Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров импульсов пилообразного напряжения, например коэффициента нелинейности линейно изменяющегося напряжения. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства путем обеспечения измерения коэффициента нелинейности на всем протяжении прямого хода пилообразного напряжения . Устройство содержит компаратор 1 напряжения, источник 2 опорного напряжения, состоящий из амплитудного детектора 3 и делителя 4 напряжения, блок 5 синхронизации, состоящий из элементов 2И 6 и 7, элемента 8 ИЛИ, элемента 9 ИСКЛОЧАЮЩЕЕ. ИЛИ и триггера 10, генератор 11 счетных импульсов, делитель 12 частоты, управляемый делитель 13 частоты,счетчик 14 импульсов, блок 15 управления, состоящий из элементов 4И-НЕ 16 и 17, RS-триггера 18, реверсивный счетчик 19, регистры 20 и 22 памяти, дешифратор 23, цифровой индикатор 24, элемент 25 задержки и генератор 26 ступенчатого напряжения. Работа устройства поясняется по временным диаграммам , приведенным в описании изобретения . 2 ил.. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (а) 4 С 01 R 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4125684/24-21 (22) 30.09.86 (46) 30.06.88. Бюл. У 24 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В.А.Бондарь, О.И.Скрипко и А.В.Топор (53) 621.317.75(088.8), (56) Авторское свидетельство СССР

9 521530, кл. С 01 R 29/02, 1972, Авторское свидетельство СССР

В 1273826, кл. G 01 R 29/02, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИ HEAH0CTH ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров импульсов пилообразного напряжения, например коэффициента нелинейности линейно изменяющегося напряжения.

Изобретение позволяет расширить функ„.SU 140 528 А1 циональные возможности устройства путем обеспечения измерения коэффициента нелинейности на всем протяжении прямого хода пилообразного напряжения ° Устройство содержит компаратор 1 напряжения, источник 2 опорного напряжения, состоящий из амплитудного детектора 3 и делителя 4 на пряжения, блок 5 синхронизации, состоящий из элементов 2И 6 и 7, элемента 8 ИЛИ, элемента 9 ИСКЛОЧАЮЩЕЕ .

ИЛИ и триггера 10, генератор 11 счетных импульсов, делитель 12 частоты, управляемый делитель 13 часто гы,счетчик 14 импульсов, блок 15 управления, состоящий из элементов 4И-НЕ 16 и 17, RS-триггера 18, реверсивный счетчик

19, регистры 20 н 22 памяти, дешифратор 23, цифровой индикатор 24, элемент 25 задержки и генератор 26 ступенчатого напряжения. Работа устройства поясняется по временным диаграммам, приведенным в описании изобретения. 2 ил.

1406528

Изобретение относится к измери", тельной технике и предназначено для измерения параметров импульсов пилообразного напряжения, а именно, коэффициента нелинейности пилообразного (линейно изменяющегося) напряжения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устрой- 10 ства путем обеспечения измерения коэффициента нелинейности на всем протяжении прямого хода пилообразного напряжения.

На фиг.l приведена функциональная

,электрическая схема предлагаемого

° устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит компаратор 1 напряжения, источник 2 опорного на-,пряжения, состоящий из последователь но соединенных амплитудного детектора 3 и делителя .4 напряжения, блок 5 синхронизации, состоящий из первого элемента 2И б,.второго элемента 2И 7, 25 элемента ИЛИ 8, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ .:ИЛИ 9 и триггера 10, генератор 11 счетных импульсов, делитель 12 часто ты, управляемый делитель 13 частоты, счетчик 14 импульсов, блок 15 управ.ления, состоящий из первого 16 и второго 17 элементов 4И-НЕ u RS-триггера 18, реверсивный счетчик 19 с предва,рительно установленным на его инфор мационном (управляющем ) входе посто" янным кодом, первый регистр 20 памяти, цифровой компаратор 21, второй регистр 22 памяти, дешифратор 23, цифровой индикатор 24, элемент 25 задержки, генератор 26 ступенчатого 40 напряжения, причем прямой выход триггера 10.соединен с первым входом элемента 7, инверсный - с первыми входами элемента 6 и элемента ИЛИ 8, выход которого образует первый выход 45 блока 5 синхронизации и соединен с с

Входом сброса счетчика 14 и с первым входом элемента 9, второй вход которого объединен с входом синхронизации устройства, со счетным входом триггера 10, вторыми входами элементов 6, 7 и 8, выход элемента 9 обра зуев второй выход блока синхрониза.. ции, выход элемента 7 — третий, а выход элемента 6 — четвертый выход бло55 ка, первый вход компаратора 1 объединен с первым входом источника 2 и . является входом устройства, второй вход компаратора 1 соединен с выходом источника 2, образованным выходом делителя 4 напряжения, третий вход компаратора 1 соединен с первым выходом генератора 26, первый и второй выходы источника 2 являются первым и вторым входами амплитудного детектора 3, выход генератора 1! соеpHHpB c вычитающим BxopOM. - -1 pBJIH теля 13, входом "+1" делителя 12, выход которого соединен со счетным входом "+1" счетчика 14, разрядные выходы которого соединены с информационными входами делителя 13, выход которого подключен к С-входу установки и первому входу блока 15 управления, образованному первыми входами элементов 4И-НЕ 16 и 17, вторые входы которых образуют второй вход блока 15, и.соединен с вторым выходом блока 5,, третьи входы элементов 4И-НЕ 16 и 17 объединены, образуют третий вход блока, присоединенный к выходу компаратора !, четвертый вход элемента 4И-HE 16 соединен с прямым выходом триггера 18, инверсный выход которого соединен с четвертым входом элемента 4И-НЕ 17, вход установки в единицу триггера 18 является четвертым входом блока 15 и соединен с четвертым выходом блока 5, с входом генератора 26 и входом установки в ноль счетчика 14, счетный вход триггера 18 является пятым входом блока 15 и соединен с выходом переноса счетчика 19, установочный вход которого присоединен к выходу элемента 7, вычитающий вход "-1"— к выходу элемента 4И-НЕ 16, суммирующий вход "+1" . — к выходу элемента

4И-НЕ 17, разрядные выходы счетчика

19 соединены с информационным входом первого. регистра 20 и первым входом цифрового компаратора 21, выход кото-. рого соединен с входом управления (разрешения записи) регистра 20, выход последнего присоединен к второму входу цифрового компаратора 21 и к информационному входу второго регистра 22, вход управления (разрешения записи) которого соединен с вторым выходом генератора 26, с вторым входом детектора 3 и через элемент 25— с входом сброса (стирания) регистра

20, выход регистра 22 соединен с индикатором 24 через дешифратор 23.

На фиг.2 приняты следующие обозначения: последовательность 27 импульсов синхронизации на входе "СИ"

3 14065 измерителя; импульсные последовательности 28 и 29 на выходах. триггера

10 импульсная последовательность 30 на выходе элемента 8; импульсная последовательность 31 .на.выходе второго элемента И.7; импульсная последовательность 32 на выходе первого элемента И 6; импульсная последовательность 33 на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮ-1р

ЩЕЕ ИЛИ 9; импульсная последовательность 34 на выходе делителя 12 частоты; форма напряжения 35 на выходе амплитудного детектора 3; форма напряжения 36 на выходе делителя 4 напря15 жения; форма напряжения 37 на выходе генератора 26 ступенчатого напряжения; форма напряжения 38 иа первом и третьем выходах компаратора 1 1 импульсная последовательность 39 на вы20 ходе компаратора 1; соотношение времени 40 записи й1 и считывания t z в реверсивном счетчике 19 импульсная последовательность 41 на выходе первого элемента И-НЕ 16 блока управле- 25 ния счетом; импульсная последовательность 42 на выходе второго элемента

И-НЕ 17; 43 и 44 — импульсные последдвательности на прямом и инверсном выходах триггера 18 блока 15 управления.

Работа цифрового измерителя нелинейности ПН основана иа принципе амплитудно-временного преобразования входного сигнала и сводится к измерению временных интервалов Т„ (прямой ход) и 4 t Последний выделяется компаратором при фиксированной разности порогов дискриминации, равной b U, на различных участках прямого ХОда 40

ПН. Коэффициент нелинейности определяется по формуле, использующей обратные производные

dt dt и ср й0лц " й0пм ср 45

1 — Vcp /Ч;„, dUnu dt

: где V =(— --) (— — ) — среднее ср dt cp dU cp значение скорости изменения входного пилообразного напряжения; сйм dt

Ч =(— — ) (" — ") — экстре 111м мальное значение входного пилообразного напряжения, т.е. Максимальная или минимальная скорость ПН, для которой модуль разности (Ч вЂ” Ч„,) имеет наибольшее значение.

28

Тогда, (= макс (1-Ч /Ч )»

Значение V определяется из соотношения

Ч1 41 е|4 1в где дУ - выбирается из соотношения П а Пш/п

bt i b U o/Ч11

n — коэффициент деления делителя 4 напряжения.

Поскольку Б .и Д Пе величины постоянные для конкретного измеряемого

ПН,.то измерение V и V; можно сводить к.измерению соответствующих интервалов времени: Т„ и 4 t;. При заполнении этих интервалов счетными импульсами временной интервал Т пре"

Р образуется в цифровой код Niip, соответствующий числу укладывающихся s нем импульсов с частотой F=f /10 и, временной интервал b t, преобразуется

1 в относительный цифровой код N соответствующий числу импульсов с частотой

F ° и /N„Р ° 10 ° n/ Ê„p, 6p. где а — константа. Тогда получим,что

0l

Н„=F Т, р f ° Т,р /10 п, ;/N„р и соответственно

V« -U „/T„, =U Г/Н„-Ц -f,/ 1О, i n ° Nnp1

V i 40 /bt Ц/и дЕ,-П F /и N;

U> f /n ° Ni. N p.

Подставим выражения для Чр и9Ч; в формулу для определения коэффициента нелинейности

Ч N . 10 — Nim

4 с1 Г 1

V „ lO" 10 или, приняв а 2, 100-Ni = — — — - 1ООХ -(1O0-и 1Х

100 Ь(где N; — экстремальное число относительно N <, определяемое из условия

IAo Kc (Nöð N p ) °

Таким образом, алгоритм работы измерителя, реализующего описанный принцип, состоит из следующих операций: измерение амплитуды 0 ш выход-, ного ПН; деление амплитуды Um на выбранную величину п, т.е. выделение

4У ; преобразование временного интервала Т; в цифровой код; К „

fo ° Т„ /10 n, выделейие временного интервала bt; для минимальных

1406528

5 значений порогов дискрименации yt;

gUр/V;; преобразование временного

: интервала yt в относительный цифровой код: Х1 Ео 3 t /Ядр, вычисление 5 коэффициента нелинейности но выбран:ной величине à: f 10 1 " (10". -N<) ; запоминание результата вычислений;, увеличение значений порогов дискриминации на величину ступени dU, повторение измерения; сравнение результатов измерения с кодом, хранящимся в памяти; если значение нового резул»тата больше хранящегося в памяти,, смена хранимой информации; очеред- 15, ное увеличение значений порогов дис криминации и повторение измерения;

После окончания цикла измерения—

Индикация результата; возврат схемы

Ь исходное состояние. 20

В соответствии с изложенным алго ритмом измеритель работает следующим образом.

С приходом первого синхроимпульса

И наличием единицы на инверсном выхо- 25 де триггера 10 через первый элемент

И 6 происходит сброс в нуль счетчика

14, установка триггера 18 по S-входу ф единичное состояние по прямому выходу (временные диаграммы 27, 29 и 30

32 на фиг.2). Амплитудный детектор 3

@аходится в нулевом состоянии. По кончании синхроимпульса СИ триггер

10 устанавливается в нулевое состояние (временная диаграмма 29), открыВается через элемент Ь вход делителя

12 частоты (временные диаграммы 30 и

34), начинается счет его выходных импульсов счетчиком 14. Амплитудный детектор 3 работает в режиме запомина- 40

»сия входного напряжения (временная диаграмма 35 ), элементы 4И-НЕ 16 и

17 закрыты по входу 2 блока 15 управления счетом нулевым напряжением с выхода элемента ИСКЛ10ЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ 9, 45 реверсивный счетчик 19 не считает.

Делитель 12 частоты имеет коэффициент деления и 10, а на его выходе форМируется частота следования импульсов Р = f /ï 10, где f о — частота 50 генератора 11 счетных импульсов. К концу прямого хада Т „Р в счетчике 14 накапливается число N =F Т„ =

llP

=(f /и . 10 ) ° Т, . Амплитудный детектор 3 запоминает амплитуду Uù входного ПН, на втором входе компаратора

1 устанавливается. пороговое напряженНЕ 4U» на третьем входе компаратора l устанавливается минимальное

6 значение опорного напряжения 0U, равное половине порогового dUo . С приходом второго синхроимпульса СИ запирается вход делителя 12 частоты (временная диаграмма 30), прекращается счет в счетчике 14. На информацион ном (управляющем) D-входе управляемого делителя 13 частоты фиксируется число Нд,, С этого момента он начинает делйть входную частоту fo генератора ll на число Nä . В результате на выходе получается последовательГ ность импульсов с частотой F fo/Nap=

=F n 10 /М„„. На инвертирующем выходе триггера 10 устанавливается логическая единица. Записывается код числа 10 по управляющему D-входу реверсивного счетчика 19. По мере нарастания входного ПН в пределах окна дискриминации. на выходе компаратора

1 формируется единичный импульс длительностью

at; =aU/V; =U/и ° Ч. (временная диаграмма 39) . Во время действия этого импульса на вычитающий вход счетчика 19 поступают импульсы с выхода управляемого делителя 3 часто1 ты, поскольку на всех остальных ее входах также установлены логические единицы (временная диаграмма 41). На выходе управляемого реверсивного счетсчетчика 19 формируется код разности между числом 10, предварительно за4 несенным по D-входу,и числом поступающих на его вычитающий вход импульсов, т.е. формируется значение замеряемого коэффициента нелинейнос O ти. f =(10 — N.) . Если число импуль1 сов N укладывающихся в интервале оказалось больше числа 10, заcf писанного в счетчике 14, в момент равенства N =10 на его выходе перено4

ca " 6 0" появляется. импульс, опрокидывающий триггер 10 (временные диаграммы 43 и 44). В результате цроисходит переключение элементов 4И-НЕ

)6 и 17 таким образом, что теперь счетные импульсы поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 19 через элемент 4И-НЕ 37 (временная диаграмма 42). По окончании импульса длительностью dt; на выходе компаратора 1 элементы - 4И-HE 16 и 17 запираются и на выходе реверсивного счетчика 19 фиксируется итоговая раз0( ность f10. — N;1, которая затем сравнивается с числом, код которого хра10

20

7 14065 нится в регистре 20 памяти временного хранения. Если измеренное значение нелинейности превышает хранящееся в памяти число то иа выходе ЪеФ

5 реноса цифрового компаратора 21 формируется импульс, поступающий .на вход разрешения записи регистра 20 памяти временного храненИя и в нем записывается новое значение нелинейности ПН.

С приходом очередного (третьего) синхроимпульса изменяется состояние триггера 1О, на выходе элемента 2И 6 появляется импульс, осуществляющий сброс и установку счетчика 14 триггера 18. Поступление этого импульса на вход генератора 26 вызывает увеличение значения напряжения на его выходе на величину одной ступенидБ (временная диаграмма 37). Величина ступени определяется количеством измерений m в одном цикле и равна

У вЂ” tl Uo

U =.й. ) ст m где U — амплитуда ПН; BU — значение порогового напряжения; m — - количество измерений в цикле.

На этом измерение заканчивается и начинается следующее. Цикл измере- Зц ний завершается после определения значения нелинейности для максимальной величины опорного напряжения, в регистре 20 памяти временного хранения записано число, соответствующее максимальному значению нелинейности на всем интервале прямого хода ПН.

Перезапись результата цикла измерений из регистра 20 памяти временного хранения в регистр 22 памяти хране- 4р ния результата осуществляется после прихода импульса разрешения перезаписи с выхода генератора 26 ступенчатого напряжения, который формируется после окончания последнего измере- ния цикла. Кроме этого, с приходом импульса с выхода генератора 26 ступенчатого напряжения осуществляется сброс амплитудного детектора 3, этот же импульс через элемент 25 задержки поступает на вход сброса регистра 20 памяти временного хранения и обнуляет его. Код, записанный в регистр 22 памяти хранения результата, отображается в системе: дешифратор 23 — циф- 55 ровой индикатор 24, На этом цикл измерений заканчивается и начинается следующий, Время индикации одного ре- зультата измерений при такой схеме

28 8 включения определяется продолжительностью цикла измерений.

Числа п и m выбираются, исходя из требуемой точности по оценке быстрых изменений (перепадов) скорости изменения ПН за Т„р. Значительное увеличение m приводит к снижению скорости измерений. Обычно, если выбросов или изломов в ПН не ожидается, выбирается и 10, m 40-!00.

Ф о.р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения нелиней- ности пилообразного напряжения, содержащее компаратор напряжения и источник опорного напряжения, состоящий из последовательно включенных амплитудного детектора и делителя напряжения, причем первый вход компаратора соединен с первым входом амплитудного детектора, выход делителя соединен с вторым входом компаратора напряжения, генератор счетных импульсов, управляемый делитель частоты, причем выход генератора счетных импульсов соединен с входом "-1" управляемого делителя частоты, блок управления, состоящий из первого и второго элемента 4И-НЕ и RS-триггера, причем первые входы элементов 4И-НЕ объединены и соединенй с входом предварительной установки управляемого делителя частоты и с выходом управляемого делителя частоты, реверсивный счетчик, вход — 1" которого подключен к выходу первого элемента 4ИНЕ, а вход "+1" — к выходу второго элемента 4И-НЕ, выход переноса реверсивного счетчика подключен к входу К RS-триггера, последовательно включенные дешифратор и индикатор, делитель частоты и счетчик, блок синхронизации, состоящий из триггера, элементов ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и первого и второго элементов 2И, первые входы. элементов блока синхронизации объединены и соединены с входом синхронизации устройства, прямой выход триггера соединен с вторым входом элемента 2И, выход которого соединен с установочным входом реверсивного счетчика, инверсный выход триггера соединен с вторыми входами элемента ИЛИ и второго элемента 2И, выход которого подключен к R-входу установки нуля счетчика и S-входу RSтриггера, выход элемента ИЛИ соеди9 !4065 нен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к входу установки нуля делителя частоты, вход "+!" которого подключен к выходу генератора счет5 ных импульсов, .выход которого соединен с входом "+!" счетчика, выходы которого соединены с информационными входами управляемого делителя частоты, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 соединен с вторыми входами элементов ! 4И-НЕ, третьи входы которых объедине1 ны и соединены с выходом компаратора напряжения, четвертый вход первого элемента 4И-НЕ соединен с прямым вы- 15 ходом RS-триггера, а четвертыф вход второго элемента 4И-НЕ соединен с инверсным выходом RS-триггера, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью

: расширения функциональных возможнос- 2п тей, введены элемент задержки, генератор ступенчатого напряжения, цифровой компаратор, первый и второй

perистры памяти, причем выход второ28 l0

ro элемента 2И соединен с входом генератора ступенчатого напряжения,пер" вый выход которого соединен с третьим входом компаратора напряжения, а второй — с вторым входом амплитудного детектора, информационный выход реверсивного счетчика соединен с первым входом цифрового компаратора и информационным входом первого регистра памяти, выход которого соединен с вторым входом цифрового компаратора и информационным входом второго регистра памяти, вход управления которого соединен с вторым выходом генератора ступенчатого напряжения и входом элемента задержки, выход которого соединен с входом сброса первого регистра памяти, вход предварительной установки которого соединен с выходом цифрового компаратора, выход второго регистра памяти соединен с входом дешифратора.

1406528

27

Зб

Редактор Ю.Середа

Заказ 3188/41

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектнай, 4

29

З7

32

ЗЗ

39

OÎ

Of иг

О3 фф

Составитель В.Антокин

Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Тираж 722 Подписное

В ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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