Стохастический преобразователь напряжения

(5 4 Н 03 М 1/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 07.12.87, Бюл. У 45 (71) Гомельский государственный университет(54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измери- тельной технике, в частности к устройствам измерения напряжений с помощью цифровых измерительных приборов - вольтметров, аналого-цифровых преобразователей. Цель изобретения - повышение точности измерения. Преобразователь содержит генераторслучайных чисел, цифровой вольтметр 2, входные шины 3,4, переключатель 5Т 801358093 А 1 управляемый делитель 6 напряжения,выполненный на резисторах 7,8 и клю- .че 9, регулируемый источник 10 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 11, а генератор случайных чисел выполнен на генераторе 12 импульсов, ключе 13 и счетчике 14, В преобразователе использованы статистическая минимизация, погрешность от квантования эа счет ведения случайных сигналов. С помощью генератора 1 случайных чисел, регулируемого источника 10 опорных напряжений и цифроаналогового преобразователя 11 устанавливается максимальное значение величины случайного сигнала, рав- . ное максимальному значению предела измерения цифрового вольтметра, производится измерение функции распределения случайного сигнала, после чего его динамический диапазон уменьшается в определенное число раз и производятся многократные измерения суммы случайного сигнала с измеряемым напряжением. Результат вычисляетсяф е. 2 з.п. ф-лы, 1 ил,3580932где В ,В - сопротивления первого 7и второго 8 резисторов.Напряжение с выхода ЦАП уменьшается в и раз и в сумме с,неизвестнойизмеряемой величиной напряжения Ппоступает на входы вольтметра 2.При этом на выходе ЦАП вырабатываются случайные значения напряжений1 О с известной функцией распределенияР(11), Зти сигналы, уменьшенные поамплитуде в К раз с помощью делителя6, складываются с измеряемой величиной 11 и измеряются вольтметром. По15 результатам многократных измерений ах (и раз) определяется значение функции распределения суммарного сигналаотносительно одного выбранного уровня квантования, например И, где н 2 О 11 - величина шага квантования циф рового вольтметра, Б - код случайно. го числа на выходе генератора 1.Зто значение функции распределения равно вероятности того; что сум 25марный сигнал меньше уровня Б-ЛБ,поэтомуза значение уровня можно выбрать показание вольтметра, котороеменяется в процессе многократных измерений. Неизвестное измеряемое напряжение 11 определяется по полученным значениям в соответствии с выражением(4) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устфойстваи измерения напряжений с помощью цифровых измерительных приборов - вольтметров, аналого-цифровых преобразователей.Цель изобретения - повышение точ ности измерения.На чертеже приведена функциональ ная схема преобразователя.Преобразователь содержит генератор 1 случайных чисел, цифровой вольтметр 2, входные шины Зи 4,переклЬчатель 5, управляемый делитель 6 напряжения, выполненный на, резистор 7 и 8 и ключе 9, регулируемый источ ник 10 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП 1 11 Генератор 1 случайных чисел выполне на генераторе 12 импульсов, ключе и счетчике 14,Преобразователь работает следующим образом.Измерение осуществляется в два этапа. Сначала определяется функция распределения случайных напряжений с выхода ЦАП 11 и производится умен шение их амплитуд в определенное чи ло раз. Для этого. переключатель 5 устанавливают в положение, при кото ром первый вывод резистора 8 делителя 6 оказывается подключенным к входам вольтметра 2, а шина 4 источника измеряемого напряжения отключена. Ключ 9 замкнут, так что резистор 7 зашунтирован и коэффициент деления делителя равен единице. После этого включается вольтметр 2 и выходное напряжение ЦАП оказывается приложенным к входу вольтметра, Контролируя по показаниям вольтметра величины случайных напряжений, их максимально возможная амплитуда устанавливается равной верхнему пределу измерения вольтметра. После этого производится многократное изменение Случайных напряжений (п, раз) и их измерениевольтметром 2, в результате чего определяется функция распределенияслучайного напряжения во всем динамическом диапазоне прибора.Затем размыкают ключ 9 и изменяютположение переключателя 5. При этомцепь делителя 6 включается второйрезистор 7, устанавливается коэффициент деления делителя 4:В+В В т(1)В-( - ) (2) 35 1, ппгде - Р( в -) - полученное значениеК ифункции распределения случайногосигнала с учетом ,ее сжатия в К раэ.Для того, чтобы не сужать динамический диапазон измеряемых напряжений, амплитуды случайных сигналовЧдолжны быть достаточно малыми. В 45 идеальном случае максимальная амплитуда случайного сигнала должна бытьравна шагу квантования 411 вольтметра 2, т,е., если на первом этапе навыходе ЦАП 1 выставлено максимальное значение напряжения, равное пределу вольтметра Б=Ур =Бк,ЗП,то делитель 6 должен обеспечить егоуменьшение в К раз, так что1.1 ск м Бмкс 4 Пк(3)55Условие (3) выполняется, если выбрать соотношение резисторов 6 и 7В 11 арВ 41.1.3 358093 4Тогда с учетом (1) и (4) зволяют повысить точность измерениясьм И лУЩ, (5)входного напряжения.К,ИзУ ,При этом и определение параметров+( -1)случайного сигнала и измерение неЧисло измерений и , необходимых 5 известной величины осуществляется для первоначального определения функ- с помощью входящего в состав преобции распределения случайных сигналов, разователя цифрового вольтметра.а также число многократных измеренийп для определения неизвестного напря- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я жения выбираются иэ общих, известныхтребований к измерению характеристик 1. Стохастический преобразовательслучайных величин. Как правило п, напряжения, содеркащий первую входпд=30-100. ную шину, генератор случайных чиселВыработка случайных напряжений и управляемый делитель напряжения, производится с помощью генератора 15 выход которого подключен к первому 1 случайных чисел и ЦАП 11 следующим входу блока цифрового измерения, образом. о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,С выхода генератора 12 высоко- с целью повышения точности, в него частотные прямоугольные импульсы по- введены переключатель, регулируемый ступают на счетный вход счетчика 14, 20 источник опорного напряжения и цифПри нажатии ключа 13 на управляющий роаналоговый преобразователь, а блок вход счетчика 14 поступает нулевой цифрового измерения выполнен на цифпотенциал, разрешающий его заполнение Ровом волЬтметре, причем информационимпульсами от генератора 12. При ные входы цифроаналогового преобразо 5отпускании ключапоступление импуль- вателя соединены с соответствующими сов блокируется и на выходных разряд- выходами генератора случайных чисел, ных шинах счетчика 14. Код с выхода первый и второй входы опорного напря 1 счетчика поступает на входы цАП 11 жения подключены к соответствующим на выходе которого появляется соот- выходам Регулируемого источника ветствующее ему напряжение. При пос опоРного напряжения,. а первый и втоледующем нажатии ключа 13 происходит рой выходы подключены к первому и повторное заполнение счетчика 14 и второму входам управляемого делителявыборка нового. напряжения на выходе напряжения соответственно, последнийЦАП. Поскольку время нажатия ключа из которых подключен к выводу подвиж не коррелировано с периодом гене ного контакта переключателя, вывод ратора 12, каждый раз счетчик запол- пеРвого неподвижного контакта котороняется случайным числом импульсов и го является второй входной шиной, каждый раэ вырабатывается случайная а вывод втоРого неподвижного контакступенька напряжения на выходе ЦАП та объединен с вторым входом цифрово. Такой режы позволяет после каж го вольтметра и подключен к первой дой выработки случайного напряжения входной шине.произвести его сложение с измеряемым 2. Преобразователь по и. 1, о т - напряжением и их измерение вольтмет- л и ч а ю щ и й с я тем, что генераром 2, а затем повторить цикл. тор случайных чисел выполнен на генеРегулировка максимальной амплиту Раторе импульсов, ключе и счетчике, ды случайного напряжения производит- управляющий вход которого соединенся предварительно с помощью регули- через ключ с шиной нулевого потенциаруемоРо источника 10 опорного напря- ла, счетный вход - с выходом генеражения. для этого, например, на входы тора импульсов, а выходы являются ЦАП подается код максимального вход-И выходами генератора случайных чисел. ного сигнала и регулировкой источ. Преобразователь по и, 1, о т -ника О устанавливается максимальная л и ч а ю щ и й с я тем что управамплитуда на выходе ЦАП 1 (устано- ляемый делитель напряжения выполненвочные входы счетчика 14 не показа- на двух резисторах и ключе по55подклюны). ченном параллельно первому резистору,Возможность периодической калиб- первый вывод которого и первый выворвый выводровки средств, формирующих случайные второго резистора являются соответстнапряжения, в составе устройства по- венно первыми вторымвходами управ 53580936ляемого делителя напряжения, а вто- торов объединены и являются выходомрые выводы первого и второго резис- управляемого делителя напряжения.Составитель 3. МоисеенкоРедактор Н. Бобкова Техред М.Дидык Корректор С, ЧерниЗаказ 6008/56 Тираж 900 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4