Цифровой интегрирующий вольтметр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 665 и 5 П 5 6 01 В 19/25 Е АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретенмерительной тметрам, обеспомехи сети итов схемы, пр юл, М 27й завод-втузов, Ю.А.Смагин и М.П.Шад 088.8)Б.И. Электронные измериры с цифровым отсчетом. Ки 70, с.37.свидетельство СССРН 03 М 1/52, 1975.ВОЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙие относится к цифровой изехнике. в частности к вольтпечивающим подавлениесобственных шумов элеменедназначенных для иэмерений малых уровней сигналов. С целью повышение точности измерения сигналов низкого уровня в него дополнительно введены масштабирующие блоки 7 и 9, усилитель 8 постоянного тока, интегрирующий преобразователь 5 напряжения в интервал времени и вычислительный блок 6, Блок 4 управления вырабатывает управляющий сигнал, под воздействием которого на выходе модулятора 1 вырабатывается сигнал, эквивалентный входному сигналу с наличием сигнала помехи в нем. Сигнал модулятора 1 поступает в преобразователь 2 ичерез блок 9 в преобразователь 5, выходные сигналы которых обрабатываются в вычислительном блоке 6 по приведенному в описании алгоритму, в результате которого цифровой отсчетный блок 3 индицирует скорректированный результат измерения. 2 ил,Изобретение относится к цифровойэлектроизмерительной технике, а именно кцифровым вольтметрам, обеспечивающимп(дооле 1 аа помехи сети и собства оных шумовзлементоо схемы интегрирующих преобраэователей, входящих в их состав, и может бытьиспользаоано при точных измерениях малыхх сип 1 алоо,Цель изобретения - повышение точно: сти измерения сигналоо низкого уровня, 10На фиг,1 представлена функциональнаясхема цифрового интегрируащего вольт, метра; на фиг.2 - временные диаграммы, (нафиг. 2 а - входной сигнал с помехой, нафиг.2 б - сигнал на управляющем входе модулятора, на фиг,2 в - выходной сигнал модулятора).Вольтметр содержит модулятор 1, ин, тегрирующий преобразователь 2 напряже, ния о интервал времени, цифровой 20отсчетный блок 3, блок 4 управления, первый выход которого соединен с управляющим входом модулятора 1, второй выходблока 4 управления соединен с управляющими входами интегрирующих преобраэователей 2 и 5 напряжения в интервалвремени, а третий выход блока 4 управления соединен с управляющими входамицифрового отсчетнога блока 3 и вычисленного блока б, масштабирующий блок 7, усилитель 8 постоянного тока, второймасштабирующий блок 9, вход масштабирующега блока 7 соединен с первым сигнальньпл входом модулятора 1, а выход - свторым сигнальным входом модулятора 1, 35выход которого через усилитель 8 постоянного тока соединен с входом интегрирующего преобразователя 2 напряжения винтервал времени и масштабирующего блока 9,выход которого через интегрирующий 40преобразователь 5 напряжения в интервалвремени соединен с вторым входом вычислительного блока б, первый охад которогоосоединен с выходам интегрирующего преобразователя 2 напряжения в интервал оремени, выход вычислительного блока 6соединен с входом цифрового отсчетногоблаха 3, а первый сигнальный вход модулятора 1 с входом 10 вольтметра,Вольтметр работает следующим абрасзоил.Гроцесс измерения заключается в следуащем. В течение времени Т (см.фиг,2 б -сигнал на управляющем оходе модулятора1) входной сигнал, состоящий из полезнага 55сигнала Чх и помехи Оп(1), О х(е) = Чх + Опподключен модулятором 1 к входу усилителя 8 настоянного тока, коэффициент передачи которого равен К = сопз 1. На входеусилителя 8, кроме того, действует сигнал собственного шума Ош(1), спектр которогосоответствует спектру фликкер-шума (1 ф,ш,от 0 до 1-5 кГц),Сигнал с выхода усилителя 8 поступаетна вход преобразователя 2 напряжения винтервал времени и на вход масштабирующего блока 9, коэффициент передачи Кд которого является частотно-зависимым иопределяется следующим выражением1, при 11 ф,ш,"э 1 К 2=сопз 11, при Ф=РгДе 1 Т + Т" 2 Ттф.ш частота моду1 1ляции модулятора.Так как вхоДнойсигнал Ох = Чх+Оп(1)промодулирован частотой Р, а сигнал шумаусилителя 8 постоянного тока - нет, то навыходе масштабирующего блока 9 получимсигнал, равныйКд 0 = КК 2 Чх+КК 20 п(1)+Кош(1).В результате на входах преобразователей 2и 5 напряжения о интервал времени в.течение времени Т будут присутствовать сигналы, соответственно01 = О 1. = КЧх+Коп(1)+КОш(1):02 = К 2(1)01 = КК 2 ЧХ+КК 20 п(1)+Ош(т),где О - сигнал на выходе усилителя 8,Благодаря тому, что входной сигнал оказывается усиленным усилителем 8 постоянного тока в К раз, то влиянием собственныхшумов преобразователей 2 и 5 напряженияв интервал времени на результат преобразования можно пренебречь. Поэтому в конце времени Т на выходах преобразователей2 и 5 будут сформированы интервалы времени, равныеТ Т О 1Т 11 -1 Т Т 02Т 12 = - - у1 - ,где Чд - образцовое напряжение.В вычислительном блоке б сформируются коды М и М 2 пропорциональные интервалам времени Т 11 и Т 12М 1 =М 01;82= г 102,ГДЕ М - СОПЗ 1,Далее в вычислительном блоке б вычисляется разностьМ 1 - М 2 = КО 1 -МО 2 = ИКЧх +Мкоп(1)+ЙКОш(1)-М КК 2 Чх Й КК 20 п(Т): - М КО ш(1)й К(Чх+ О п(1(1- К 2),Разделив полученный код на число (1-Кд)которое. хранится в памяти вычислительнбгоблока б, получим кодИ 1 = ВК(Чх+Оп(1 = МК 01 х(т)который далее сохранится в вычислительном блоке б.В течение времени Т сигнал, который поступает на второй вход модулятора 1 с выхода масштабирующего блока 7, инвертируется и подается на вход усилителя 8 постоянного тока, Учитывая, что коэффици ент передачи К 7 масштабирующего блока 7 является частотно зависимым и равен(1, при т 1 пк=О(1 = сопз 11, при 1=Ь где ЕлРф,ш - частота помехи сети, то оче видно, сигнал, поступающий на вход усили- тели 8, бУдет Равен О х(1) =-Ч-К 10 п(С).На входы интегрирующих преобразователей 2 и 5 напряжения в интервал времени будт поступать, соответственно, сигналы 15 011 = -К(ЧК 1 Щт)О (т;Й 12 = КК 2(Ч+К 10 п(т + КОш(т).В конце времени Т на выходах преобразователей 2 и 5 будут сформированы интервалы времени 2011 Т Т 01Т 21= у у11 Т Т 022 2 Ос, 25 а в вычислительном блоке 6 соответствующие этим интеовалам кодыЙ 2=НО 2.Затем будет получена разность 30И 11-Л 12 = ИК(Ч+К 10 (1)-Ош(т) - йкк 2 (Чх+К 10(т+ИКОш(1) = ИК(Ч+К 10 п(1(1-К 2), после деления которой на число (1-К 9) получимй = МК(Чх+К 10 п(1 = ЙКО х(т). 35Поскольку частота модуляции Р существенно выше частоты помехи 1, то можно считать, что сигнал помехи за время периода модуляции 2 Т не меняется. С учетом этого вычтя код М из ранее полученного кода 40 й и разделив результат нэ число (1-Кт), которое постоянно хранится в памяти вычислительного блока 6, находят код, пропорциональный помехеЯр М КОл(1) 45 Вычтя найденный код из кода й:, получим код, пропорциональный измеряемому сигналу Ч Их = М -Л 1= МК(Чх+О(т - Л 1 КОп(1) -. Л 1 КЧх,который затем передается в цифровой отсчетный блок 3 для индикации.Формула изобретения Цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий модулятор, первый интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, цифровой отсчетный блоК. блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом модулятора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом первого интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени, а третий выход блока управления соединен с управляющим входом цифрового отсчетного блока, о т л ич а ю щ и.й с я тем, что, с целью повышения точности измерения сигналов низкого уровня, в него дополнительно введены вычислительный блок, первый масштабирующий блок, вход котороко соединен с первым сигнальным входом модулятора,являющимсятакже входом вольтметра, а выход первого масштабирующего блока соединен с дополнительно введенным вторым сигнальным входом модулятора, усилитель постоянного тока, вход которого соединен с выходом модулятора. а выход усилителя постоянного тока соединен с входами первого интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени и второго масштабирующего блока, выход которого соединен с входом второго интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени, а его управляющий вход соединен с вторым входом блока управления, первый вход вычислительного блока соединен с выходом первого интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход вычислительного блока соединен с выходом второго интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени, управляющий вход вычислительного блока соединен с третьим выходом блока управления, а выход вычислительного блока соединен с входом цифрового отсчет- ного блока.1665314ФигСоставитель В. Смирнов едактор В. Данко Техред М.Моргентал Корректор М. Кучеряв аказ 2390 Тираж 418 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарин