Степенной преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя для вычисления значений корня квадратного из произведения двух величин, изменяющихся в большом динамическом диапазоне. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Преобразователь содержит множительно-делительный блок, сумматор, блок извлечения квадратного корня из произведения двух величин. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может применяться в качестве функционального преобразователя, когда требуется измерять с высокой точностью значение квадратного корня из произведения двух величин, изменяющихся в большом динамическом диапазоне при различных соотношениях между собой.

Известен степенной преобразователь, содержащий блоки суммирования, попарно соединенные с входами устройства, и блоки выделения модуля из суммы и разности, а также функционального преобразователя, выполненного на диодах и операционном усилителе, воспроизводящих семейство концентрических окружностей.

Однако использование диодов для аппроксимации кривых, приводит к большим значениям погрешностей измерения.

Известен степенной преобразователь, содержащий последовательно соединенные умножитель и блок деления, выход которого подключен к второму входу блока деления и является выходом преобразователя. Недостаток большие погрешности при уменьшении амплитуды входных сигналов.

Наиболее схожим по техническому решению и общим используемым блокам является степенной преобразователь, содержащий множительно-делительный блок и два сумматора, выход одного из которых является выходом преобразователя.

Такое устройство имеет большие погрешности, которые складываются из погрешности множительно-делительного устройства при уменьшении амплитуды одного из сигналов и погрешности устройства извлечения квадратного корня, которая возрастает при изменении сигналов в большом динамическом диапазоне.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Цель в степенном преобразователе, содержащем множительно-делительный блок и сумматор, выход которого является выходом устройства, первый вход множительно-делительного блока является первым входом устройства, выход множительно-делительного блока подключен к первому входу сумматора, достигается тем, что в него введен блок извлечения корня квадратного из произведения двух величин, первый вход которого подключен к первому входу устройства, вторым входом которого являются объединенные вторые входы множительно-делительного блока и блока извлечения корня квадратного из произведения двух величин, выход блока извлечения корня квадратного из произведения двух величин соединен с вторым входом сумматора и с третьим входом множительно-делительного блока.

Схема предлагаемого преобразователя представлена на чертеже.

Степенной преобразователь содержит блок 1 извлечения корня квадратного из произведения двух величин; множительно-делительный блок 2; сумматор 3. Блоки в устройстве-преобразователе соединены следующим образом. Первый и второй входы преобразователя подключены к соответствующим входам блока 1 извлечения корня квадратного из произведения двух величин и множительно-делительного блока 2. Выход блока 1 извлечения корня квадратного из произведения двух величин подключен к третьему входу множительно-делительного блока и второму входу сумматора 3. Первый вход сумматора 3 подключен к выходу множительно-делительного блока 2. Выход сумматора 3 является выходом устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве осуществляется коррекция погрешности блока 1 извлечения корня квадратного из произведения двух величин, значение которой может иметь значительную величину. Погрешность преобразования предлагаемого устройства будут определять в основном погрешности используемого множительно-делительного блока и сумматора, при этом окончательная погрешность будет в десятки раз меньше погрешности блока 1.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом. Входные напряжения, например, U_x и U_y, численно равные величинам X и Y, поступают на первый и второй входы преобразователя соответственно, на первый и второй входы блока 1 извлечения корня квадратного из произведения двух величин и множительно-делительного блока 2. Множительно-делительный блок 2 перемножает входные сигналы Х и Y, поступающие на его первый и второй входы, и полученный результат делит на сигнал , поступающий на его третий вход с выхода блока 1 извлечения корня квадратного из произведения двух величин.

На выходе блока 1 извлечения корня квадратного из произведения двух величин получают напряжение U₁, которое можно записать так: U₁ U_x U_y K₁ (1 + σ), (1) где U_x, U_y напряжения на входе устройства; К₁ коэффициент передачи, равный К₁ 1/ ; σ- погрешность преобразования блока 1 извлечения корня квадратного из произведения двух величин.

Это напряжение U₁ поступает на третий вход множительно-делительного блока 2, на выходе которого получают напряжение U₂: U₂ U_xU_y/U₁ U_xU_y/[ (1 + σ)] /(1 + σ ) (2) Напряжения U₁ и U₂, имеющие одинаковые знаки, поступают на первый и второй входы сумматора 3 соответственно. На выходе этого сумматора 3, имеющего коэффициент передачи 1/2, получают выходное напряжение U_вых U₃, которое равно U_вых U₃ (1/2)(U₁ + U₂) (1/2)[(1 + σ) + /(1 + σ)] (3) После преобразования (3) получим U_вых (1/2) [(1 + σ) + (1/(1 + σ)] (1/2) (2 + 2σ+ σ²)/(1 +σ) (4) Выражение (4) можно преобразовать в следующем виде: U_вых {1 + [( σ²)/2(1 +σ] (5)
где отношение (σ²)/2(1 +σ) есть погрешность преобразования предлагаемого устройства.

Так как в выражении (5) σ- это погрешность преобразования блока 1 извлечения корня квадратного из произведения U_хU_y, то можно определить, во сколько раз уменьшается погрешность преобразования этого блока 1, воспользовавшись формулой
σ2(1 + σ)/σ² 2(1 + σ)/σ= (2/σ) + 2. (6)
По формуле (6) определим, к примеру, во сколько раз уменьшается погрешность блока 1 извлечения корня квадратного из произведения двух величин, если эта погрешность σ= 4% После несложных вычислений получим уменьшение погрешности 4% в 52 раза, т.е. получим для этого случая методическую погрешность 0,08% Следовательно, если использовать множительно-делительный блок 2 и сумматор 3 с погрешностями около 0,08% то инструментальная погрешность будет близкой по величине методической и не превышать ее для рассмотренного примера.

Таким образом доказаны преимущества предлагаемого степенного преобразователя. Следует заметить, что блок деления 2 и сумматор 3 всегда будут работать в динамическом диапазоне меньшем, чем динамический диапазон входных сигналов, поэтому эти блоки можно выполнить прецизионными.

Формула изобретения

СТЕПЕННОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий множительно-делительный блок и сумматор, выход которого является выходом преобразователя, первый вход множительно-делительного блока является первым входом преобразователя, выход множительно-делительного блока подключен к первому входу сумматора, отличающийся тем, что в него введен блок извлечения квадратного корня из произведения двух величин, первый вход которого подключен к первому входу преобразователя, вторым входом которого являются объединенные вторые входы множительно-делительного блока и блока извлечения квадратного корня из произведения двух величин, выход блока извлечения квадратного корня из произведения двух величин соединен с вторым входом сумматора и с третьим входом множительно-делительного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1