Степенной преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя для вычисления квадратного корня с высокой точностью в большом динамическом диапазоне. Цель изобретения - повышение точности измерений. Степенной преобразователь содержит блок извлечения квадратного корня, блок деления и сумматор. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя для вычисления квадратного корня с высокой точностью в большом динамическом диапазоне.

Известно устройство [1] для извлечения квадратного корня, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, интегратор, блок сравнения, ключ, сглаживающий фильтр, с выхода которого постоянная составляющая выходного сигнала поступает в обратную связь интегратора.

Недостатком устройства являются дрейф интегратора, влияющего на погрешность преобразования, особенно в режиме малого сигнала.

Известно другое устройство [2] содержащее компаратор, усилитель, интегратор, сумматор, квадратор, вход которого соединен с выходом устройства, а выход квадратора подключен к входу сумматора как обратная связь устройства. В установившемся режиме получают на выходе напряжение, пропорциональное корню квадратному из входного напряжения.

Устройство обладает в установившемся режиме погрешностью около 0,3% однако погрешность увеличивается для малых сигналов из-за дрейфа интегратора, при этом необходим квадратор с низкой погрешностью.

Известно устройство [3] содержащее логарифмический и антилогарифмический усилители.

Устройство весьма простое, однако обладает температурной погрешностью из-за использования нелинейных участков характеристик p-n-переходов полупроводниковых приборов.

Известно устройство [4] для извлечения квадратного корня, содержащее блок деления, на первый вход которого поступает входное напряжение, а выход устройства подключен к второму входу блока деления в качестве обратной связи.

Устройство простое, однако имеет погрешности преобразования для сигналов малой величины.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство [5] для извлечения квадратного корня из суммы квадратов двух величин, содержащее блок деления и два сумматора, выход одного из которого является выходом устройства.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Для этого в степенной преобразователь, содержащий блок деления и сумматор, выход которого является выходом преобразователя, введен блок извлечения квадратного корня, причем вход блока извлечения квадратного корня и первый вход блока деления объединены и являются входом преобразователя, выход блока извлечения квадратного корня подключен к второму входу блока деления и к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока деления.

Сущность изобретения заключается в том, что в преобразователе осуществляется коррекция погрешности блока извлечения квадратного корня, поэтому он может иметь значительную погрешность, при этом погрешность всего преобразователя (на его выходе) будет в десятки раз меньше и будет определяться в основном погрешностью используемого блока деления и сумматора.

Структурная схема степенного преобразователя представлена на фиг.1. Преобразователь содержит блок 1 извлечения квадратного корня, блок 2 деления, сумматор 3.

Вход блока 1 извлечения квадратного корня и первый вход блока 2 деления соединены между собой и подключены к входу преобразователя. Выход блока 1 извлечения квадратного корня подключен ко второму входу блока 2 деления и первому входу сумматора 3. Выход блока 2 деления соединен со вторым входом сумматора, выход которого подключен к выходу преобразователя.

Предлагаемый степенной преобразователь работает следующим образом. Входное напряжение, например U_вх, численно равное входной величине Х, поступает на вход блока 1 извлечения квадратного корня и на первый вход блока 2 деления, являющийся входом сигнала-делимого. На выходе блока 1 извлечения квадратного корня получают напряжение U₁, которое можно записать так: U₁=U_вхK₁=(1+σ) (1) где U_вх напряжение на входе; К₁ коэффициент передачи, K₁=/U_вх σ погрешность преобразования блока 1 извлечения квадратного корня.

Напряжение U₁ поступает на второй вход блока 2 деления, являющийся входом сигнала-делителя. После деления входного напряжения U_вх на напряжение U₁ получим на выходе блока 2 деления напряжение U₂, равное: U₂=U_вх/U₁=U_вх/[(1+σ)]/(1+σ) (2) Напряжения U₂ и U₁, имеющие одинаковые знаки, поступают на первый и второй входы сумматора 3 соответственно. На выходе сумматора 3, имеющего коэффициент передачи 1/2, получают выходное напряжение U_вых U₃, которое можно представить следующим образом: 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 представить в следующем виде:
U_вых={1+[(σ²)/2(1+σ)] (5) где отношение (σ²)/2(1+σ) есть погрешность преобразования предлагаемого степенного преобразователя.

Так как в [5] погрешность преобразования блока 1 извлечения квадратного корня равна σ, то можно определить, во сколько раз уменьшается погрешность преобразования блока 1 извлечения квадратного корня, 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 вспомогательного устройства 1 для извлечения квадратного корня, если 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 блок 2 деления и сумматор 3 с погрешностями около 0,08% то инструментальная погрешность будет близка по величине к методической и не превышает ее для рассмотренного примера.

Таким образом, преимущества предлагаемого степенного преобразователя для извлечения квадратного корня очевидны. Следует заметить, что блок 2 деления и сумматор 3 всегда будут работать при входных сигналах, близких друг к другу, поэтому их можно выполнить прецизионными, что обеспечит высокие показатели предлагаемого преобразователя.

Формула изобретения

СТЕПЕННОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий блок деления и сумматор, выход которого является выходом преобразователя, отличающийся тем, что в него введен блок извлечения квадратного корня, причем вход блока извлечения квадратного корня и первый вход блока деления объединены и являются входом преобразователя, выход блока извлечения квадратного корня подключен к второму входу блока деления и первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока деления.

РИСУНКИ

Рисунок 1