Измеритель среднеквадратического значения напряжения одиночного импульса случайной формы и длительности

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК И 9) 01) 50 4 С 01 к 29/02 НИЯ АНИЕ ИЗОБРЕТ ыл,(21) 4231840/24-2(56) Электроннаятике. Сб. статей.с. 260-264. В 37А.Н,Семенов 88.8)ехникаВып. 15 автомаМ., 1984,НЕКВАДРАТИЧНОГО ОДИНОЧНОГОИМИЫ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ носится. к электроульсной технике овано при испытаимер, для снятия еристик автоматов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕПЬС(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СРЕД ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПУЛЬСА СЛУЧАЙНОЙ ФО (57) Изобретение от измерительной и имп и может быть исполь нии устройств, напр времятоковых характ защиты. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей эасчет измерения длительности импульса - достигается тем, что в измеритель среднеквадратичного значениянапряжения одиночного импульса случайной формы н длительности, содержащий датчик 1 сигнала, квадратор 4,элемент 8 сравнения, интегратор 13,введены компаратор 2, триггер 9, двасчетчика 15, 18, цифроаналоговый преобразователь 7, многопредельный интегратор 6, переключающий ключ 5,источник опорного напряжения 10, генератор 14 тактовых импульсов, дваблока 7, 16 вычисления порядка, два аключа 3, 11, сумматор 19, блок 20 управления ключами. 2 ил.Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано пфи испытании устройств, например, дМя снятия времятоковых характеристик 5 автоматов зашиты.Цель изобретения - расширениеФункциональных возможностей за счет мерения длительности импульса.На Фиг.1 представлена блок-схема змерителя среднеквадратичного значе" ия диннго импульса случаиной ормы и длительности; на Фиг.2 - вреенные диаграммы, поясняющие его раоту. 15Предлагаемый измеритель содержит датчик 1 сигнала, компаратор 2, перюч 3, квадратор 4, переключаюключ 5, многопредельный интеграор 6, первый бло 7 вычисления поядка, элемент 8 сравнения. триггер 9 источник 10 опорного напряжения,1 второй ключ 11, третий ключ 12, первый интегратор 13, генератор 14 тактовых импульсов, первый счетчик 15, 25 ,второй блок 16 вычисления порядка, цифроаналоговый преобразователь 17, второй счетчик 18, сумматор 19, блок 20 управления ключаьЖ;"Выход датчика 1 подключен к входу 30компаратора 2 и первого ключа 3. Вы."ход компаратора 2 подключен к счет 11ному входу триггера 9, входу Разре шение" первого счетчика 15 и управ ляющему входу первого ключа 3, выход которого объединен с выходом первого интегратора 13 и подключен к входу квадратора 4, выход которого соединен с общим контактом переключающего ключа 5. Размыкающий контакт этого ключа соединен с входом многопредельного интегратора 6, а замыкающий - с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого подключены к выходам первого счетчика 15. Вход управления переключающего ключа 5 объединен с входом "Разрешение" второго счетчика 18, первым входом блока 20 управления ключами и соединен с прямым выходом триггера 9, первый вход сброса которого соединен с выходом элемента 8 сравнения, один вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя а второй вход - с вы- Ф55 ходом многопредельного интегратора и входом первого блока 7 вычисления порядка, первый выход - с управляющим входом многопредельного интегратора 6, а второй выход - с первым входом сумматора 19, младший разряд выхода которого подключен к второму входу блока 20 управления ключами, Второй вход сумматора 19 подключен к первому выходу второго блока 16 вычисления порядка, вход которого подключен к выходу переполнения первого счетчика 15, а второй выход - к входу "Установка" этого же счетчика 15. Счетные входы первого и второго счетчиков 15 и 18 объединены и подключены к,выходу генератора 1,4 тактовых импульсов, а входы "Сброс" этих счетчиков объединены с вторым входом "Сброс" триггера 9 и подсоединены к шине "Сброс". Первый и второй вь 1 ходы блока 20 управления ключами подсоединены соответственно к управляющим. входам второго и третьего ключей и 12, входы которых объединены и подключены к выходу источника 10 опорного напряжения, а выходы - к входа.я первого интегратора 13.Измеритель работает следующим образом.Иногопредельнык интегратор 6 с блоком 7 вычисления порядка выполнены, например, как операционный усилитель, на инвертирующий вход которого через резистор приходит интегрируежй сигнал, а в цепи обратной связи операционного усилителя в зависимости от предела переключаются ем,кости. Соотношение постоянных времени интегрирования интегратора на разньпс пределах ,;ь: (,1 = 1: 10; 100, интегрирование начинается с наименьшей постоянной времени , (включена емкость С, в цепи обратной связи операционного усилителя). Когда напряжение на выходе интегратора дОстигает некоторой пороговой величины, пороговое устройство подключает паратлельно емкости С, емкость С = 9 С,. Из-:за перераспределения зарядов на емкостях напряжение на выходе операционного усилителя уменьшается в 10 раз (это равносильно тому, что интегратор до этого работал с постоянной времени- 10 ,). Дальнейшее интегрирование проводится с емкостью С + С., = 10 С т.е. 10 раз большей постоянной времени. Если напряжение на выходе инте-. гратора достигает еще раз пороговой величины, аналогичным образом подклю чается третья емкость С = 9(С + С ). Таким образом, постоянная временимногопредельного интегратора 6 может принимать значение 4 =,10 С). По окончании цикла интегрирования на выходе многопредельного интегратора 6 величина напряжения пропорциональна интегралу входной величины, а первый блок 7 вычисления порядка на втором выходе выдает код величины е, т.е. порядок интегрируемой величины. 1 ОПервый счетчик 15 двоичный на 10 разрядов, при достижении в счетчике значения числа 1000(, на выходе пе- реполнения счетчика возникает импульс, приходящий на вход второго 15 блока 16 вычисления порядка, который по входу установки устанавливает в счетчике 15 значение содержимого, равное 100 , и переключает его счетный вход таким образом, что на него 2 О начинает поступать тактовая частота в 10 раз меньше, чем до переполнения. При следующем переполнении эта процедура повторяется.Таким образом, по окончании цикла 25 измерения в счетчике 15 хранится двоичный,код измеряемого интервала времени в диапазоне 100, -1000, , а на втором выходе второго блока 16 вычис" ления порядка - номер диапазона счет- ЗО чика или порядок этого числа.Цифроаналоговый преобразователь . 17 представляет множительно-делительный ЦАП.Блок .20 управления ключами представляет собой комбинационную схему, которая работает следующим образом. Когда присутствует сигнал логической "1" на первом входе блока 20 с выхода интегратора 6, то, если младший раз О ряд на выходе сумматора 19 равен "0" (т.е. суммарный сигнал на выходе сумматора четный), включается ключ 11, если младший разряд на выходе сумматоРа 19 Равен 1 (т.е. сигнал нечет ный), включается ключ 12.В исходном состоянии счетчики 15 и 18 и триггер 9 находятся в нулевом состоянии, с выхода датчика 1 напряжение равно "0". В момент времени с (фиг.2) на выходе датчика 1 начинает нарастать напряжениеНапряжение на выходе, датчика описывается выражением 55и (с) = К Х(с), (1)где К - коэффициент преобразованиядатчика,Х(с) - измеряемая величина. В момент времени с, срабатываеткомпаратор 2, включается первый ключ с3 и напряжение Н(с) попадает на входквадратора 4, Напряжение на выходеквадратора описывается выражением.П (с) = К П(с) = К КХ(с), (2)где К- коэффициент преобразованияквадр атора,С выхода квадратора 4 напряжение(с) поступает на вход интегратора 6через размыкающие контакты переключающего ключа 5. На выходе интегратора 6 начиняет нарастать напряжениепо законуи, ( ц). з)ф оНа фиг.2 в момент времени с показан переход интегратора на второйпредел. В общем виде сигнал на выходе интегратора к моменту времени Сописывается выражениемКК (-еУ = - ,г - фХ (с)с О, (4)огде , - постоянная времени инегрирования на первом пределе,е - номер предела интегратора,при котором окончилось интегрирование, записанное впервом блоке 7 вычисленияпорядка,Кроме того, компаратор по входу"Разрешение" счетчика 15 разрешаетпроизводить этому счетчику подсчетимпульсов с генератора 14 тактовыхимпульсов и к моменту времени с внем и во втором блоке 16 вычисленияпорядка образуется значение длительности измеряемого импульса, котороеможно представить выражениемТц = и х 10где и - двоичное число в диапазоне100 -1000 записанное всчетчике 15,а - порядок числа Т во второмблоке 16 вычисления порядка.В момент времени с закрываетсяпервый ключ 3 и задним фронтом импульса, приходящего на счетный входтриггера 9, опрокидывает его в единичное состояние../Сумматор 19 производит суммирование кодов, поступающих на его 2 входас выходов первого блока вычисленияпорядка и второго блока 16 вычисления порядка,Сигнал с выхода триггера 9 переключает переключающий ключ 5, разрешает счетчику 18 производить счет им 1429054п 1 ьсов, поступающих на его счетныйвход с выхода генератора 14 тактовыхиМпульсов, а также воздействует наблок 20 управления ключами. Сигнал свьхода этого блока в зависимости отсигнала, приходящего на его первыйвгод с выхода сумматора 19, включаетп вый ключ 11 или второй ключ 12. Свь ода источника опорного напряжения 101 напряжение цпоступает на входи егратора 13. Напряжение на выходеи егратора 13 изменяется по закону ЦО 11ц - ,) ц де= - = -- ;, (5)э дтс 1 лн г.геь х 10 - постоянная времени интегрирования интегратора 13. 20При этом если открыт второй ключ1, то С = О, если открыт третий ключ1, то С = 1.Напряжение Ц поступает на входк адратора 4 и через переключающий 2к юч 5 на аналоговый вход цифроаналэгового преобразователя. На выходе ЦЬП 17 напряжение описываются выраже"Ц - ( )-Цг10(6В момент времени(фиг.2), когда, н 1 апряжение на выходе многопредельного интеграторае 6 станет равным напряенню не выходе ЦАП 17, элемент 8 сравнения сбросит триггер 9 в нулевое 35 с 1 остояние, Для этого момента временис 1 учетом Выражений 4 и 6 справедливо равенствою1 к Кеге -Хг (С)с 11 х 10дох 10отсюда 5 ц г х 40(7) еА0 , (8)ванияряемой. реобразо ален изме и интервал времени0- пропорциоВеличине е ю+сс 1 й х 10(9) коэффициент преобраз ания к фвыражению (9) в преобразования хр ропорциональный м среднеквадратичн К Согласно етч нит е 1 после исла, ико из нтисс о зна яемо чения импульса, а порядок этого значения образуется на выходе сумматора 19. Деление на 2 этого значениясогласно выражении (9) осуществляется отбрасыванием младшего разрядазначения кода. С помощью величины Сосуществляется преобразование показателя степени в четную величину. НаФиг.2 показан также процесс измерения среднеквадратичного значения,когда величина (-1 + Й) в выражении(8) нечетное число. Формула изобр етенияИзмеритель среднеквадратичного значения напряжения одиночного импульса случайной формы и длительности, содержащий датчик, квадратор, элемент сравнения, блок деления, интегратор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей. в него введены компаратор, триггер, два счетчика, цифроаналоговый преобразователь, многопредельный интегратор, переключающий ключ, источник опорного напряжения, генератор тактовых импульсов, два блока вычисления порядка, два ключа, сумматор и блок управления ключами, причем вход компаратора соединен с выходом датчика, а выход - с счетным входом триггера, входом "Разрешение" первого счетчика и управляющим входом первого ключа, вход которого подключен к выходу датчика, а выход объединен с выходом первого интегратора и подключен к входу квадратора, выход которого соединен с общим контактом переключающего ключа, размыкающий контакт которого соединен с входом многопредельного интегратора, замыкающий контакт - с аналоговым входом цифроаналогового преобразойателя, цифровые входы которого соединены с выходами первого счетчика, а вход управления переключающего ключа объединен с входом "Разрешение" второго счетчика, первым входом блока управления ключами и соединен с прямым выходом триггера, первый вход "Сброс" которого соединен с выходом элемента сравнения, один вход которого соединен с вь 1 ходом цифроаналогового преобразователя, а второй - с выходом многопредельного интегратора и входом первого блока вычисления порядка, первый выход которого подключен к уйравляющему входу интегратора, а1429054 Составитель Л.СорокинаТехред А,Кравчук Корректор С.Черн Редактор нк каз 5121/43 Тираж 7 одписно ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 035, Москва, Ж, Раукомитета .открытийкая наб.,изводстЬенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул; Проектная,второй - к первому входу сумматора, мпадший разряд выхода которого подключен к второму входу блока управления ключами а второй вход - к перУ5 вому выходу второго блока вычисления порядка, вход которого подключен к выходу "Переполнение" первого счетчика, а второй внход - к входу "Установка" первого счетчика, счетный вход 1 р которого объединен со счетным входом второго счетчика и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а входы "Сброс" счетчиков объединены свторым входом "Сброс" триггера и подключены к шине "Сброс", при этом пер"вый и второй выходы блока управленияключами подключены соответственно куправлякщим входам второго и третьего ключей, входы которых объединеныи подключены к источнику опорногонапряжения, а выходы - к входам пер"вого интегратора.