Устройство для выделения переменнойи постоянной составляющих электри-ческого сигнала

 

Сееоз Соеетсмик

Соцмалнстеикпик

Ркаублнн

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ Сви ЕТИЗЬСТВУ (6t) Дополнительное к авт. свмд-еу (22) Заявлено 190279 (21) 2725943/18-21 с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Опубликовано 15,01.81. Бюллетень Й9 2

Дата опубликования описания 25, 01. 81 р()м. к,з

G 01 R 19/00

ГосуяарственныЯ коинтет

СССР

ho делам нзобретеннЯ н открытнй (53) УДК 821. Н7..7(068.8) (72) Авторы изобретения

S° . K° . Куприк и A И.Двойниченко (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ И ПОСТОЯННОЙ

СОСТАВЛЯЮЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам, используемым при анализе колебаний н деформаций, возникающих при воздействии на испытываемые изделия и системы суммы механических, статических и инфранизкочастотных нагрузок, и предназначено для получения по разным выходам устройства постоянной и переменной составляющих сигнала, поступающего на вход устройства, с целью дальнейшего стати стического анализа их воздействий.

Известны устройства, содержащие управляемый переключатель, подключенный к выходу сравнивающего устройства, и сглаживающуЮ цепочку. В таких устройствах переключатель автоматически срабатывает, когда периодический сигнал принимает значения постоянной составляющей, а сигнал переменной составляющей получается как разность между входным сигналом и напряжением на сглаживающей цепочке 1) .

Недостаток таких устройств заключается в том, что они предназначены для выделения импульсных последовательностей-и не могут быть использованы в том случае, когда переменная составляющая имеет малую величину производной, что типично для инфраниэкочастотных сигналов.

Известны также устройства для вы" деления переменной и постоянной со" ставляющих электрического сигнала, содержащие блок управления, преобразователь напряжение-частота, два счетчика, усилитель, резистор, источник напряжения, сумматор и компаратор, соединенные со входом устройства. Эти устройства обладают более высоким быстродействием. Принцип действия их основан на преобразовании входного сигнала в пропорциональный его уровню частотный сигнал, измерении среднего периода частотного сигнала эа период входного сигнала, формировании импульсной последо2© вательности с частотой повторения частотного сигнала и длительностью импульсов, равной половине его среднего периода, и выделении ..ри демодуляции импульсной последовательности переменной составляющей с последующим ее вычитанием из в.:.одного сигнала P2) .

Недостаток этих устройств — отста30 ванне по фазе переменной "". -.=òàç яю796764 — масштабный коэффициент цифрового резистора 7 с размерностью Ом/число.

Напряжение на выходе усилителя 8 определяется выражением: (4) т 1 кт 14+ щей выходного сигнала относительно входного, возникающее эа счет использования демодуляции, что приводит к уменьшению точности определения постоянной составляющей. Амплитуда выходной переменной составляющей зависит от постоянной составляющей, что требует дополнительной компенсации при разделении сигналов и увеличивает погрешность.

Бель изобретения — повышение точности и уменьшение фазового сдвига между переменными составляющими входного и выходного сигналов, Поставленная цель достигается тем, что устройство для выделения переменной и постоянной составляющих электрического сигнала, содержащее блок управления, преобразователь напряжение-частота, два .счетчика, уси"литель, резистор, источник напряжения, сумматор и компаратор, соединен- Щ ные со входом устройства, снабжено вторым сумматором, двумя элементами

2 И, цифровым управляемым резистором, цифроаналоговым преобразователем и г ер торо, соединенным чеРез эле- g5 мент 2 И со счетчиком, выход которого соединен со входом цифрового управляемого резистора, выход которого соединен со входом усилителя и резистором, второй выход которого соединен с выходом усилителя и входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с одним входом второго сумматора, второй вход которого, как и вход цифрового управляемого резистора, соединен с выходом источника напряжений, а выход второго сумматора соединен с первым выходом устройства, вторыми входами компаратора и сумматора, выход которого соединен со вторым выкодом уст- 40 ройства, причем вход устройства дополнительно соединен с преобразователем напряжение-частота, выход которого через второй элемент 2 И и второй счетчик связан со входом цифроаналогового преобразователя, а выход компаратора соединен с блоком управления, один выход которого соединен со входами элементов 2 И, а два других соответственно с управляющими входами счетчиков и управляющими входами цифрового управляемого резистора и цифроаналогового преобразователя.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

S5

Устройство содержит компаратор 1, преобразователь 2 напряжение-частота, сумматор 3, генератор 4 постоянной частоты, элемент 2 И 5, счетчик б, цифровой управляемый резистор 7, 60 усилитель 8, резистор 9, цифроаналоговый преобразователь 10, сумматор 11, выход которого соединен с выходом устройства, источник 12 напряжения, второй элемент 2 И 13, 65 второй счетчик 14, блок 15 управления с выходами 16, 17 и 18.

Устройство работает следующим образом.

Компаратор 1 выполнен в виде усилителя постоянного тока с дифференциальными входами, выход которого соединен со счетным входом триггера, выходной сигнал которого поступает на выход компаратора (на чертеже не показано). На выходе компаратора 1 сигнал "1" возникает в интервалах между нечетным и четным моментом, когда входной сигнал превышает сигнал на выходе сумматора 3. В интервалах между четным и нечетным моментами вышеуказанного превышения сигнал на выходе компаратора 1 равен нулю. В исходном состоянии счетчики б и 14 установлены в нулевые состояния. На вход устройства подается напряжение Ць„, содержащее переменную и постоянную составляющие.

Пусть входной сигнал имеет вид: Ьх 6 -Mein ) t (1) где (л.> — круговая частота переменной составляющей.

В начальный момент напряжение на выходе сумматора 11 равно нулю и на выходе компаратора 1 сигнал соответствует "1". В первом цикле измерения блок 15 управления по этому сигналу формирует на выходах 16 и 18 команды

"Счет" и "Перезапись". При этом от генератора 4 постоянной частоты через элемент 2 И 5 на вход счетчика б поступают импульсы с постоянной частотой Г . В счетчике б отсчитывается текущее число Мь

"ь = н (2) где t — текущее время включения компаратора 1.

Текущее число N6 все время переписывается в память цифрового управляемого резистора 7. Под воздействием числа N сопротивление цифрового управляемого резистора 7 изменяется. его величина соответствует:

7 Ь> (3) где U< — напряжение источника- 12;

29- сопротивление резистора 9. В то же время входной сигнал воздействует на преобразователь 2 напряжение-частота, на выходе которого формируются импульсы, напряжения с частотой:

< =

„где — начальная частота преобразователя 2, K - коэффициент пре796764 образования преобразователя 2 с размерностью Гц/в.

Импульсы с частотой fg, через элемент 2 И 13 поступают на.счетчик 14.

Число Н д, отсчитываемое счетчиком 14, Им = 1. Г, (t)d t, (6) поступает на цифроаналоговый пре-, образователь 10, сигнал на выходе которого описывается выражением: 30 где К р — безразмерный масштабный коэффициент цифроаналогового преобразователя 10.

Выбором масшабных коэффициентов множитель U - з - - приравнен

К Уд единице, и выражение (7) имеет вид:

У о где слаг ь

В. Напря 25 равно 3.

+ф + — (g-cosset) (g) ШС аемое р — имеет размерност

Ка жение на выходе сумматора 11

U, = ч — (i- count) (9) где U о напряжение источни- 30

12.

Напряжение U поступает на второй вход компартора 1, на выходе которого напряжение соответствует сигналу "1". Сигнал "1" на выходе ком- 35 паратора исчезает в момент, когда входной сигнал во второй раз ("четный" момент) превышает U, что происходит при t = to = „. В этот

2 же момент на выходе 18 блока 15 управления исчезает команда "Перезапись", а через небольшой промежуток времени на выходе 17 появляется команда "Сброс", устанавливающая счетчики 6 и 14 в нулевые состояния. При этом в памяти цифрового управляемо- 45 го резистора 7 и цифроаналогового преобразователя 10 остаются соответственно числа й„ и й,4, полученные в момент времени ср . В следующий интервал времени, когда сигнал 50 на выходе компаратора 1 соответствует "0", напряжения на выходах сумматоров 3 и 11 соответственно равны н Ф (10)

55 (11) U>=U -U = 4в п

Ь м

Таким образом, на выходах устройства получены постоянная и переменная составляющие входного сигнала. Щ

Следующий цикл измерения происходит после очередного превышения входным сигналом напряжения U« т. е. через период входного сигнала.

При этом появление "1" на выходе

R9 lo М

"ю-U la ì- i2 „, о,,Ф,,(-cosutl) (7)

15 компаратора 1 совпадает с командой

"Счет" на выходе 16. Процесс работы счетчиков 6 и 14 совпадает с ранее описанными, а в схемах памяти цифрового управляемого резистора 7 и сумматора 11 продолжают храниться ранее запомненные числа. При исчезновении

"1" на выходе компаратора 1 исчезает команда "Счет", выдается команда

"Перезапись", а после ее окончания команда "Сброс". Затем вышеописанный цикл повторяется периодически.

При этом сигналы на выходах устройства продолжают описываться выражениями (10), (11).

Положительный эффект заключается в получении по раздельным выходам с высоким быстродействием переменной и постоянной составляющих входного сигнала инфранизкочастотного диапазона. При этом между динамической составляющей входного сигнала и сигналом на выходе устройства отсутствует фазовый сдвиг, так как переменная составляющая на выходе получается вычитанием из входного сигнала его постоянной составляющей. Амплитуда определенной переменной составляющей равна амплитуде переменной составляющей входного сигнала и не зависит от уровня постоянной составляющей, что повышает точность определителя.

При усталостных и ресурсных испытаниях конструкций задаваемые механические нагрузки в большинстве случаев имеют разные значения положительных и отрицательных амплитуд, а закон изменения мгновенных значений нагрузок между амплитудами отличается от их аналитического описания. Поэтому возможность анализа реальных переменных и постоянных составляющих сигнала повышает достоверность результатов испытаний, что позволяет определить оптимальный вариант конструкции и, как следствие, приводит к повышению ресурса изделий.

Формула изобретения

Устройство для выделения переменной и постоянной составляющих . электрического сигнала, содержащее блск управления, преобразователь напряжения-частота, два счетчика, усилитель, резистор, источник напряжения, сумматор и компаратор, соединенные со входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения фазового сдвига между переменными "остав.пяющими входного и выходного сигналов, оно снабжено вторым сумматором, двумя элементами 2 И, цифровым упрс вляемым резистором, цифроаналоговым преобразователем и генератором, соециненным через элемент 2 И со счет иком, выход которого соединен со вхо796764

Составитель Ф.Цареградский

Редактор М.Цыткина Техред Ж.Kастeлевич . Корректор С.Щомак

Заказ 9

3 62 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

ППП

Филиал

Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дом цифрового управляемого резистора, выход которого соединен со входом усилителя и резистором, второй выход которогО соединен с выходом усилителя и входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с одним входом второго сумматора, второй вход которого, как и вход цифрового управляемого резистора, соединен с выходом источника напряжений, а выход второго сумматора соединен с первым выходом устройства, вторыми входами компаратора и сумматора, выход которого соединен со вторым выходом устройства, причем вход устрсйcтвa дополнительно соединен с преобразователе напряжение-частота, выход котОрого через второй эле. мент 2 И и второй счетчик связан со входом цифроаналогового преобразователя, а выход компаратора соединен с блоком управления, один выход которого соединен со входами элементов

2 И, а два других соответственно с управляюцими входами счетчиков и управляющими входами цифрового управля емого резистора и цифроаналогового преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии 9 48-23466, кл. I 10 В 6, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

IS М 340973, кл. G 01 R 17/02, 1970.