Способ измерения сигналов низкого уровня

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19 594 С ИЗОБРЕТЕНИДЕТЕЛЬСТВ У ПИСА ВТОРСНОМ е 54 ОСОБ ИЗМЕ НИЯ СИГНАЛО НИЗК(51 изм ния электро- изобретеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Патент ФРГ В 2214602,кл. 6 01 К 19/26, 04.09.75.Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы, Киев.: Вища школ1913, с.435-437. Изобретение относится ительной технике. Цел овышение точности измерения. Устройство, реализующее способ,содержит ключи 1-3, интегратор 4,блок 5 : управления, блок 6 сравнения и измеритель 7 интервалов времени. Многократное повторение операций интегрирования напряжения смещения и опорного напряжения на суммарном интервале времени, равном длительности заданного.и полученного информативного интервалов времени так, что время интегри.рования напряжения смещения каждый раз задают меньше .оставшейс части суммарного интервала на величину,пропорциональную отношению максимального значения напряжения смещения к значению опорного напряжения, компенсирует аддативную погрешность. В описании дан пример выполнения блока 5 управления и приведены временные диаг раммы, поясняющие способ. 3 ил.Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено .для создания измерительных приборов сигналов низкого уровня.Цель изобретения - повышение- точности измерения за счет компенсации аддативной погрешности.На фиг. 1 представлена временная диаграмма, поясняющая, предлагаемый способ; на фиг. 2 - блок-схема устройства для его осуществления; на фиг. 3 - структурная схема блоКа управления.Устройство содержит ключи 1,2 и 3, интегратор 4, блок 5 управления, блок 6 сравнения и измеритель 7 интервалов времени, причем выходы ключей 1,2 и 3 соединены с входом интегратора 4, а их входы - с источниками входного и опорного сигналов и земляной шиной соответственно, .выход интегратора 4 соединен с одним входом блока 6 сравнения, второй вход которого подключен к земляной шине, а выход - к входу блока 5 управления, выходы последнего соединены с управляющими входами ключей,1,2 и 3 и. входом измерителя 7 интервалов времени.Блок 5 управления содержит генератор 8 тактовых импульсов, счетчики 9 и 10, дешифратор 11, умножитель 12 кода на постоянный коэффициент выполненный в виде постоянного запоминающего устройства с защитой таблицей кодов, триггеры 13 и 14, элемент И 15 и элемент ИЛИ 16. Выход .блока 6 сравнения подключен к,первому входу триггера 13, входу управления записью счетчика 10 и входу сброса по фронту импульса триггера 14, прямой выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 16, инверсный выход - с управляющим, входом ключа 3, а установочный вход - с выходом переноса счетчика 10, вход записи которого через умножихель 12 подключен к выходу счетчика 9 и входу дешифратора 11, прямой выход которого соединен с управляющим входом ключа 1, а инверсный выход - с .вторым входом элемента ИЛИ 16. Выход элемента ИЛИ 16 подключен к управляющему входу ключа 2 и первому входу элемента И 15, выход которого соединен со счетным входом измерителя 7, а второй вход - с выходом генератора 8 и тактовыми входами счетчиков 9 и 10,Выход триггера 13 подключен к входу управления направлением счета измерителя 7, а входы сброса измерителя 7, счетчиков 9 и 10, триггеров 13 и 14 соединены с входной шиной запуска.Предлагаемый способ осуществляют . следующим образом.В первом такте за фиксированное время Т, интегрируют измеряемое нап" ряжение О совместно с напряжением смещения. После этого осуществляют списывание до нуля накопленного интервала путем интегрирования опорного напряжения Ц , Как,следует из временной диаграммы (фиг, 1), в течение интервала времени о; й, процесс.описывается выражением е(То + АТ) + ПТо- ЦодТ 0 . (1)Далее осуществляют поочередное интегрирование напряжения смещения еи опорного напряжения П , причем интервал Т , Ц = 1,2,3) интегриро-.вания найряжения смещения каждый раз 25задают меньше оставшейся части Тсуммарного интервала времени й -йд(Т-То, -дТ ) (на Фиг. 2 показаны только два интервала) и т.д. до тех пор,пока интервал Т , не станет пренеб режимо мальм.Процесс в течение суммарного интервала времени; й описываетсясоотношениемио,е(Т +ьТ,) -П Г ЬТ; =0 (2)1=2где и - число интервалов интегрирования напряжения смещения.45Вычитая из выражения (1) выражение (2), получим Функцию преобразованияЬТ, -оТ= - " Т (3)У1=250Выражение (3) показывает,что напряжение смещения е не оказывает влияния на точность измерения напряжения 0. Погрешность измерения опре деляется точностью выполнения равенства- й То + дТ,. Практически это равенство обеспечивается с точностью до периода квантующих импульсов, с помощью которых формируютсяинтервалы времени То и б Т, . Применение кварцевых генераторов частотыпозволяет реально обеспечить погрешность формирования интервала- 1 5не более (10 - 10 ) Ж.,Для определения числа и повторений операций интегрирования,напряжения смещения можно записать следующие очевидные соотношения. Если условно принять длительность суммарного интервала Т + ЬТ, эа единицу,то после первой операции интегрирования напряжения смещения и описывания накопленного интеграла опорным 15напряжением до нуля для оставшейсячасти единичного интервала будетТомсправедливо о ьЕ,после второй3г,операции - (Т, /Т) 4. 1 с ;после тре,тьей операции (Т с/Т)с 1 с и в общем случае (Т ,/Т) ( к". Задаваядопустимое значение погрешности Е(погрешности задания суммарного интервала времени), получаем уравнение 25для достаточного количества числаопераций интегрирования напряженияисмещения М = Г,откуда и = (1 рЕ/1 цЕ),Реально 110 , тогда, например,-Ф1для Е 10 получаем и й 2,т.е,практически число повторений операции интегрирования напряжения смещения не бывает большим двух.Устройство для осуществления пред-З 5лагаемого способа работает следующимобразом.В начальный момент времени импульсом запуска сбрасываются измеритель7, счетчики 9 и 10 и триггеры 13 и щ14.Затем дешифратор 11 открывает ключ1 на фиксированный интервал времениТ,. Одновременно счетчик 9 нодсчитывает время и по окончании интервалаТ 1 дешифратор 11 закрывает ключ 1 иоткрывает ключ 2 до прихода импульса с блока 6 сравнения, который записывает в счетчик 10 код времени,соответствующий Ти взводит триггер 14, тем самым закрывая ключ 2 иоткрывая ключ 3. По истечении интервала Т, счетчик 10 импульсом переноса переводит триггер 14 в "1" открывая ключ 2 и закрывая ключ З.Это состояние продолжается до прихода очередного импульса с блока 6 сравнения, после чего цикл повторяется.Счетчик 9 работает на вычитание, поэтому в моменты времени прихода импульса с блока, 6 сравнения значение кода в нем Исоответствует оставшейся части Т, суммарного интервала времени. Весь суммарный интервал времени определяется емкостью счетчика 9.Измеритель 7 осуществляет измереиние разности ЕТ -.ьТ.,лропор 1=2циональный входному напряжению.Таким образом, предлагаемый способ позволяет с точностью до используемой меры времени устранить погрешность от дрейфа напряжения смещения, если значение последнего не изменяется за время одного измерения.Формула изобретенияСпособ измерения сигналов низкого уровня, основанный на интегрировании входного сигнала в течение заданного интервала времени и последующем интег-, рировании опорного напряжения до момента равенства нулю накопленного интервала, запоминании полученного информативного интервала времени, последующем интегрировании напряжения смещения и интегрировании опорного напряжения до момента равенства нулю накопленного интервала и определении разности между интервалами времени,в течение которых осуществлялось интегрирование опорного напряжения, о тл и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, операции интегрирования напряжения смещения и опорного напряжения повторяют многократно на суммарном интервале времени, равном длительности заданного и полученного информативного интервалов времени, причем время интегрированиянапряжения смещения каждый раз задают меньше оставшейся части суммарного интервала на величину, пропорциональную отношению максимального значения напряжения смещения к значению опорного напряжения.1241131 ДО 5 ЛРНОЯ ЛРГ Составитель С.КабиковТехред О.Сопко Корректор Т.Кол Редактор А.Лежнина Заказ 3483/39 5 ическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,роизводственно-полиг ВНИИПИ Госу по делам .113035,Мос аж 728рственногозобретенийа, Ж, Р Подписнокомитета СССРи открытийаущская наб., д