Измеритель среднеквадратического значения напряжения одиночного импульса случайной формы и длительности
Изобретение относится к электроизмерительной и импульсной технике и может быть использовано при испытании устройств, например, для снятия времятоковых характеристик автоматов защиты. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения длительности импульса - достигается тем, что в измеритель среднеквадратичного значения напряжения одиночного импульса случайной формы и длительности, содержащий датчик 1 сигнала, квадратор 4, элемент 8 сравнения, интегратор 13, введены компаратор 2, триггер 9, два счетчика 15, 18, цифроаналоговый преобразователь 17, многопредельный интегратор 6, переключающий ключ 5, источник опорного напряжения 10, генератор 14 тактовых импульсов, два блока 7, 16 вычисления порядка, два g ключа 3, 11, сумматор 19, блок 20 уп равления ключами. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (393 (313
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО-ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4231840/24-21 (22) 24.03.87 (46) 07 ° 10 ° 88 ° Бюл ° В 37 (72) В.Е.Романов, А.Н.Семенов и В.И.Морозов (53) 621.317.755(088.8) (56) Электронная техника в автоматике. Сб. статей. Вып. 15, М., 1984, с. 260-264. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ОДИНОЧНОГОИМПУЛЬСА СЛУЧАЙНОЙ ФОРМЫ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ (57) Изобретение относится. к электроизмерительной и импульсной технике и может быть использовано при испыта нии устройств, например, для снятия времятоковых характеристик автоматов защиты. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей эа счет измерения длительности импуль. са — достигается тем, что в измеритель среднеквадратичного значения напряжения одиночного импульса случайной формы и длительности, содержащий датчик 1 сигнала, квадратор 4, элемент 8 сравнения, интегратор 13, введены компаратор 2, триггер 9, два счетчика 15, 18, цифроаналоговый преобразователь 17, многопредельный интегратор 6, переключающий ключ 5, источник опорного напряжения 10, генератор 14 тактовых импульсов, два блока 7, 16 вычисления порядка, два ключа 3, 11, сумматор 19, блок 20 уп равления ключами. 2 ил. 1429054 Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при испытании устройств, например, ддя снятия времятоковых характеристик 5 автоматов зашиты. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет мерения длительности импульса. На фиг.1 представлена блок-схема 10 змерителя среднеквадратичного значе" ия одиночного имп льса случайной ормы и длительности; на фиг.2 — вреенные диаграммы, поясняющие его раоту. i5 Предлагаемый измеритель содержит датчик 1 сигнала, компаратор 2, перый ключ 3, квадратор 4, переключаюключ 5, многопредельный интеграор 6, первый бло.; 7 вычисления по1 ядка, элемент 8 сравнения. триггер 9, источник 10 опорного напряжения, второй ключ 11, третий ключ 12, первый интегратор 13, генератор 14 так,товых импульсов, первый счетчик 15, 25 ,второй блок 16 вычисления порядка, цифроаналоговый преобразователь 17, второй счетчик 18, сумматор 19, блок 20 управления ключами;" Выход датчика 1 подключен к входу компаратора 2 и первого ключа 3. Вы."ход компаратора 2 подключен к счет-! и ! ному входу триггера 9, входу Разрешение" первого счетчика 15 и управляющему входу первого ключа 3, выход которого объединен с выходом первого интегратора 13 и подключен к входу ) квадратора 4, выход которого соединен с общим контактом переключающего ключа 5. Размыкающий контакт этого ключа соединен с входом многопредельного интегратора 6, а замыкающий — с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого подключены к выходам первого 45 счетчика 15. Вход управления переключающего ключа 5 объединен с входом "Разрешение" второго счетчика 18, первым входом блока 20 управления ключами и соединен с прямым выходом триггера 9, первый вход сброса которого соединен с выходом элемента 8 сравнения, один вход которого соединен с выхоцом цифроаналогового преоб азователя а второй вход — с выP Ф 55 ходом многопредельного интегратора 6 и входом первого блока 7 вычисления порядка, первый выход — с управляющим входом многопредельного интегратора 6, а второй выход — с первым входом сумматора 19 младший разряд выхода которого подключен к второму входу блока 20 управления ключами. Второй вход сумматора 19 подключен к первому выходу второго блока 16 вычисления порядка, вход которого подключен к выходу переполнения первого счетчика 15, а второй выход — к входу "Установка" этого же счетчика 15. Счетные входы первого и второго счетчиков 15 и 18 объединены и подключены к .вьг<оду генератора 1,4 тактовых импульсов, а входы "Сброс" этих счетчиков объединены с вторым входом "Сброс" триггера 9 и подсоединены к шине "Сброс". Первый и второй выходы блока 20 управления ключами подсоединены соответственно к управляющий. входам второго и третьего ключей и 12, входы которых объединены и подключены к выходу источника 10 опорного напряжения, а выходы — к входа.я первого янтегратора 13. Измеритель работает следующим образом. Иногопредельнык интегратор 6 с блоком 7 вычисления порядка выполнены, например, как операционный усилитель, на инвертирующий вход которого через резистор приходит интегрируежпя сигнал, а в цепи обратной связи операционного усилителя в зависимости от предела переключаются ем,кости. Соотношение постоянных времени интегрирования интегратора на разных, пределах,; : -1 = 1: 10: 100, интегрирование начинается с наименьшей постоянной времени, (включена емкость С, в цепи обратной связи операционного усилителя). Когда напряжение на выходе интегратора дОстигает некоторой пороговой величины, пороговое устройство подключает пара.: чельно емкости С, емкость С = 9С . Из-:за перераспределения зарядов на емкостях напряжение на выходе операционного усилителя уменьшается в 10 раз (это равносильно тому, что интегратор до этого работал с постоянной времени — 10 .r), Дальнейшее интегрирование проводится с емкостью С + С., = 10C т.е. 10 раз большей постоянной времени. Если напряжение на выходе инте-. гратора достигает еще раз пороговой величины, аналогичным образом подклю чается третья емкость С = 9(С„ + С ). Таким образом, постоянная времени 1429054 многопредельного интегратора 6 может принимать значение 4 =, - 10 (С) . По окончании цикла интегрирования на выходе многопредельного интегратора 6 величина напряжения пропорциональна интегралу входной величины, а первый блок 7 вычисления порядка на втором выходе выдает код величины е, т.е. порядок интегрируемой величины. 10 Первый счетчик 15 двоичный на 10 разрядов, при достижении в счетчике значения числа 1000„> на выходе пе- реполнения счетчика возникает импульс, приходящий на вход второго 15 блока 16 вычисления порядка, который по входу установки устанавливает в счетчике 15 значение содержимого, равное 100 О, и переключает его счетный вход таким образом, что на него 20 начинает поступать тактовая частота в 10 раз меньше, чем до переполнения. При следующем переполнении эта процедура повторяется. Таким образом, по окончании цикла 25 измерения в счетчике 15 хранится двоичный,код измеряемого интервала времени в диапазоне 100, -1000 а на втором выходе второго блока 16 вычисления порядка — номер диапазона счет- 30 чика или порядок этого числа. Цифроаналоговый преобразователь . 17 представляет множительно-делительный ЦАП. Блок .20 управления ключами представляет собой комбинационную схему, которая работает следующим образом. Когда присутствует сигнал логической "1" на первом входе блока 20 с выхода интегратора 6, то, если младший раз- 40 ряд на выходе сумматора 19 равен "О" (т.е. суммарный сигнал на выходе сумматора четный), включается ключ 11, если младший разряд на выходе сумматора 19 Равен "1" (r.е. сигнал нечет- 46 ный), включается ключ 12. В исходном состоянии счетчики 15 и f8 и триггер 9 находятся в нулевом состоянии, с выхода датчика 1 напря кение равно "0". В момент времени с< (фиг.2) на выходе датчика 1 начинает нарастать напряжение ° Напряжение на выходе, датчика описывается выражением 55 и (с) = К Х(с), (1) где К - коэффициент преобразования датчика, Х(с) — измеряемая величина. В момент времени t, срабатывает компаратор 2, включается первый ключ с 3 и напряжение U>(t) попадает на вход квадратора 4. Напряжение на выходе квадратора описывается выражением. U„(t) = К„.У (с) = К.К Х (с), (2) где К вЂ” коэффициент преобразования квадр атора. С выхода квадратора 4 напряжение (с) поступает на вход интегратора 6 через размыкающие контакты переключающего ключа 5. На выходе интегратора 6 начиняет нарастать напряжение по закону 1 и, -„- J U„(t)dt. (3) о На фиг.2 в момент времени t показан переход интегратора на второй предел. В общем виде сигнал на выходе интегратора к моменту времени t< описывается выражением а К» К (-е U4 = —,г — J Х (t)dt !О, (4) "1 о где <., — постоянная времени ин <егрирования на первом-пределе, е — номер предела интегратора, при котором окончилось интегрирование, записанное в первом блоке 7 вычисления порядка. Кроме того, компаратор по входу "Разрешение" счетчика 15 разрешает производить этому счетчику подсчет импульсов с генератора 14 тактовых импульсов и к моменту времени t в нем и во втором блоке 16 вычисления порядка образуется значение длительности измеряемого импульса, которое можно представить выражением Тц = n x 10 где и — двоичное число в диапазоне 100 1000„,, записанное в счетчике 15 а — порядок числа Т„ во втором блоке 16 вычисления порядка. В момент времени с закрывается первый ключ 3 и задним фронтом импульса, приходящего на счетный вход триггера 9, опрокидывает его в единичное состояние. ./ Сумматор 19 производит суммирование кодов, поступающих на его 2 входа с выходов первого блока вычисления порядка и второго блока 16 вычисления порядка.. I.. Сигнал с выхода триггера 9 переключает переключающий ключ 5, разрешает счетчику 18 производить счет им1429054 е»а+с dt х 10, (9) ь1 О где К„ — коэффициент преобразования Kg << . < п U л » Согласно выражению (9) в счетчике 18 после преобразования хранится код числа, пропорциональный мантиссе измеряемого среднеквадратичного знапульсов, поступающих на его счетный вход с выхода генератора 14 тактовых ! иМпульсов, а также воздействует на блок 20 управления ключами. Сигнал с I вь хода этого блока в зависимости от сигнала, приходящего на его первый в од с выхода сумматора 19, включает п рвый ключ 11 или второй ключ 12. С вь ода источника опорного напряжения 10 1 напряжение U поступает на вход и тегратора 13. Напряжение на выходе и тегратора 13 изменяется по закону 1 (Uo« U -, ) Б Й = — — — — «;, (5) ) on ) 10 л<, и г. г е < " << х 10 — постоянная времени интегрирования интегратора 13. 20 При этом если открыт второй ключ 1, то С = О, если открыт третий ключ 1, то С 1. Напряжение Uz поступает на вход к адратора 4 и через переключающий 25 к юч 5 на аналоговый вход цифроанал<эгового преобразователя. На выходе Ц П 17 напряжение описываются выраже" нйем « Пц<«< (гр По„ „х 10, {6) В момент времени t< (фиг.2), когда, 1 напряжение на выходе многопредельного интегратора 6 станет равным напря1 ению на выходе ЦАП 17, элемент 8 ! cðàâíåíèÿ сбросит триггер 9 в нулевое 35 с;остояние. Для этого момента времени с< учетом выражений 4 и 6 справедливо равенство » < « -"- ) Х2(t)dtx10 =- Ц t x 40 .Ы«К (-е („-<)2 OA х 10 (7) <т а > сюд (к 1 ф е+А Х (t)dt х 10, (8) с, П,„п и интервал времейи преобразования 0-t пропорционален измеряемой. Величине чения импульса, а порядок этого значения образуется на выходе сумматора 19. Деление на 2 этого значения согласно выражению (9) осуществляется отбрасыванием младшего разряда значения кода. С помощью величины С осуществляется преобразование показателя степени в четную величину. На фиг.2 показан также процесс измерения среднеквадратичного значения, когда величина (-1 + d) в выражении (8) нечетное число. Формула изобр етения Измеритель среднеквадратичного значения напряжения одиночного импульса случайной формы и длительности, содержащий датчик, квадратор, элемент сравнения, блок деления, интегратор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей в него введены компаратор, триггер, два счетчика, цифроаналоговый преобразователь, многопредельный интегратор, переключающий ключ, источник опорного напряжения, генератор тактовых импульсов, два блока вычисления порядка, два ключа, сумматор и блок управления ключами, причем вход компаратора соединен с выходом датчика, а выход - с счетным входом триггера, входом "Разрешение" первого счетчика и управляющим входом первого ключа, вход которого подключен к выходу датчика, а выход объединен с выходом первого интегратора и подключен к входу квадратора, выход которого соединен с общим контактом переключающего ключа, размыкающий контакт которого соединен с входом многопредельного интегратора, замыкающий контакт — с аналоговым входом цифроаналогового преобразойателя, цифровые входы которого соединены с выходами первого счетчика, а вход управления переключающего ключа объединен с входом "Разрешение" второго счетчика, первым входом блока управления ключами и соединен с прямым выходом триггера, первый вход "Сброс" которого соединен с выходом элемента сравнения, один вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а второй — с выходом многопредельного интегратора и входом первого блока вычисления порядка, первый выход которого подключен к уйравляющему входу интегратора, а 1429054 Составитель Л.Сорокина Техред А.Кравчук Корректор С.Черни Редактор В.Данко Заказ 5121/43 Тираж 772 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 t второй - к первому входу сумматора, мпадший разряд выхода которого подключен к второму входу блока управления ключами а второй вход — к перУ 5 вому выходу второго блока вычисления порядка, вход которого подключен к выходу "Переполнение" первого счетчика, а второй внход - к входу "Установка" первого счетчика, счетный вход1п которого объединен со счетным входом второго счетчика и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а входы "Сброс" счетчиков объединены с вторым входом "Сброс" триггера и подключены к шине "Сброс", при этом первый и второй выходы блока управления ключами подключены соответственно к управлякщим входам второго и третьего ключей, входы которых объединены и подключены к источнику опорного напряжения, а выходы — к входам пер" вого интегратора.
