Преобразователь сигнала в его среднее значение

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских С оцнапнстнческнх Ресттублнк(51)М, Кл.2 6 01 0 1/08С 01 0 5/244 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(088.8) Дата опубликования описания 180780(71) Заявитель Всесоюзный заочный машиностроительный институт1ОИ Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано, например, в адаптивных системах управления для преобразования напряжения в его среднее значение на фиксированном временном интервале или в интеграторах с изменяющимися в широком диапазоне постоянными интегрирования, 10 Известны преобразователи сигнала в его среднее значение 11, содержа-, щие интегрирующие цепочки, выходы которых подключены к суммирующему магнитному усилителю, Преобразователь работает в качестве датчика напряжения фиксированной частоты и непригоден для преобразования сигналов плавно изменяющегося уровня с переменным временем интегрирования.Выходной сигнал интегратора может быть записан в ниде: ТО с 1 с О(1)25 где =ВС - постоянная интегрирования;Тл - временной интервал интегрирования,Окс - среднее значение преобразуемого напряжения в интервале Т.Из формулы (1) видно, что толькоТнпри - = солюспреобразуемое напряжение равно Охср .Известны преобразователи (23 с переменной постоянной времени интегрирования, которые содержат интегратор с изменяемой внешними устройствами величиной обратной связи, определяющей постоянную интегрирования. Преобразователь позволяет непрерывно интегрировать входную величину в пределах больших. постоянных времени интегрирования.К недостаткам преобразователя относятся необходимость применения внешних устройств для изменения величины обратной связи, а также неширокий диапазон его работы, обусловленный применением интегратора с большой постоянной интегрирования, а следовательно, инерционностью.Прототипом изобретения является преобразователь 31, содержащий формирователь коммутирующих импульсов, формирователь запаздывающих импуль748135 сов, соединенный с управляющим входомпереключателя выход которого соединен со входом интегратора, датчикцикла, соединенный с ключом на входепреобразователя и блоком записи ихранения информации. Преобразовательосуществляет гоочередное интегрирование сигнального и опорного напряжений и преобразование временных интервалов, определяемых моментами равенства нулю напряжений интегратора, вчисловой эквивалент среднего значения напряжения в пределах цикла преобразования, задаваемого периодомкоммутирующего напряжения,Недостатком преобразователя являетбя неширокий диапазон его работы,обусловленный стабильностью интервамации блока 7 записи и хранения информации.Блок записи и хранения информации может быть выполнен в виде аналогоцифрового блока (см. прототип) или, например, в виде блока аналоговой памяти (см. чертеж), включающего ключи записи 13 и выдачи 14 информации, буферные усилители 15 и 16, конденсатор 17 и логический элемент ИЛИ-НЕ 18, Выходы датчика 12 информации 7 и входом устройства - ключом 19, подключающим источник преобразуемого сигнала к преобразователю (не показан). Преобразователь работает следующим 15 обоазом.Из напряжения опорной частоты Го (например, напряжения промышленной сети, так как особых требовала преобоазования и дискретностью преобразования,Цель изобретения - расширение диапазона работы преобразователя,Эта цель достигается тем, что впреобразователь введены сумматор,элементы И,дополнительный интегратор ний к стабильности частоты не предъяврО ляется) формирователь 1 коммутирующих импульсов вырабатывает импульсысо скважностью 0=2, которые задерживают в Формирователе 2 на время т;з,равное времени разряда интегратора,Наиболее просто формирование задержанных импульсов можно осуществить из того же напряжения опорнойчастоты Го, но на другом, чем в Формирователе 1, уровне, если опорноенапряжение Оо является, например,синусоидальным.Датчик 12 цикла прсобразования через ключ 19 подключает источник преобразуемого сигнала ко входу переключателя 3, и сигнал О поступает навход интегратора 4 или 5 в зависимости от наличия или отсутствия управляющего импульса на выходе формирователя 2 эапаздывающих импульсов.Перед началом интегрирования каждый 40 из интеграторов разряжается черезсоответствующий ключ 10 или 11, который управляется логическими элементами И 8 (или 9). Элемент И 8 управляет интегратором 5 в моменты егоразрядки, соответствующие наличиюкоммутируюцего импульса на выходеФормирователя 1 и отсутствию запаздывающего импульса на выходе Формирователя 2, производящего подключениеданного интегратора, а элемент И 9 -по той же цепи интегратором 4 в моменты отсутствия коммутирующего импульса и наличия запаздывающего импульса на обоих его входах, т.е. вмомент, предшествующий включениюинтегратора 4. Интеграторы 4 и 5 поочередно подключаются для интегрирования входного сигнала 0 через переключатель 3 и производят интегрирование входного сигнала в соответстщ вии с выражением (1) в пределах длительности импульса Т и паузы Т цФормирователя 2 запаэдывающих импуль;сов, т.е. непрерывно. Полный цикл интегрирования, задаваемый сигналом и ключи, причем вход дополнительного интегратора соединен с инверсным выходом переключателя, выходы интеграторов через сумматор подключены к информационному входу блока записи и хранения информации, Выходы формирователя коммутируюцих импульсов соединены со входами формирователя запаздывающих импульсов и одними входами элементов И, к другим входам которых подключены соответствующие вы"ходы Формирователя запаздываюцих импульсов, Выходы элементов И соединены с управляюцими входами ключей,включенных в разрядные цепи соответствующих интеграторов и соединенныхс управляющими входами блока записии хранения информации.На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя,Преобразователь содержит формирователь 1 коммутирующих импульсов,подключенный через Формирователь 2запаздывающих импульсов к управляющему входу переключателя 3, прямойи инверсный выходы которого соответственно соединены через интеграторы4 и 5 основной и дополнительный, свходом сумматора 6, соединенного свходом блока 7 записи и хранения инФормации, Прямой выход формирователя1 коьмутирующих импульсов и инверсный выход формирователя 2 запаздывающих ймнульсов подключены ко входам элемента И 8, а инверсный выход формирователя 1 и прямой выход Формирователя 2 - ко входам элемента И Выходы элементов И 8 и 9 подключены к управляющим входам ключей 10 и 11, включенных вразрядные цепи интеграторов 4, 5.Выход датчика 12 цикла преобразования соединен со входом выдачи инфор датчика 12, разбивается таким образомна конечную сумму дискретных значений длительностей импульсов и пауз коммутирующего напряжения, в пределах которых производится непрерывное интегрирование входного сигнала О, полный интеграл которого в интервале вре мени Т задаваемом датчиком 12 цикла, определяется выражением;ТО дОц +Оц++Оцуп10 ч:= КС% с-КсъПосле окончания цикла интегрирования соответствующий интегратор переводится в режим памяти уровня интегрированного напряжения, соответствующего моменту размыкания подвижного контакта переключателя. Интегрирование тем временем происходит в другом инте граторе, а значение интегрированного напряжения предыдущего цикла суммируется в сумматоре б с текущим значением интегрированного напряжения.Запись интегрированного сигнала в 25 блок 7 записи и хранения информации происходит непрерывно или периодически, например, с помощью элемента ИЛИ-НЕ 18, управляющего ключом 13 записи, который подключает вход буФер ного усилителя 15, имеющего низкое входное сопротивление, к сумматору б и заряжает конденсатор 17 в короткое время, который при наличии высокого выходного сопротивления усилителя 15 35 может длительное время сохранять свой заряд. При новом заряде конденсатора происходит суммирование данного значения напряжения со значением предыдущего цикла записи, т.е. реализуется выражение (2(. После окончания цикла преобразования датчик 12 выдает сигнал, по которому включается ключ 14, и записанное и сохраненное значение Ос через буферный усилитель 16 выдается внешним потребителям.Датчик цикла тем же сигналом производит отключение ключа 19, заканчивая тем самым процесс интегрирования.Уход постоянных времени интегрирования т-, ВС, и с ВС. за время Т мал, а поскольку каждый раэ происходит разряд интегратора, ошибка не накапливается. Преобразователь применим в широком диапазоне временных интервалов усреднения Тц (0,1- 500 с) и его погрешность (не более 2 Оср) от времени усреднения не зависит.Формула изобретенияПреобразователь сигнала в егосреднее значение, содержащий формирователь коммутирующих импульсов, формирователь эапаздывающих импульсовсоединенный с управляющим входом переключателя, выход которого соединенсо входом интегратора, датчик цикла, .соединенный с ключом на входе преобразователя и блоком записи и хранения информации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширениядиапазона работы преобразователя,в него введены сумматор, элементы И,дополнительный интегратор и ключи,причем вход дополнительного интегратора соединен с инверсным выходомпереключателя, выходы интеграторовчерез сумматор подключены к информационному входу блока записи и хранения информации, выходы Формирователякоммутирующих импульсов соединенысо входами формирователя запаэдывающих импульсов и одними входами элементов И, к другим входам которыхподключены соответствующие выходыФормирователя запаэдывающих импульсов, выходы элементов И соединены суправляющими входами ключей, подключенных в разрядные цепи соответствующих интеграторов, и с управляющимивходами блока записи и хранения инФормации.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Шапило В.П. Автоматизированныйвентильный электропривод. М., "Энергия", 1969, с. 189-197.2, Аналоговые Запоминающие адап. -тивные элементы, Под. ред,Б.С.Сотскова, 1973, с, 142-144.3. Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразовательные приборы,1973, с. 185-186 (прототип).748135 Составитель Ъ. АстаховОрловская Техред Л. Теслюк Корректор Ю, Макарен едакт акаэ 4219/26 П "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Тираж 801 ЦНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, 3-35, Раушс