шиной первого входного сигнала, и шина второго сигнала через второй ключ 5 подключена к выходу первого ключа 4. Управляющий вход аттенюатора 1 соединен с выходом блока 6 управления аттенюатором, первым входом соединенного с первым выходом 39 тактового генаратора 7.

Генератор 8 пилообразного напряжения выходом соединен с первыми входами первого 9, второго 10 и третьего 11 блоков сравнения, а входом — с вторым выходом 40 тактового генератора

7. Опорный генератор 14 соединен с сигнальными входами четвертого !6 и пятого 17 ключей, выходами подключенных соответственно к входам первого 18 и второго 19 интеграторов, а также к первому и второму входам третьего интегратора 20, третьим входом подключенного к выходу пятого блока 21 сравнения, входами соединенного с выходами первого 18 и второго 19 интеграторов. Выход третьего интегратора 20 подключен к первому входу отсчетного устройства 22. Второй вход первого блока

9 сравнения подключен к выходу инвертора 24. Управляющие входы первого 4 и второго 5 ключей соединены соответственно. с третьим 41 и четвертым 42 выходами тактового генератора 7. Управляющий вход шестого ключа 23 подключен к пятому выходу 43 тактового генератора 7. Вход первого выпрямителя 25 соединен с выходом аттенюатора 1 и первым сигнальным входом шестого ключа 23 °

Вход второго выпрямителя 26 соеди-. нен с вторым сигнальным входом шестого ключа 23 и с выходом второго согласующего усилителя 3, вход которого подключен к выходу второго ключа 5. Выход. шестого ключа 23 через амплитудный детектор 27 и полосовой усилитель 28 подключен к первому входу фазового детектора 29, второй вход которого соединен с управляющим входом шестого ключа 23

12853

92 а его выход — с входом инвертора 24 и вторым входом второго блока 10 сравнения. Выходы первого 25 и второго 26 выпрямителей подключены соответственно к второму входу третьего блока 11 сравнения и к первому входу четвертого блока .12 сравнения, выходами соединенных с управляющими входами третьего 15 и седьмого 30 ключей соответственно. Выходы перво- fp го 9 и второго 10 блоков сравнения подключены к управляющим входам четвертого 16 и пятого 17 ключей. Второй вход блока 6 управления аттенюатором соединен с выходом пятого бло — f5 ка 21 сравнения. Выходы третьего 15 и седьмого 30 ключей соединены с входами первой 31 и второй 32 дифференцирующих цепей соответственно, а их выходы соединены соответствен- 2р но с первым и вторым входами элемента ИЛИ !3, выходом соединенного .с > вторым входом отсчетного устройства

22. Сигнальные входы третьего 15 и седьмого 30 ключей соединены с выходом эталонного генератора 14. Сигнальный вход тактового генератора 7 подключен к выходу первого согласующего усилителя 2 .и сигнальному входу аттенюатора !, а второй вход 30 четвертого блока 12 сравнения — к выходу генератора 8 пилообразного напряжения.

Цифровой интегрирующий вольтметр может работать в режиме автоматической коррекции неидентичности ампли-, тудных характеристик каналов, а также в режиме измерения суммы и дифференциальной составляющей входных напряжений. 40

Управление указанными режимами осуществляется тактовым генератором

7 по заданной циклограмме подачей соответствующей комбинации напряжений на управляющие входы ключей 4, 5 и 23, а также на вход блока 6 управления аттенюатором.

На фиг.3 наличие положительного напряжение на соответствующих выходах 39-43 обеспечивает открытое состояние ключей 4 и 5, образование связи между выходом ключа 23 и выходом аттенюатора 1, формирование генератором 8 пилообразного напряжения, линейно нарастающего напряжения, а также сдвиг информации, saписанной в регистре 33 сдвига блока

6 управления аттенюатором на одном разряде °

При нулевом уровне напряжений на соответствующих выходах 39-43 такто- вого генератора 7 ключи 4 и 5 закрыты, выход ключа 23 связан с выходом согласующего усилителя 3, генератор

8 пилообразного напряжение находится в заторможенном режиме, на выходе блока 6 управления аттенюатором со-храняется введенная в него информация в исходном состоянии либо в предыдущем цикле.

Первые гармоники сигналов, поступающих на вход устройства, имеют вид

U|(t) = Y> si t, (1)

U (t)- = Y n(.õ.×), (2)

2 где Y u Y — амплитудные значения сигналов Е! (t) H П () °

2 f — круговая частота, y — относительный фазовый сдвиг между сигналами °

В режиме коррекции амплитудной неидентичности каналов сигнал (1) через согласующий усилитель 2, аттенюатор 1 поступает на первый вход ключа 23 и через ключ 4; согласующий усилитель 3 — на его второй вход.

Напряжения, образующиеся на выходе аттенюатора 1 и согласующего усилителя 3 (фиг,4, a., 8 ).

U1(t) К>У1 sin4tв (3)

Б1 (t ) К 2 7 1 s i nw>t (4) подключаются поочередно к входу ам плитудного детектора 27 ключом 23, управляемым прямоугольным напряжением

U (t) Y>sign (5) тактового: генератора 7 (фиг. 5,q ) °

В выражениях (3) — (5) К вЂ” на11 чальное значение коэффициента передачи тракта вход устройства — выход аттенюатора 1; К вЂ” коэффициент передачи тракта вход устройства — выход согласующего усилителя 3 и коэффициенты передачи ключей 4 и 5 полагаем равными единице.

Коэффициенты передачи К и К и

1 2 начальное соотношение между ними выбираются исходя из условия обеспеченияя линейного р ежи ма к а скадов и возможной амплитудной неидентичности каналов.

При работе ключа 23 с частотой Q. на амплитудный детектор 27 воздействует напряжение, представляющее собой амлитуДно-модулированное напряжение с прямоугольной огибающей (фиг. 4,6 ). Амплитудный детектор

27 и полосовой усилитель 28, настроенный на частоту .выделяют

5392 6 импульсы, соответствующие временным интервалам, когда пульсирующие напряжения на выходах фазового детектора 29, инвертора 24 и выпрямителей 25 и 26 больше опорного пилообразного напряжения (фиг.4,, Я А ). Прямоуrольные импульсы с выходов блоков 9 и 10 сравнения открывают ключи 16 и 17, а с выходов

f0 блоков 11 и 12 (фиг.4„к, Л ) открывают ключи 15 и 30. При этом выход опорного генератора 14 на время, . равное суммарной длительности импульсов, через ключи 15 и 30 (фиг 4 г н)

15. дифференцирующие цепи 31 и 32, а также элемент ИЛИ 13 (фиг kÄo ) подключается к первому входу отсчетного устройства 22, которое зафиксирует суммарное значение входных сигналов, 20 и через ключи 16 и 17 — к входам интеграторов 18 и 19, а также к первому либо второму входам интегратора

20. Ключ 30 инвертирует импульсы эталонного генератора, а дифференци25 рующие цепи 31 и 32 дифференцируют импульсы, поступающие с ключей 15 и 30, на выходе дифференцирующих цепей 31 и 32 образуются короткие импульсы, что позволяет зафиксировать

30 отсчетным устройством сумму входного сигнала. В результате при К1 > K> интеграторы 18 и 20 зафиксируют число

= 1 1- =К Ка Yz (Ka Kz)

35 где К вЂ” коэффициент пропорциональ— ности, зависящий от частоты Я, частоты опорного генератора 14 и длительности цикла измерения.

40 При К,(К на выходах интеграторов 19 и 20 .получим соответственно цифровые отсчеты — KyK Y (K2-K) ), (12)

К Кз (К» Кр) (13)

45 Знак цифрового отсчета интегратора 20 определяется состоянием блока

21 сравнения в зависимости от кодов, введенных в интеграторы 18 и 19. (9) (10) U К 7

Ц& К271

Напряжения (7 ) и (8) поступают на первые входы блоков 10 и 9 сравне" ния, а напряжения (9 ) и (1,0 ) — н а первые входы блоков 11 и 12 сравнения

5 128 пе р в ую гармонику о ги 6 ающей амплитудно-модулиров анноro сигнала (фиг.4, > ) ..

К37, (К,-К ) sin, (6) где К вЂ” коэффициент передачи тракта амплитудныи детектор 27— полосовой усилитель 28;

Q 2И. - круговая частота.

Если коэффициенты передачи фазового детектора 29 и инвертора 24 принять равными единице, то постоянные составляющие пульсирующего напряжения на выходах фазового детектора 29 и инвертора 24 будут иметь соответственно вид (фиг.4, <) ).

- KPq (K< Кг)

П6 +Ê3 1(К1 Кй)- (8)

Полярность выходных напряжений (7), (8) определяется, соотношением между К и К>

Постоянные составляющие пульсирующих напряжений на выходах выпрямителей 25 и 26 при единичных коэффициентах передачи определяются соответственно выражениями

В режиме коррекции и измерения цикл измерения задается тактовым генератором 7.

Переменное напряжение с выхода усилителя 2 поступает на вход нульоргана 35, на выходе которого образуются импульсы, соответствующие моментам перехода напряжения через нулевой уровень. Указанные импульсы суммируются .в счетчике 36, разрядные выходы которого подключены к входам дешифратора 37 в соответствии с заданной программой работы вольтметра. Моменты появления импульсов на выходах формирователя 38 и их длительности определяются моментами перепадов напряжений на выходах дешифратора 37 (фиг.5 а- ф .

При подаче на вход генератора 8 пилообразного напряжения импульсе запуска (фиг.5,б, фиг.4, >к ) на его выходе образуется опорное пилообразное напряжейие Ц, (фиг.4, g ), поступающее на вторые входы блоков 912 сравнения. На выходах блоков 9-12 сравнения формируются прямоугольные

0дновременно в отсчетное устройство 22 вводится число

+ Ч 1(1 2)» (14) где К „- коэффициент пропорциональ ности, зависящий от частот входных сигналов эталонного Генератора и

<длительности цикла измерения. Числа (11), (13) и (14), введенные в отсчетное устройство 22, могут быть ,использованы для оценки относитель128,ной амплитудной неидентичности кана лов до коррекции д +

N (15)

Перед началом первого цикла с тактового генератора 7 через первый вход 39 блока 6 управления аттенюатором на вход регистра 33 сдвига поступает импульс (фиг.5, Q.), устанавливающий на первом его выходе единичную информацию (фиг.5, Ж).

Указанная информация записывается в триггере старшего разряда триггерной ячейки 34.п и поступает на первый вход схемы И, входящей в состав этой ячейки, выходом подключенной к входу старшего разряда управляемо го аттенюатора I. В зависимости от знака разности И вЂ” N, подаваемого по окончанию первого цикла с выхода блока 2! сравнения через второй вход блока 6 управления аттенюатором на второй вход триггерной ячейки 34.п (фиг.5,е),, последняя либо остается в единичном или переходит в нулевое состояние, в последнем случае старший разряд аттенюатора I отключает— ся.

Перед началом второго и последующих циклов импульсы с выхода тактового генератора осуществляют сдвиг в регистре 33 единичной информации на один разряд, прикладывая последовательно ее к первым входам триггерных ячеек 34.(n-l) — 34.п блока 6 управления аттенюатором.

Поскольку для коррекции используется лишь знак амппитудной неидентичности каналов, а не ее абсолютное значение, точность коррекции не зависит от формы входных сигналов.

Преобразование уровня входного сигнала Uó (t) в коды N+, N, N1, И2 во втором и последующих циклах происходит описанным образом. По акон— чании каждого цикла на выходе блока

21 сравнения появляется информация о знаке разности И -И, используемая для установки каждой из триггерных ячеек 34.(n-l)-34.1 в нулевое или в единичное состояние, воздействующая на коэффициент передачи К (фиг.5, 9 — Я ) . Количество циклов, необходимых для коррекции, соответствует числу разрядов и управляемого аттенюатора 1. После каждого цикла измерения отсчетным устройством 22 может быть произведена оценка коррекции относительной амплитудной неидентич5392 8 ности каналов в соответствии с (15) .

Точность коррекции определяется чувствительностью тракта вход амплитудного детектора 27 — выход блока

21 сравнения, формирующего его амплитудной неидентичности каналов, и весом младшего разряда.

Для выполнения измерения ключ 4 переводится в закрытое состояние, а !

О ключ 5 — в открытое- состояние (фиг.5, Ь, Ъ ), блок 6 управления аттенюатором хранит код коррекции, сформированный в предыдущем режиме.

Сигналы (I) и (2), поступающие !

5 на вход устройства через согласующий усилитель 2 и аттенюатор 1, а также через ключ 5 и согласующий усилитель 3 соответственно поступят на сигнальные входы ключа 23 и на вхо20 ды выпрямителей 25 и 26 ° Если счи-1 тать, что после коррекции К1=кг=K то на выходе полосового усилителя

28 выделяется первая гармоника амплитудно-модулированного сигнала

11ч (<) К Kg(1 Уг)зз.пЖ, (16) интегратор 20 зафиксирует число, пропорциональное разности входных сигналов (дифференциальной составляющей), знак которого определяется соотношением. между У1 и У

3(1 2) а на первый вход отсчетного устройства 22 с выхода элемента ИЛИ 13 поступает число импульсов, пропорциональное сумме входных сигналов

+ 1(1 2) (18)

Числа (17) и (!8), введенные .в отсчетное устройство 22, могут быть

40 использованы для управления системами автоматического регулирования, в которых регулирующим параметром является отношение разности сигналов к их сумме, а также для определения

45 значений каждого из входных сигналов

N- -N+

2 (19)

N +Ni

И (20)

2 2

Результаты измерения являются преобразованием усредненных за цикл измерения мгновенных значений входных сигналов и их дифференциальной составляющей.

Формула изобретения

1. Цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий управляемый атте1285392 нюатор, первый ключ, сигнальным входом соединенный с первой входной шиной, вторую входную шину, через второй ключ соединенную с выходом первого ключа, генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого блоков сравнения, а вход — с вторым выходом тактового генератора, элемент ИЛИ, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, опорный генератор, соединенный с сигнальными входами четвертого, пятого, третьего и седьмого ! ключей, первый и второй интеграторы, входы которых соединены с первым и вторым входами третьего интегратора, третий вход которого соединен с выходом пятого блока сравнения, входы которого соединены с выходами первого и второго интеграторов, выход третьего интегратора соединен с первым . входом счетного блока, второй вход первого блока сравнения соединен с выходом инвертора, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с третьим и четвертым .выходами тактового генератора, управляющий вход шестого ключа соединен с пятым выходом тактового генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок управления аттенюатором, два согласующих усилителя, два выпрямителя, амплитудный детектор, полосовой усилитель, фазовый детектор, две дифференцирующих цепи, вход первого выпрямителя соединен.с выходом аттенюатора и первым сигнальным входом шестого ключа, а вход второго выпрямителя— с вторым сигнальным входом шестого ключа и с выходом второго согласующего усилителя,,вход которого соединен с выходом второго ключа, выход шестого ключа через последовательно соединенные амплитудный детектор и полосовой усилитель соединен с первым входом фазового детектора, вто1 рой вход фазового детектора соединен с управляющим входом шестого Ключа,, а его выход — с входом инвертора и

5 втормм входом второго блока сравне-, ния, выходы первого и второго выпрямителей соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого блоков сравнения, выходы которых

10 соединены с управляющими входами третьего и седьмого ключей соответственно, выходы первого и второго .блоков сравнения соединены с управляющими входами четвертого и пятого

15 ключей, первый вход блока управления аттенюатором соединен с первым выходом тактового генератора, вто рой вход — с выходом пятого блока сравнения, выходы третьего и

20 седьмого ключей соединены с входами первой и второй дифференцируюших цепей соответственно, а их выходы соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом счетного блока, сигнальныи вход тактового генератора соединен с сиг— нальным входом аттенюатора и выходом первого согласующего усилителя, вход

30 которого соединен с первой входной шиной, а управляющий вход аттенкатора соединен с выходом блока управления аттенкатором, выходы четвертого и пятого ключей соединены с входами первого и второго интеграторов соответственно.

2. Вольтметр по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок управления аттенюатором содержит ре—

40 гистр сдвига, вход которого соеди— нен с первым входом блока управления аттенюатором, и и триггерных ячеек, каждая из,которых первым входом сое— динена с соответствующим разрядным

45 выходом регистра, вторыми входами с вторым входом блока управления аттенюатором, а выходами — с выходом блока управления аттенюатором.

2 285392

Фиа 2

Фиг. Х! 285392

Режим изиеремия пр з е разряд

i/. ýçðê

Фиг. 5

Составитель А.Морозов

Редактор С.Пекарь Техред И.Попович

Корректор Е.Сирохман

Заказ 7639/47 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгr ро.(, Yll, III) t.. глпя,