Квадратирующий преобразователь

 

К ПАТЕНту

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4902715/24 (22) 16.01.91 (46) 30.10.93 Бюл. Иа 39-40. (71) Самарский политехнический институт им.8.8.Куйбышева (72) Косолапов А.М. (73) Косолапов Александр Михайлович (54) КВАДРАТИРУЮЩИ Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (19) RU (») 2ОО23О2 1 (51) 5 00607 20 (57) Изобретение относится к измерительной технике и автоматическе и предназначено для использования в многоканальных системах приборах и преобразователях Квадратирующий преобразователь содержит квадратор 1 низкой точности, блок 2 управления, переключатель 3, корректирующий квадратор 4, два масштабирующих блока 5, 6, сумматор 7. 3 ил.

200?302

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике, Известно устройство для возведения в квадрат аналоговых сигналов, которое содержит три модулятора, перемно>китель, фильтр низких частот, блок управления, связанный с,входами модуляторов, причем первый и второй модуляторы соединены между источником преобразуемого сигнала и входами перемножителя, выход которого связан с входом фильтра нижних частот.

Недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная динамическими погрешностями при преобразовании переменных сигналов, Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее два переключателя, два сумматора, четыре масштабирующих блока, два корректирующих квадрэтора, блок умножения и блок управления. l\

Это устройство имеет сложную конструкцию.

Целью изобретения является упрощение конструкции и расширени= частотного . диапазона.

Схема устройства приведена на фиг.1; на фиг.2 — схема блока управления, где 1— квадратор низкой точности, 2 — блок управления, 3 — переключатель, 4 — кор >ектирующий квадратор. <>,6 — масштабирующие блоки, 7 — сумматор, 8-10 — интегрозапоминающие устройства, 11 — дифференциальный усилитель, 12 — ключ, 13 — резистор, 14 — распределитель импульсов, 15 — тактовый генератор.

Выходной сигнал реального квадратора может быть с достаточной точностью представлен выражением

Z =(х+а+рх+ухг)2, где х — преобразуемый сигнал;

Q.,P Ny- постоянные коэффициенты, обусловленные погрешностями смещения, масштабирования и нелинейности.

Для исключения погрешностей квадратирования, обусловленных отличием ст нуля . коэффициентов а,/>, у, можно осуществлять компенсацию погрешностей подачей на вход квадратора, наряду с сигналом х, сигнала

Л х = а<, +/3 x + у. х, 2 где ак, Д, у — постоянные коэффициенты.

При этом, подставляя уравнение (2) в выражение (1), при x -- х; — Л х получают

Zl(Xl) = (Po + х<Р 1+х< Рг+х< Pa+xi Р4), (3) где Ро = а — ак — /> а + у а ;

P1 = (1 + p) (1 — ® — y ф +/3 — 2);

Рг=

=(1- Р)). (-A)(1-l0-2) :

P = 2y y — @+д) р у; Р4 = y3;:

ZI(xI) — выходной сигнал квадрэтора при

10 подаче на его вход суммы сигналов хi — h x, Если в выра>кении(3) xi =О, то при Z1 =0 получают условие инвариантности от а: а=а +Ла, 15 (4) Условие инвариантности от у, пренебрегая малыми высшего порядка,. находят из выражения (3) при x1 = xp, хг = -xp при условии (4) в нЕявном виде:

2х, Р1Р2+Р1Р4хо +

+P3P4xo ()4с y) + Л) 0, (5) 25 где хо — значение опорного сигнала, Из выражения (5) находят (6) 30

Условия независимости преобразования от /7для принятой модели квэдратора определяют выражения из (3) с учетом уравнений (4), (6) при х = хо, 35

5(хо) = (Р12 +(Ргг +2Р1РЗ+2РгРЗ)хо +

+(РЗ+2Р2Р4)хо + Р4х )x о ° (7) Пренебрегая лежалыми высшего порядка, получают при

Zg(x„) — хог = 0 (8) условие и и вэ риантности от /3:

/3=Д+hP

Значения Ла, Л/>, Лу много меньше а,/>,у, поэтому ил и практически можно пренебречь, Принцип действия устройства, реализованного с учетом выра>кений (1) — (9), следующий.

Преобразование происходит в четыре такта. В первом такте через переключатель

3 «а вход сумматора 7 задается сигнал хо = 0 и блок 2 управления изменяет смещение на четвертом входе сумматора 7 до момента, когда сигнал Z нэ выходе квэдрэтора 1 низкой точ<<ости станет равным <<улю. При этом

ВыГ<опня<::тся нсГ<О<<и<-: I <<<<,<р!1: I

2002302

1 q zx1 r— т(хг) т з о 2 хо

40

50 полученное значение я< фиксируется в блоке 2.

Во втором такте переключатель 3 по команде от блока управления подключает с периодом Т сигналы х1 = хо и х2 = xp, кроме того, блок управления изменяет коэффициент передачи масштабирующего блока 6.

В момент, когда достигается равенство определяемое в блоке 2 значение коэффициента передачи блока 6 фиксируется в блоке 6 при этом выполняется условие инвариантности (6), В третьем такте переключатель 3 подключает опорный сигнал x> = xp к входу сумматора 7 и блок 2 управления изменяет коэффициент передачи блока 5 до момента, когда выполняется условие инвариантности (9). Полученное значение Р< запоминается в блоке 2.

В четвертом такте преобразуется входной сигнал х. Результат преобразования получается практически независящим от погрешностей а, P, y, Процесс коррекции периодически повторяется. Так как изменение корректируемых погрешностей от времени или температуры происходит медленно, то практически затраты времени на коррекцию менее десятых долей процента от времени преобразования.

Наиболее целесообразной областью применения устройства являются преобразователи и вольтметры действующего значения, а также многоканальные измерительные системы.

В качестве квадратора 1 низкой точности в устройстве могут быть применены как быстродействие, например, на основе полевого транзистора, так и инерционные, например, на основе термопреобразователя квадраторы с погрешностью 0,5 — 2;,.

Квадратор 4 должен быть быстродействующим, но может быть меньшей точности, так как используется только для коррекции погрешности. Если квадратор, низкой точности воспроизводит квадрат мгновенного значения входного сигнала без усреднения результата преобразования, то вспомогательный квадратор 4 может быть совмещен с квадратором низкой точности, при этом вход блока б соединяется с выходом квадратора низкой точности (см. прерывистую линию на фиг.1), Вариант выполнения блока управления приведен на фиг.?. Принцип его действия следующий.

В первом, втором и четвертом тактах ключ 12 закрыт, поэтому в первом такте сигнал с выхода усилителя 11, вход которого. соединен с квадратором 1 низкой точности, 5 пропорциональный 2(О), передается на вход устройства 8. 3а счет действия отрицательной обратной связи напряжения на входах усилителя 11 уравниваются, т.е. Z(O) О. По окончании такта передача сигнала с усилителя 11 на вход устройства 8 прекращается, так что сигнал, соответствующий а, на входе устройства 8 фиксируется.

Подобным образом происходит отработка":и запоминание управляющих сигналов для масштабирующих блоков 5. 6 во втором и третьем тактах с той разницей, что в третьем такте ключ 12 открыт и с выхода усилителя 11 на вход устройства 10 поступает сигнал, пропорциональный разности

Z(xa) — Zm, где Zm = хо .

В четвертом такте устройства 8 — tO сохраняют заданные в первом-третьем тактах значения выходных сигналов. Управление блоками 3, 8-10, 12 осуществляется от распределителя 14 импульсов, тактируеь1ого генератором 15.

Схема интегрозапоминающего устройства выполняется по известной схеме, приведенной на фиг.3. Оно содержит интегрирующий усилитель, инвертор и два ключа, с помощью которых задается время интегрирования по прямому и инвертирующему входам интегрозапоминающего устройства.

Все ключи в интегрозапоминающих устройствах 8, 9, 10 и переключателе 3 выполнены цифроуправляемыми (на микросхеме, например, серии КН590), При этом соответствия между входным сигналам U3 переключателя 3, номерами 1 тактов и кодовыми наборами и могут быть следующими:. Оз 0 -xp +xp +xp х

N 000 01 010 011 100 101 110 111

i 1 2 3 4

Управляющие ключами сигналы формируются распределителем 14 импульсов. который может быть выполнен, например, на основе двоичного счетчика и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), падключенного к его выходу. Для некоторых типов цифроуправляемых ключей их управляющие входы могут быть подключены непосредственно к выходу двоичного счетчика.

Кодовые комбинации для управления ключами формируются на выходах ПЗУ при изменении состояния счетчика под действием импульсов от генератора 15.

2002302 (56) Авторское свидетельство СССР

N 1084821, кл. G 06 G7/20,,1984, Формула изобретения

КВАДРАТИРУЮЩИЙ ПPЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные сумматор и квадратор низкой точности, выход которого является выходом квадратирующего преобразователя, два масштабирующих блока, корректирующий квадратор, блок управления и пере ключатель, информационные . входы которого с первого по четвертый соединены соответственно с источником входного сйгнала, шиной нулевого потенциала и с . источниками первого и. второго опорных сигналов, выход переключателя соединен с первым входом сумматора и через первый масштабирующий блок - с вторым входом

Авторское свидетельство С.ССР

М 1439628, кл. 6 06 G 7/16, 1988, сумматора, выход корректирующего квадратора через второй масштабирующий блок подключен к третьему входу сумматора, а выход квадратора низкой точности соединен с входом блока управления, вы10 ходы которого с первого по третий соединены соответственно с управляющими входами переключателя и первого масшта-. бирующего блока и с четвертым входом сумматора, отличающийся тем, что, с

15 целью упрощения конструкции и расширения частотного диапазона, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом второго масштаби- рующего блока, а выход сумматора под26 ключен к входу корректирующего квадратора.

gN j