Степенной преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя для вычисления корня квадратного из разности квадратов двух величин. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет коррекции погрешности вспомогательного блока для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин. Преобразователь содержит блок 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин, два сумматора 2 и 5, блок 3 вычитания и множительно-делительный блок 4. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в качестве степенного преобразователя, когда требуется вычислять с высокой точностью значение корня квадратного из разности квадратов двух величин, изменяющихся в большом динамическом диапазоне.

Известно устройство для степенного преобразования, содержащее операционные усилители, масштабные элементы и управляемые полезные транзисторы.

Недостаток устройства низкая точность извлечения корня при изменении входных сигналов и большом динамическом диапазоне.

Известно устройство содержащее инверторы, три квадратора, три масштабных блока, блок умножения, ключевой элемент.

Наличие нескольких функциональных преобразователей ограничивает точность вычисления для сигналов малых величин.

Известно устройство, содержащее операционный усилитель с масштабными резисторами, интегрирующий конденсатор, включенный в цепь обратной связи и ключа сброса, компаратор, RS-триггер, тактовый генератор, RC-фильтр и квадратичный импульсный измерительный преобразователь.

Точность вычисления такого устройства недостаточна при малых входных сигналах.

Известно другое устройство для степенного преобразования, которое содержит два блока выделения модуля, трехвходовый сумматор, блок выделения наибольшего напряжения (амплитудный селектор).

Недостаток такого устройства большая погрешность преобразования около 10% Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для извлечения квадратного корня из разности квадратов двух величин, содержащее сумматор, блок вычитания и множительно-делительный блок с цепью обратной связи.

Устройство имеет низкую точность при малых входных сигналах.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Это достигается тем, что в степенный преобразователь, содержащий множительно-делительный блок, первый сумматор и блок вычитания, причем одноименные входы первого сумматора и блока вычитания соединены с соответствующими входами устройства, а выходы подключены, соответственно, к первому и второму входам множительно-делительного блока, введены второй сумматор и блок извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин, первый и второй входы которого соединены с соответствующими входами устройства, а выход подключен к третьему входу множительно-делительного блока и к первому входу второго сумматора, второй вход и выход которого соединены, соответственно, с выходами множительно-делительного блока и устройства.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого преобразователя.

Степенной преобразователь содержит блок 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин; первый сумматор 2, блок 3 вычитания, множительно-делительный блок 4, второй сумматор 5.

Блоки в устройстве соединены следующим образом. Первый и второй входы устройства подключены, соответственно, к первому и второму входам блока 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин, первый вход устройства подключен также к первым входам первого сумматора 2 и блока 3 вычитания, а второй вход устройства подключен к вторым входам первого сумматора 2 и блока 3 вычитания. Первый и второй входы множительно-делительного блока 4 соединены с выходами, соответственно, первого сумматора 2 и блока 3 вычитания. Выход блока 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин подключен к третьему входу множительно-делительного блока 4 и первому входу второго сумматора 5. Второй вход сумматора 5 подключен к выходу множительно-делительного блока 4. Выход второго сумматора 5 является выходом устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве осуществляется коррекция погрешности блока 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин, поэтому блок 1 может иметь значительную погрешность преобразования, при этом окончательная погрешность уменьшится в десятки раз.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Входные напряжения, например, U_x и U_y, численно равные величинам Х и Y поступают на первый и второй входы блока 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин и соответствующие входы первого сумматора 2 и блока 3 вычитания. На выходе первого сумматора 2 получают напряжение U₂, пропорциональное сумме входных напряжений, а на выходе блока 3 вычитания получают напряжение U₃, пропорциональное разности входных напряжений. Следовательно, можно записать U2 U_x + U_y и U₃ U_x U_y.

Эти напряжения поступают на множительно-делительный блок 4, где они перемножаются между собой и делятся на напряжение U₁, которое получают на выходе блока 1 для извлечения квадратного корня из разности квадратов двух величин. Это напряжение U₁ можно записать следующим образом: U1 (1 + σ), (1) где U_x и U_y напряжения на входе устройства; σ погрешность преобразования блока 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин.

Это напряжение U1 поступает на третий вход множительно-делительного блока 4, на выходе которого получают напряжение U4, равное U4 (U_x + U_y)(U_x U_y)/U1 (U_x² U_y²)/ (1 + σ) /(1 + σ). (2) Напряжения U1 и U4, имеющие одинаковые знаки, поступают на первый и второй входы второго сумматора 5 соответственно. На выходе второго сумматора 5, имеющего коэффициент передачи 1/2, получают выходное напряжение U_вых U5, которое можно представить следующим образом: U_вых U5 (1/2)(U1 + U4)
(1/2)[ (1 + σ) +
+ /(1 + σ )] (3) После преобразования (3) получим выражение для выходного сигнала устройства, которое можно представить следующим образом:
U_вых (1/2) (1 + σ) +
+ [1/(1 + σ)] (1/2) x
x [(2 + 2 σ + 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 (5) величина σ погрешность преобразования блока 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов U_x и U_y, определим, во сколько раз уменьшается погрешность преобразования на выходе всего устройства:
σ˙2(1 + σ)/σ² 2(1 + σ)/σ (2/σ) + 2. (6)
По формуле (6) определим, к примеру, во сколько раз уменьшается погрешность блока 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин, если эта погрешность σ 4% После несложных вычислений получим уменьшение погрешности 4% в 52 раза, то есть получим для этого случая погрешность 0,08% что доказывает преимущества предлагаемого устройства.

В заявляемом устройстве отдельные блоки могут быть выполнены, например, в соответствии со следующими техническими решениями: блок 1 для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин [4] множительно-делительный блок 4 можно выполнить различными способами, к примеру, он может состоять из умножителя и блока деления, которые осуществляют операции умножения и деления; сумматоры 2 и 5 и блок 3 вычитания.

Формула изобретения

СТЕПЕННОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий множительно-делительный блок, первый сумматор и блок вычитания, причем одноименные входы первого сумматора и блока вычитания соединены с соответствующими входами преобразователя, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам множительно-делительного блока, отличающийся тем, что в него введены второй сумматор и блок извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин, первый и второй входы которого соединены с соответствующими входами преобразователя, а выход подключен к третьему входу множительно-делительного блока и преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1