Стохастический вольтметр

 

ЧЩ5 и йсЖ (||) 731578

НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.10.75 (21) 2183199, 18-21 с присоединением заявки ¹ (51) М. Кл. Н ОЗК 13 03

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень ¹ 16 (53) УДК 681.325 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (72) Авторы изобретения А. H. Морозевич, А. Е. Леусенко, В. M. 11,уриков и В. H. Ярмолик (71) Заявитель

Минский радиотехнический институт (54) СТОХАСТИ Ч ЕСКИ Й ВОЛ ЬТМ ETP

Изобретение относится к электроизмерительпой технике и может быть использовано для измерения среднего, средпевыпрямленного (среднего по модулю) значений напряжений стохастическим способом.

Известно устройство, содержащее датчик, выход которого подключен к входу измерительного преобразователя, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход — к выходу синхронизатора, третий вход — к выходу генератора опорного напряжения, а выход — к первому входу двухканального счетчика, второй вход которого подключен к входу источника тактовой (опорной) частоты (1).

Это устройство непосредственно предназначено для измерения средних значений исследуемого напряжения.

Однако оно имеет постоянное рà".ðåøånue (чувствительность) по уровню, и, следовательно, измерение значений напряжения, изменяющегося в широком динамическом диапазоне, с его помощью пе целесообразно.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному является устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, преобразователь напряжение — вероятность, два счетчика, блок деления, цифровое отсчетное устройство, вход которого подключен к выходу блока деления, первый и второй Входы |»оторого подключены |» Выходазт первого и второго счетчиков соответственно, вход первого счетчика подключен к выходу преобразователя напряжение — вероятность, первый вход которого является входом устройства в целом, и подключен к в.»оду генератора тактовых импульсов, выход которого подключен ко второму входу преобразователя напряжение — вероятность и входу второго счетчика (2). В этом устройстве преобразователь напряжение — вероятность выполнен в виде трех отдельных блоков: измерительного устройства сравнения, усилителя и генератора равномерно распределенных случайных величин, а генератор тактовых импульсов входит в блок генератора равномерно распределенных случайных импульсов.

20 Недостатком этого устройства является непостоянство относительной ошибки измерения мгновенных значений входного сигнала, что, естественно, приводит к уменьшению частоты средних =- íà÷åøø входного

25 сигнала.

Цель изобретения — повышение точности преобразования и вычисления среднего и средневыпрямленного (среднего по модулю) значений напряжения.

30 Поставленная цель достигается тем, что

731578

3 в устройство, содержащее последовательно включенные формирователь, умнож!Г! ель частоты, счетчик числа испытаний, счетчик числа отсчетов, блок элементов И, выходы которого являются выходамп устройства в целом, а информацпопные входы- подклю,;ны к выходам реверсивного счетчика, преобразователь папряже?ше — вероятность, управляющий вход которого подкл?0-?еп к выходу умнохкителя частоты, дополн:!тельно введены ряд усилителей, ряд компараторов, блок сравнения с нулем, коммутатор, шифратор, блок формирования кода порядка, регистр порядка, дешифратор, ключ, двухполупериодный выпрямитель, причем вход последнего подключен к входу формирователя и первому входу блока сравнения с нулем, второй вход которого подключен к земле и вывод через ключ — к управляющему входу реверсивного счетчика, информационные входь! которого подключены к выходам дешифратора, информационным Входом подключенного к выходу преобразователя напряжение — вероятность и управляющи14и входами — к выходам регистра порядка, входы которого подключены к выходам блока формирования кода порядка, выходами подключенного к управляющим входам коммутатора и к выходам шифратора, управляющий вход которого подключен к выходу счетчика числа испытаний, и информационные входы — к выходам компараторов коммутаторов, первые входы которых ouьединены и подключены к Источнику опорного напряжения, вторые входы — к выходам усилителей, входы последних объединены и подключены к выходу двухполупериодпо.о выпрямителя, а выходы усилителей подключены также к информационным входам коммутатора, выход которого подключен к информационному входу преобразователя ?апряжение — вероятность.

На чертеже представлена структурная схема стохастнческого вольтметра.

Устройство содержит двухполуперио.!,:?ый? выпрямитель 1, схему 2 сравнения с пулем, формироваге. Ih 3, ряд усилителеll 4, кл!Оч

5, умнож?!Тель частоты 6, ряд схем сраьпсния 7, счетчик числа испытан!П1 8, шифратор 9, коммутатор 10, схему формирователя кода порядка 11, регистр порядка 12, счетчик числа отсчетов 13, преобразователь напряжение — вероятность 14, дешифратор

15, реверсивный счетчик 16 и олок эл ментов И 17.

Входной динамический диапазон вольтметра можно определить как интсрва ; изменения входной ьеличины, в пределах которого измерение происходит с относительной ошибкой б, не превышающей допустимую 651пп. ИЗ ОгlрСДСЛСНПя ОТНОСIПСЛЬПОП ошибки для известных устройств (6) = — б причем величина б ограничена сверху величиной

4 (с Un)ìàêñ (0)иакс

Un где U — результат измерения величпн U,-;

Un — - HcTllIllT0P 2II2we»I е измеРЯС»ой величины;

ЛУ вЂ” шаг ква !товапия по уров;!о.

AI.алпз выражепп5? (1) говорит о то!!, что выполнение последнего условия можно обеспечп-ь только лишь изменение» (умсньшеппем) величины AU, a. e.! Кол I cc i генным показателем момента смены значенпя ЛС/ может слуакпть выполПСШ?С УСЛОВИЯ (1 )пакс — доп.

Пр;! аппаратурпо "I реализации OHiic2:;поГО 2ЛГ013ПТМЯ IIPOIEIP ПО, ll>2032TBC51 COOTIIÎшеш;ем

1 (>) .: — —. Лсl, макс --и (3) 2.5

В обще«; случае ьели шиа К зависит от Un 5У

"«оп С и (4) 30

В предлагаемом устройстве указанный алГОритм реализуется с помоп1ью набора усилителей с коэффпцпсптом передачи I(„c=

Зк (Кап1п, Кк!аис5, 112OOP2 ИДЕНТИс1НЫХ КОМП2р2Тор0В, осуществляющих сравнение значений U,"I(i с Ес, блока срав le»HH U,. с нулеьым значением, который определяет знак входного сигнала.

®О В предлагаемом устройстве производится нормализация операндов путем использован!Гя усилителей с коэффициентом передачи, кратными основанию системы счисления.

Последнее означает, что мантисса числа всегда будет пе менее 1/q и соответственно

Отпосптсльняя пОГрешl!Ос Гь будет незчач!!тельиои. 1 аким образом, Использование в предлагаемом устроl?стве представ;!ения ин-!

110рм2цип В ?10рме с плявающе1! запятой

20 (110p51$01<

TO IiIOCTh (МЕТОДПЧЕСК! IO И H?ICTP) МЕПТЯЛЬную) преобразования входных величин. Но

llpH ак01! формс I!pB cT2B: спин информации предполаl астся Испо;lьзоваипе сложного ар ?фметпческо о устpOEicTB2, которое побы 11ропзво,EITB I-ерс,д c 1 l IpOB2. пнем (вычпташ?ем) трудоемкую операцию выр !BIIIIB21IH51 порядков. В предложенном ус?ройстве эта трудиост преодолена введс00 нием Дсшпфрытора, 1(GTopilH В зависимости от величины кода порядка подключает к выходу преобразователя няпр5?жение — вероятность соответствующий вход реверсивного счетчика, что 1!змепяет вес элементарЫ> ного приращения результата.

731578

Функционирование устройства в режиме измерения среднего по модулю происходит следующим образом.

В исходном состоянии все счетчики 8, 13, 16 и регистр порядка 12 установлены в нулевое положение. Кл1оч 5 разомкнут. При подаче иа вход устройство исследуемого сигнала U, формирователь 3 вырабатывает определенные сигналы в моменты прохождения U,. ° ерез нулевое значение, выделяя при этом период исследуемого сигнала. Сигналы с формирователя 3 поступают иа умножитель частоть1 6, который вырабатывает

Л тактовых импульсов, частота которых определяется периодом с1, Одновременно входной сип1ал поступает ra вход блока 2 сравнения с нулем, который формирует сигнал, соответствующий колу знака пз;lepsleмого мгновенно значения входного сигнала

U l, а также иа вход двухполупериодиого выпрямителя 1, который реализует функцию

1(х) = — (х), т. е. на выходе выпрямителя 1 формируется сигнал, равный абсолютному значению входного сигнала.

Таким образом, сигнал одного знака (только положительный или только отрицательный) гоступает на входы усилителей 4, коэффициенты передачи которых кратиы основанию системы счисления. Расположены усилители в порядке возрастания коэффициентов передачи К, от К„;;„до К.;с

Компараторы 7 осуществляют сравнение величин U К, с опорным напряжением 1.смг кс и = """" (0 — oci ование системы счиД сле;шя, далее для одиозна lliости полагают, что q = 2). При этом на выходах некоторых из компараторов 7, иа входах которых

U,. K;(Eo, формируется сигнал нулевого уровня, а иа остальных — e er!F!II÷iroão (T. е.

00...011...1). Граш1ца (переход из нуля в единицу) значений выходных сигналов однозначно определяет требуемый коэффициент передачи К;. Таким образом, с приходом первого тактово. о импу ",üñà шифратор 9 (иа основа;ши аиv..",,rçа выходных сигналов компараторов 7) определяет необходимый коэффициент К;; переда.ш, велич1ша которого определяется условием получения иормализовапного числа. При этом посредством коммутатора 10 к входу преобразователя напряжение — вероятность 14 под1Г!10чается напряжение, равное произведению

U,-К;;. Величина коэффициента передачи выбраи1юго усилителя преобразуется в код

l!0ð;:;,,:.::.:, Т1:о.:с:i::0:0 =„"rà lie!:::ÿ U,; с помощью бло <а 11. Сформирова1шый код по1351дк11 за1!ocr!Tcÿ в регистр порядка 12. Начиная со второго и до и-го такта. Нреооразователь 14 формирует вероятностный код велич!!!=i U,; ;К;;, который поступает иа информац11ониый вход дешиф13атора 15. Последний в зависимости от величины кода порядка разрешает прохождение «случайных» импульсов на соответствующий вход

2,д

4."5

6 реверсивного счетч:.На 16. Причем коды регистра порядка 12 н номера разрядов счетчика 16, на которые поступают «случайные» сигналы, совпадают. После окончания и-го такта ((и — 1) — число испытаний, необходимое для достижения заданной статистической точности) в счетчика 16 оказывается сформированный позициониьгй код величины U,";. Последшш из каждой серии по п импульсов переполняет счетчик числа испытаний 8. Сигнал переполнения фиксируется и счетчике числа отсчетов 13 и поступает на вход шифратора 9 для анализа выходных сигналов компараторов 7. По этому сигналу шифратор выбирает (при необходимости) новый усилитель с требуемым коэффициентом передачи для следующего мгновеннorо значения t.,.;+r. Затем в регистр порядка заносится код зыбраииого коэффициента передачи (i-t-1)-го значения входной вели !нны, ii 13 тсчсние следующих Il тактов формируется вероятностный код мантиссы .5,;-1-1 К1 Ь1.1

По приходу последнего из этой серии импульсов закаичшзается формирование частичной суммы U + Ь.,ч +1. Далее работа устройства происходила аналогично до m-го переполнения счетчика 8 (m — число отсчетов на заданном интервале или периоде измеряемой величины U,-) . .При m-ом переполнении счетчика 8 происходит переполнение счетчика 13. Этот сигнал переполнения поступает иа управляющий вход блока схем

И 17, на выходе которого формируется (передается из счетчика 16) код U,ð входного сигнала. Режим измерения среднего U,ð отличается от описанного выше только тем, что ключ 5 замыкает цепь: выход блока 2 сравнения с нулем — управляющий вход рсверсивного счетчика 16, по которой передается информация о знаке U,. Сигналы, поступающие на управляющий вход счетчика 16, определяют режим его работы— сложение или вычитание. Таким образом, по истечении Лг тактов (Т = т ll) со счетчика 16 считывается код алгебраической суммы (с учетом з11ака) мгновенных значений входной величины U, Операция нормирования, т. е. деления на

Х полученного результат", отсу-.ствует, так как М выбирается из условия Л = дх.

В этом случае жестко фиксированное положение запятой 13 выходном коде определяет значение измеряемых параметров.

Таким Ооразo3i, I3ne zelr! Ie допО r„!zeльных блоков и функциональны; связей позволяет повысить точность измерения треоуемых величин 11ли, r зависимости от предъявленных требований, увеличить быстродействие либо расширить динамический диапазон представления !lходных си-,rlaëor-. rip!i прежней тоrFrocv!. вычислений. Все это расширяет круг задач, решаемых подобными устройствами.

73 1 578

Формула изобретения

Составитель А. Воителев

Техред В. Серикова

Корректор А. Галахова

Редактор T. Иванова

Заказ 753/8 Изд. № 281 Тираж 995 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Стохастический вольтметр, содержащий последовательно включенные формирователь, умножитель частоты, счетчик числа 5 испытаний, счетчик числа отсчетов, блок элементов И, выходы которого являются выходами устройства в целом, а информационные входы подключены к выходам реверсивного счетчика, преобразо- 10 ватель напряжение — вероятность, управляющий вход которого подключен к выходу умножителя частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он дополнительно содержит ряд усилителей, 15 ряд компараторов, блок сравнения с нулем, коммутатор, шифратор, блок формирования кода порядка, регистр порядка, дешифратор, ключ, двухполупериодный выпрямитель, причем вход последнего подклю- 20 чен к входу формирователя и первому входу блока сравнения с нулем, второй вход которого подключен к земле и вывод через ключ — к управляющему входу реверсивного счетчика, информационные входы ко- 25 торого подключены к выходам дешифратора, информационным входом подключенноro к выходу преобразователя напряжение— вероятность и управляющими входами — к выходам регистра порядка, входы которого подключены к выходам блока формирования кода порядка, входами подключенного к управляющим входам коммутатора и к выходам шифратора, управляющий вход которого подключен к выходу счетчика числа испытаний и информационные входы— к выходам компараторов, первые входы которых объединены и подключены к источнику опорного напряжения, вторые входы— к выходам усилителей, входы последних объединены и подключены к выходу двухполупериодного выпрямителя, а выходы усилителей подключены также к информационным входам коммутатора, выход которого подключен к информационному входу преобразователя напряжение — вероятность.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тумфарт. Использование вероятностных принципов в новых измерительных приборах. «Электроника», № 15, 1975, с.33 — 34.

2. Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы Киев, «Вища школа», 1973, с. 534 (прототип).