Стохастический вольтметр

Республик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное к авт. св 1 аявлено 21.10,75 (21) 2183199,18-2 51) М. Кл.зН ОЗК с присоединением заявки23) Приоритет Государственный комите Бюллетень16 (53) УДписания 30,04.80 1,325 88,8)(71) Заявитель Минский радиотехнический инстит(54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ЬТМЕТ 2 25 сигнала.Цель цзопреобразов средневыпрзначении н ЗО Поставле- повышение чпслецпя ср (среднего по достигается ретеццянпя ц вьмлеццогпряженцная цел точности еднего цмодулю) м, чт Изобретение относится к электроизмерительпой технике и мозкет быть использовано для измерения среднего, средпевыпрямленного (среднего по модулю) значений напряжений стохастическим способом.Известно устройство, содержащее датчик, выход которого подключен к входу измерительного преобразователя, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход - к выходу синхронизатора, третий вход - к выходу генератора опорного напряжения, а выход - к первому входу двухканального счетчика, второй вход которого подключен к входу источника тактовой (опорной) частоты 11, Это устройство непосредственно предназначено для измерения средних значений исследуемого напряжения,Однако оцо имеет постоянное разрешениее (чувствительность) по уровню, и, следовательно, измерение значений напряжения, изменяющегося в широком динамическом диапазоне, с его помощью пе целесообразно.Наиболее близким по техническому решению к предложенному является устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, преобразователь напряжение - вероятность, два счетчика, блок деления, цифровое отсчетное устройство, вход которого подключен к выходу блока деления, первыи и второй Входы которого подключенъ к Выходам первого и второго счетчиков соответственно, вход первого счетчика подключен к выходу преобразователя напряжение - вероятность, первьш вход которого является входом устройства в целом, и подключен к входу генератора тактовых импульсов, выход которого подключен ко второму входу пре образователя напряжение - вероятность цвходу второго счетчика 12, В этом устройстве преобразователь напряжение - вероятность выполнен в виде трех отдельных блоков: измерительного устройства сравце нця, усилителя ц генератора равномернораспределенных случайных величин, а генератор тактовых импульсов входит в блок генератора равномерно распределенных случайных импульсов.20 Недостатком этого устройства являетсянепостоянство относительной ошибки измерения мгновенных значений входного сигнала, что, естественно, приводит к уменьшению частоты средних значении входного3в устройство, содержащее последовательно включенные формирователь, у)Ио)кель частоты, счетчик числа испытаний, счетчик числа отсчетов, блок элементов И, выходы которого являются выходамп устройства в целом, а информацпопные входы подклю.Сны к выходам реверсивного счетчика, реобразователь папряжеше - вероятность, управляющий вход которого подкло-еп к выходу умно:кителя частоты, дополн:тельно введены ряд усилителей, ряд компараторов, блок сравнения с нулем, коммутатор, шифратор, блок формирования кода порядка, регистр порядка, дешифратор, ключ, двухполупериодпый выпрямите;ь, причем вход последнего подключен к входу формирователя и первому входу блока сравнения с нулем, второй вход которого подключен к земле и вывод через ключ - к управ;5 пощему входу реверсивного счетчика, информационные входь которого подключены к выходам дешифратора, информационным входом подключенного к выходу преобразователя напряжение - вероятность и управляю- щР 1 Р входами - к выходам регистра порядка, входы которого подключены к выходам блока формирования кода порядка, выходами подключенного к управляющим входам коммутатора и к выходам шифратора, управляющий вход которого подключен к выходу счетчика числа испытаний, и информационные входы - к выходам компараторов коммутаторов, первые входы которых обьединены и подключены к источнику опорного напряжения, вторые входы - к выходам усилителей, входы последних объедРНеРь и подключены к выходу двухполуперОдноо выпрямителя, а выходы усилителей подключены также к информационным входам коммутатора, выход которого подключен к информационному входу преобразователя напряжение - вероятность.На чертеже представлена структурная схема стохастнческого вольтметра.Устройство содержит двухполуперРодпый выпрямитель 1, схему 2 сравнения с пулем, формирОВ 2 Гель 8 ряд усплителе 1 4, к;1 Оч 5, увножтель частоты 6, ряд схем сраьпсния 7, счетчик числа испытани 8, шифратор 9, коммутатор 10, схему формирователя кода порядка 11, регистр порядка 12, счетчик числа отсчетов 13, преобразователь напряжение - вероятность 14, дешифратор 15, реверсивный счетчик 16 н олок эссптов И 17.Входной динамический диапазон лолы- метра можно определить как интсрвал изменения входной ьеличины, в пределах которого измерение происходит с относительной ошибкой О, не превышающей допустиМУю 0;оп, Из ОГ 1 Рсдслснп 51 Относптельпон ошибки для известных устройств 16) =причем величина б ограничена сверху величиной,")аксУи где с, - результат измсрешя величины У,;,и - истинное значеш:е измеряемой величины;Л, - шаг кваптоваия о уроьч ю.Л:алпз выражепп 5 11) говорит о том,что выполнение последнего условия можно 10 ОбЕСПЕЧП сь ТОЛЬКО ЛИШЬ ИЗМЕЕПИЕМ ,у)СРЬшепнем) величины Л/, ). е. 1 Чм.к, -с, Ь.,/ 1 к ,о пчсстгеым показателем моментасмены значенпя ЛСI может слу)кпть вьполсшс условия))акс - поп 0 Пр; аппаратурой реализации описаноГо алгоритма проще пользоватся соотношеп нем В общем случае ьеличша К зависитОт Сlп У30 В предлагаемом чстройствеказанныйалГОритм реализуется с помоп 1 ью набораусилителей с коэффициентом передач К3)к (Кмпп Кпаис) паоора иДенти 1 ных компараторов, осуществляющих сравнение значений К"К, с Ес, блока сравнения ь,. с нулевым зачепием, который определяет знаквходного сигнала.О В предлагаемом устройстве роизводптсянормализация операндов путем использованя усилителей с коэффициентом передачи,кратными основанию системы счисления,Последнее означает, что мантисса числавсегда будет пе менее 1/О и соответственноОТПОСНТСЛЬНа 5 ПОГРЕШ 1 ОС ГЬ ОУДЕТ НЕЗН 2 ЧПтельиои, 1 аким образом, Использование вПРЕДЛ 2 ГаЕМОМ УСТРОРСТВЕ П 1)ЕДСТав 1 ЕНИ 51 ИНформ 2 цнп В (1)орМе С ПЛаваЮщеИ заПЯТОИетодпческ О и РНст руептальную) преобразования входных величин, НоПРП таКОй фоРМС РЕДстаВЛСПИЯ ИНС)ОРМ 2- ции предполаГастс 51 Испо;1 ьзованпе сложно Го )фметческоо устройства, которое позволпло бы пропзводить перед сумм;,роваНРе:1 (вь иТа.е:) трудоемкую операциюВыравИВапи 51 1 орядков. В предло)кенпо)1усройстве эта трудпост преодолена введс 60 нием Дсшнфратора, который В завпсп:остиот величины кода порядка подключает квыходу преобразователя напри)кене - вероятность соответствующий вход реверсивного счетчика, что изменяет вес элементар 1) ного приращения результата, 731578Функционирование устройства в режиме измерения среднего по модулю пргисходит следующим образом.В исходном состоянии все счетчики 8, 13, 16 и регистр порядка 12 установлены в нулевое положение. Кл 1 оч 5 разомкнут. При подаче иа вход устройство исследуегОго сигнала У, формирователь 3 вырабатывает определенные сигналы в моменты прохождения У, ерез нулевое значение, выделяя при этом период исследуемого сигнала. Сигналы с формирователя 3 поступают иа умножитель частоть 6, который вырабатывает Л тактовых импульсов, частота которых определяется периодом (1, Одновременно входной сип 1 ал поступает иа вход блока 2 сравнения с нулем, который формирует сигнал, соответствующий колу знака измеряемого мгновенно значения входного сигнала У, а также иа вход двухполупериодиого выпрямителя 1, который реализует функцию 1(х) = - (х), т. е. на выходе выпрямителя 1 формируется сигнал, равный абсолютному значению входного сигнала.Таким образом, сигнал одного знака (только положительный или только отрицательный) гоступает на Входы усилителей 4, ксэффицие 1 ты передачи которых кратиы основанию системы счисления. Расположены усилители в порядке возрастания коэффициентов передачи К, от К.до Кгк. Ком пар аторы 7 осуществляют сравнение величин Е/ К, с опорным напряжениемхюксЕ 0 =(и -- ос ование системы счиСЛЕ;ШЯ, ДаЛЕЕ ДЛЯ ОДИОЗИазнзОСтн ПОЛаГаЮт, что О = 2). При этом на выходах некоторых из компаратсров 7, иа входах которых К" К;(Ео, формируется сигнал нулевого уровня, а иа остальных - едшичиого (т. е.000111). Гранца (переход из нуля в единицу) значений выходных сигналов однозначно определяет требуемый коэффициент передачи К;. Таким образом, с приходом первого тактово. о импульса шифратор 9 (Иа ОСИОВаИ 1 И ап 2 ЛПЗ 2 ВЫХОДНЫХ СИГИ 2 ЛОВ компаратсров 7) определяет необходимый коэффициент К передаи, величша которого определяется условием получения иормализовапного числа. При этом посредством комзутатора 10 к входу преобразователя напрг 1 жен 1 е - Вероятность 14 подк,очается напряжение, равное произведенцо К,Кц. Величина коэффициента передачи Выбраи 1 юго усилителя преобразуется в кодр- - ,; . 1;О с:1; 0 0 2112 цсня ( . с пс гзош 1;О блока 11. Сформированный код порядка заносится В регистр порядка 12. Начиная со Второго и до и-го такта, преооразователь 14 формирует вероятностный код величины К,; К, который поступает иа игформац 10 ниь 11 Вход дешифратсра 15, ПО- следний в зависзгмости от величины кода порядка разрешает прохождение случайных импульсов на соответствующий вход д 10 1 д 2 О 2 д ЗО Зд 4 О 4 э д.1 дд ЬО бд 6реверсивного счетч;.На 16. Причем коды регистра порядка 12 н номера разрядов счетчика 16, на которые поступают случайные сигналы, совпадают. После окончания и-го такта и - 1) - число испытаний, необходимое для достижения заданной статистической точности) в счетчика 16 оказывается сфорНрсвагНы 1 позиционный код величины С Последшш из каждой серии по и импульсов переполняет счетчик числа испытаний 8. Сигнал переполнения фиксируется в счетчике числа отсчетов 13 и поступает на вход шифратора 9 для анализа выходных сигналов ксмпараторов 7. По этому сигналу шифратор выбирает (при необходимости) новый усилитель с требуемым коэффициентом передачи для следующего мгновенного значения (1+. Затем в регистр порядка заносится код выбранного коэффициента передачи (-1-1)-го значения входной величи 11 ы, и з течсние следуюцгих и тактоВ формируется вероятностный код мантиссы.гь- К ьПо приходу последнего из этой серии импульсов закаичшзается формирование частичной суммы Ь,;+ К,;+. Далее работа устройства происходила аналогично до иг-го переполнения счетчика 8 (т - число отсчетов на заданном интервале или периоде измеряемои величины У,.), При т-ом переполнении счетчика 8 происходит переполнение счетчика 13. Этот сигнал переполнения поступает иа управляющий вход блока схем И 17, на выходе которого формируется (передается из счетчика 16) кодУ ,р входного сигнала. Режим измерения среднего У,р отличается от описанного выше только тем, что ключ 5 замыкает цепь: выход блока 2 сравнения с нулем - управляющий вход рсверсивного счетчика 16, по которой передается информация о знаке С,.;. Сигналы, поступающие на управляющий вход счетчика 16, определяют режим его работы - сложение или вычитание. Таким образом, по истечении Л тактов (Т = т и) со счетчика 16 считывается код алгебраической суммы (с учетом з 11 ака) мгновенных значений входной Величины l,Операция нормирования, т. е, деления на Х полученного результата отсутствует, так как У Выбирается из условия Л= д.В этом случае жестко фиксированное положение запятой з выходном коде определяет значение измеряемых параметров.Т 21;,им Осразоз ВВедеиие дополнительных блоков и функциональны.; связей позволяет поВысить точность 1 Зге 1 зеззия треоуемых Величинли, В зависизтссти От предъявленных требований, увеличить быстродействие ли 1 засши 1 зить динагНческий диапазон представления 1 зходных сигналов г 1 зи прежней то изост 1 вычислений. Все это расширяет круг задач, 1 зеьц 2 емых подобнги уст 1 эойствами.731578 Формула изобретения Составитель А. Воителев Редактор Т. Иванова Техред В, Серикова Корректор А, ГалаховаЗаказ 753/8 Изд.281 Тираж 995 Подписное 1 ПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5пографня, пр. Сапунова,Стохастический вольтметр, содержащий последовательно включенные формирователь, умножитель частоты, счетчик числа 5 испытаний, счетчик числа отсчетов, блок элементов И, выходы которого являются выходами устройства в целом, а информационные входы подключены к выходам реверсивного счетчика, преобразо ватель напряжение - вероятность, управляющий вход которого подключен к выходу умножителя частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он дополнительно содержит ряд усилителей, 15 ряд компараторов, блок сравнения с нулем, коммутатор, шифратор, блок формирования кода порядка, регистр порядка, дешифратор, ключ, двухполупериодный выпрямитель, причем вход последнего подклю чен к входу формирователя и первому входу блока сравнения с нулем, второй вход которого подключен к земле и вывод через ключ - к управляющему входу реверсивного счетчика, информационные входы ко торого подключены к выходам дешифратора, информационным входом подключенного к выходу преобразователя напряжение - вероятность и управляющими входами - к выходам регистра порядка, входы которого подключены к выходам блока формирования кода порядка, входами подключенного к управляющим входам коммутатора и к выходам шифратора, управляющий вход которого подключен к выходу счетчика числа испытаний и информационные входы - к выходам компараторов, первые входы которых объединены и подключены к источнику опорного напряжения, вторые входы - к выходам усилителей, входы последних объединены и подключены к выходу двухполупериодного выпрямителя, а выходы усилителей подключены также к информационным входам коммутатора, выход которого подключен к информационному входу преобразователя напряжение - вероятность.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Тумфарт. Использование вероятностных принципов в новых измерительных приборах. Электроника,15, 1975, с. 33 - 34.2. Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы Киев, Вища школа, 1973, с. 534 (прототип),