Квадратирующий преобразователь

чИзобретение относится к измерительной технике и автоматике,Известно устройство для возведения в квадрат аналоговых сигналов, которое содержит три глодулятора, перемнокитель, 5 фильтр низких частот, блок управления, связанный с,входами модуляторов, причем первый и второй модуляторы соединены между источником преобразуемого сигнала и входами перемножителя, выход которого свя зан с входом фильтра нижних частот.Недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная динамическими погрешностями при преобразовании переменных сигналов, 15Наиболее близким к изобретенио является устройство, содержащее два переключателя, два сумматора, четыре масштабирующих блока, два корректирующих квэдрэтора, блок умножения и блок управления.ЪЭто устройство имеет сложную конструкцию.Целью изобретения является упрощение конструкции и расширение частотного 25 . диапазона.Схема устройства приведена на фиг.1;на фиг.2 - схема блока управления, где 1 - квадратор низкой точности, 2 - блок управления, 3 - переключатель, 4 - коректируощий квадратор, б,б - масштабирующиеблоки, 7 - сумматор, 8-10 - интегрозапомина 1 ощие устройства, 11 - дифференциальный усилитель, 12 - ключ, 13 - резистор, 14- распределитель импульсов, 15 - тактовый 35генератор.Выходной сигнал реального квадратораможет быть с достаточной точностью представлен выражением40Е = (х + а + Рх + ухг)2 (1)где х - преобразуемый сигнал;а,ф иу- постоянные коэффициенты, обусловленные погрешностями смещения, масштабирования и нелинейности.Для исключения погрешностей квадратирования, обусловленных отличием ст нуля . коэффициентов ау, можно осуществ лять компенсацию погрешностей подачей на вход квадратора, наряду с сигналом х, сигналаЬ х = ак + Д х + у. хг, (2)где ак, Д, у - постоянные коэффициенты. При этом, подставляя уравнение (2) в выражение (1), при хх; - Ь х получают.(х) = ТРо + х 1 Р 1+х Рг+х Рз+х Р 4), (3) где Ро = а - ак - Ра +у 4; Р 1= (1+Я (1 -- уа ф+Д - 2): Рг= =(1+Я)4, +у (1 -Д)(1 -Дау у; Рз = 2 у у - р + Д) р уР 4 = уу 1;: Ъ(х) - выходной сигнал квадрэтора приподаче на его вход суммы сигналов Х 1 - Ьх, Если в выракении (3) х = О, то при Ъ = 0получэ 1 от условие инвариантности от а:(4) Условие инвариантности от у, пренебрегая малыми высшего порядка,. находят из выражения (3) при х 1 = хо, х 2 = -хо при условии (4) в нЕявном виде: Р 1 Р 2+Р 1 Р 4 2 Х,+РзР 4 хо % - у5) де хо - значение опорного сигнала Иэ выражения (5) находят независимости преобразовапринятой модели квэдратораыражения из (3) с учетом уравпри х = хо,Условия ния от ф для определяют нений (4), (6) Ез(хо) = (Р 1 +(Р 2 +2 Р 1 Рз+2 Р 2 Рз)хо+(РЗ+2 Р 2 Р 4)хо + Р 4 х )х о( Пренебрегаялучэют приЛз(хо) - хо =02ловие инвэриа лежалыми высшего порядка(8) ости от=Д а, Л,Л ИЛ 1 И П Значения Лау, поэтомупренебречь,Принцип действия уванного с учетом вырающий,о меньше и можно умн рактиче строиства, реалиэоений (1) - (9), следуПреобразование происходит в четыре такта. В первом такте через переключатель 3 на вход сумматора 7 задается сигнал хо = 0 и блок 2 управления изменяет смещение на четвертом входе сумматора 7 до момента, когда сигнал 2 нэ выходе квэдрэтора 1 низкой точности станет рэЗным нул 0, При этОм ВыГОнй.". гся чсОи 1 ;О :с и (4), э2002302 10 1гх 1 - тх 2)Т 3 о 2 хо 20 25 3035 40 50 полученное значение а, фиксируется в блоке 2.Во втором такте переключатель 3 по команде от блока управления подключает с периодом Т сигналы х 1 = хо и х 2 = -х кроме того, блок управления изменяет коэффициент передачи масштабирующего блока 6,В момент, когда достигается равенство определяемое в блоке 2 значение коэффициента передачи блока 6 фиксируется в блоке 6 при этом выполняется условие инвариантности (6),В третьем такте переключатель 3 подключает опорный сигнал х 1= хо к входу сумматора 7 и блок 2 управления изменяет коэффициент передачи блока 5 до момента, когда выполняется условие инвариантности (9). Полученное значение Д запоминается в блоке 2.В четвертом такте преобразуется входной сигнал х. Результат преобразования получается практически независящим от погрешностей а,/3, у, Процесс коррекции периодически повторяешься. Так как изменение корректируемых погрешностей от времени или температуры происходит медленно, то практически затраты времени на коррекцию менее десятых долей процента от времени преобразования.Наиболее целесообразной областью применения устройства являются преобразователи и вольтметры действующего значения, а также многоканальные измерительные системы.В качестве квадратора 1 низкой точности в устройстве могут быть применены как быстродействие, например, на основе полевого транзистора, так и инерционные, например, на основе термопреобразователя квадраторы с погрешностью 0,5 - 2.Квадратор 4 должен быть быстродействующим, но может быть меньшей точности, так как используется только для коррекции погрешности. Если квадратор , низкой точности воспроизводит квадрат мгновенного значения входного сигнала без усреднения результата преобразования, то вспомогательный квадратор 4 может быть совмещен с квадратором низкой точности, при этом вход блока б соединяется с выходом квадратора низкой точности (см, прерывистую линию на фиг.1),Вариант выполнения блока управления приведен на фиг.2. Принцип его действия следующий. В первом, втором и четвертом тактах ключ 12 закрыт, поэтому в первом такте сиг. нал с выхода усилителя 11, вход которого. соединен с квадратором 1 низкой точности,5 пропорциональный Е(0), передается на вход устройства 8. За счет действия отрицательной обратной связи напряжения на входах усилителя 11 уравниваются, т.е, 2(0)О. По окончании такта передача сигнала с усилителя 11 на вход устройства 8 прекращается, так что сигнал, соответствующий а, на входе устройства 8 фиксируется.Подобным образом происходит отработка":и запоминание управляющих сигналов для масштабирующих блоков 5. 6 во втором и третьем тактах с той разницей, что в третьем такте ключ 12 открыт и с выхода усилителя 11 на вход устройства 10 поступает сигнал, пропорциональный разности 2(хо) - Еп, где Ъп = хо .В четвертом такте устройства 8 - 10 сохраняют заданные в первом-третьем тактах значения выходных сигналов. Управление блоками 3, 8-10, 12 осуществляется от распределителя 14 импульсов, тактируеь 1 ого генератором 15.Схема интегрозапоминэющего устройства выполняется по известной схеме, приведенной на фиг.3. Оно содержит интегрирующий усилитель, инвертор и два ключа, с помощью которых задается время интегрирования по прямому и инвертирующему входам интегрозапоминающего устройства.Все ключи в интегрозапоминающих устройствах 8, 9, 10 и переключателе 3 выполнены цифроуправляемыми (на микросхеме, например, серии КН 590), При этом соответствия между входным сигналам О переключателя 3, номерами 1 тактов и кодовыминаборами й могут быть следующими:. Оз 0 -хо +хо +хо хМ 000 01 010 011 100 101 110 111г 3 4 Управляющие ключами сигналы формируются распределителем 14 импульсов, который может быть выполнен, например, на основе двоичного счетчика и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), падключенного к его выходу, Для некоторых типов цифроуправляемых ключей их управляющие входы могут быть подключены непосредственно к выходу двоичного счетчика. Кодовые комбинации для управления ключами формируются на выходах ПЗУ при изменении состояния счетчика под действиемимпульсов от генератора 15,(56) Авторское свидетельство СССР1 Ф 1084821, кл. 6 06 6 7/20, 1984,Формула изобретенияКВАДРАТИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные сумматор и квадратор низкой точности, выход которого является выходом квадратирующего преобразователя, два масштабирующих блока, корректирующий квадратор, блок управления и переключатель, информационные входы которого с первого по четвертый соединены соответственно с источником входного сйгнала, шиной нулевого потенциала и с источниками первого и. второго опорных сигналов, выход переключателя соединен с первым входом сумматора и через первый масштабирующий блок - с вторым входом Авторское свидетельство С.ССРМ 1439 б 28, кл. 6 06 6 7/16, 1988,сумматора, выход корректирующего квадратора через второй масштабирующий блок подключен к третьему входу сумматора, а выход квадратора низкой точности соединен с входом блока управления, вы ходы которого с первого по третий соединены соответственно с управляющими входами переключателя и первого масшта-. бирующего блока и с четвертым входом сумматора, отличающийся тем, что, с 15 целью упрощения конструкции и расширения частотного диапазона, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом второго масштаби- рующего блока, а выход сумматора под ключен к входу корректирующего квадратора.Ом 1