Аналого-цифровой преобразователь действующего значения напряжения

А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 03 М 1 51 ГОСУЯАРСТВЕННЫЙ КОМПО ИЗОБ ЕТЕКИЯМ И ОТКПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Р 30 техническии ин и В,.В. Кийсв о СССР1982.СССР1984,ельст 19/Оьство 1/58 Юс вный счетчик 19,блок 21 деления,вадратного корня,ов, счетчик 24,ее устройствоектроиз азначено енин дей ия п с налиповышение точсигналов с поок-схе ователя апряжени Устроиствоточники 5, 6усилитель 7,зователь (ЦАПжающий ЦАП 10ля, интегратоАЦП 14, реги АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАДЕЙСТВУИЦЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение отйосится к элекизмерительной технике и может бытиспользовано при измерении напряж Изобретение относится к мерительной технике и пред для использования при иэмер ствующего значения напряже вольноиформы, в том числе чием постоянной составляющ Цель изобретения -ности преобразования стоянной составляющей,На чертеже представлена ма аналого-цифрового преобсодержит. ключи 1-4, исопорного напряжения, циФроаналоговый преобра- ) 8, квадратор 9, умноблок 11 коррекции нур 12, блок 13 разрядатры .15-17, блок 18 сравния сигналов произвольной формы, Целью изобретения является повышениеточности преобразования сигналов спостоянной составляющей. Для достижения поставленной цели в устройствовведены цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, блок сравнения кодов, реверсивный счетчик, суммирующий блок, счетчик, постоянное запоминающее устройство, блок деления и блок извлеченияквадратного корня, В каждом циклепреобразования осуществляется автоматическая подстройка паразитной линейной составляющей выходного напряжения квадратора, за счет чего повышается точность. 1 ил. нения кодов, реверсисуммирующий блок 20,блок 22 извлечения кгенератор 23 импульспостоянное запоминающ(ПЗУ) 25.Цикл работы устройства состоит изшести тактов фиксированной длительности. Длительность и порядок тактовопределяются кодами, хранящимися вуправпяющем ПЗУ 25, выборка которысосуществляется при помощи счетчика 24,Первый такт - коррекция, Состояние с первого по девятый выходов ПЗУ25 таково, что ключ 2 замкнут, осталь- ф"еные ключи разомкнуты, регистры 15-17находятся в пассивном состоянии,включены блок 11 коррекции нуля иблок 13 разряда, блок 22 извлеченияквадратного корня выключен, При этом1585898 4 10 где К и К - коэффициенты передаугчи усилителя 7 соответственно по первому и по второму вхо .дам; 15К и К - коэффициенты передачи квадратора 9 попервому входу длялинейной и для квадратичной составляющей Осоответственно;К - коэффициент передачико квадратора 9 по второму входу;е и е. - напряжения смещениясмЗ смкнуля соответственноусилителя 7, приведенное к его первомувходу, и квадратора9, приведенное к еговыходу;ц и ц- выходные напряженияЦ осоответственно ЦАП 8и блока 11 коррекциинуля в момент началакоррекции,35Длительность первого такта определяется временем коррекции квадратара 9 и разряда интегратора 12. Состояние группы выходов ПЗУ 25 - произвольное. По окончании первого такта выходное напряжение блока 11 коррекции нуля равно 1к,Второй такт - интегрирование Функ 5 О ционально преобразованного выходногонапряжения ц источника 6, Состояние с первого по девятый выходов ПЗУ 25 таково, что ключ 4 замкнут, остальные ключи разомкнуты, блок 11 коррекции нуля, блок 13 и блок 22 выключены, состояние группы выходов ПЗУ 25 соответствует максимальному коэффициенту передачи умножающего ЦАП 10 К у ,цс. первый вход усилителя 7 подключен кобщей шине, корректируется выходноенапряжение квадратора 9, которое вмомент начала коррекции равно Ц ко = Кк (Ку е сну Ку 1 ц)Длительность второго такта выбрана в пределах примерно 5-102 от общей длительности цикла измерения (нижний предел обусловлен требованиями достаточной точности интегрирования, верхний - допустимыми потерями времени).Выходное напряжение усилителя 7 во втором такте равно Цу = -Ку Ц, + Ке + КЦ. "й сфу уй Выходное напряжение квадратора 9с учетом работы блока 11 коррекциинуля равно"к = Ккцу + Ккцу + есик+КЦ - ККЦ,(К,Ц, -2 Ку есму 2 КУМ - КккуцоК 1 у о Выходное напряжение интегратора12 в конце второго такта с учетоммаксимального коэффициента передачиумножающего ЦАП 10 равно Ци. - Кикц кои (ККуЦ (К, Ци Ч "дк к 1 у о у 1 о.Ку ест КЦ )- К К ц)й,где К и - коэффициент передачи интегратора 12;С,и , - моменты времени соответственно начала и конца второго такта.В момент окончания второго такта управляющим сигналом на шестом выходе ПЗУ 25 производится запись в первый регистр 15 выходного кода 11, АЦП 14, который равен где К- коэффициент преобразованияАЦП 14.Третий такт - полностью аналогичен первому и необходим для восстановления начальных условий интегрирования.Четвертый такт - интегрирование функционально преобразованного выходного напряжения ц источника 5 (напряжения первого и второго источников опорного напряжения равны по модулю, но противоположны по знаку).Состояние с первого по девятый выходов ПЗУ 25 таково, что ключ 3 зам585898 6 ния происходит приближение напряжения Б,л к требуемому, а в установившемся режиме происходят небольшие колебания 43ЕКу Б, )Й,1 конца четвертого такта.В момент окончания четвертого тактак управляющим сигналом на седьмом выходе ПЗУ 25 производится запись во второй регистр 16 выходного кода М ЛЦП 14, который равен И= Кяц 11 П И4 Коды И и И поступают на блок 18гсравнения кодов,.Н помощи которого определяется знак разности И, -И или (что анапогично) определяется знак ве- ЛИЧИНЫ К 1)лк+ К,Данное выражение отражает погрешность от линейной составляющей выходного напряжения квадратора. Очевидно, что при К12 К Кк 3 30 = - . е Эта погр ешность р авна нулю.По окончании четвертого такта и сравнения кодов на пятом выходе ПЗУ 25 появляется короткий импульс, поступающий на вход реверсивного счетчика 19, на входе направления счета которого в этот момент имеется логический уровень, зависящий от знака К, т.е. если К) О, то состояние реверсивного счетчика 19 уменьшается на единицу, а в противоположном случае - увеличивается. Соответственно изменяется и напряжение П,л.Таким образом, с учетом того, что составляющая К дрейфует достаточноплмедпенно, в каждом цикле преобразовакнут, остальные ключи разомкнуты, блоки 1" 13 н 22 выключены, Состояние г 1 ;.ввь.ходов ПЗУ 25 соответствует К . Длительность четвертогоа. люк такта строго равна длительности второго тактаВыходное напряжение интегратора 12 в конце четвертого такта равно где г. и г. - моменты времени соот"3ветственно начала и . Бк 1 (- 1 единица младшего разряда ЫП 8) вокруг положения равновесия, что Фактически не снижает точности устройства и ими можно пренебречь,Кроме того, коды И 4 и И, поступают 1 О на суммирующий блок 20, на выходе которого будет код И , равный И 4 - С,5И, - ,)2,т.е, не зависящий от паразиткой линейной составляющей выходного напряжения квадратора.Пятый такт - полностью аналогиченпервому и третьему тактам.Вестой такт - интегрирование функкционально преобразованного измеряемого напряжения П(1). Состояние спервого по девятый выходов ПЗУ 25 таково, что ключ 1 замкнут, остальныеключи разомкнуты, блоки 11 и 13 выключены, Усреднение функциональнопреобразованного входчого напряженияпроизводится известным методом весо 30 вого интегрирования, что позволяетизмерять сигналы произвольной формы,в том числе и непериодические. ВесоВан ФУНКЦИЯ 1 л) РЕаЛИЗУЕтСЯ МЕТОДОМступенчатой аппроксимации при помощиумножающего ПАП 10, работающего в режиме управляемого делителя тока, всоответствии с кодами, хранящимися вПЗУ 25 и определяющими вид весовойфункции. Длительность шестого тактавыбирается в зависимости от минимальной частоты измеряемого сигнала", требуемого подавления переменной сбставляющей и вида весовой функции. Например, известно, что функция Дольфа 1 ебышева при длительности интервалавремени усреднения 3,2 периода усредняемого напряжения минимальной частоты обеспечивает подавление переменнойсоставляющей на 80 дБ.Выходное напряжение интегратора 12в конце шестого такта равно и, = ккк 1 ы(с)иак = 11 к ) х(5 ) 11 Ка , Х гце 1- остаточная погрешность от не 1585898полного подавления переменнойсоставляющей функциональнопреобразованного входногосигнала, которая равнаРщ кк, е 1 иБх 3 Ж 1 О Н 1) хд УЙ- ) После окончания шестого такта и оиерацж деления сигналом на девятомвЫходе ПЗУ 25 включается блок 22 извлечения квадратного корня, при помов(и которого производится вычислениепо формуле 6хд 40 где К " коэффициент передачи блока 22 извлечения квадратного корня, равный 45Ц и код И поступает на выхра. оистТаким образом, благодаря автоматической следящей подстройке напряжения Смещения усилителя 7 за счет вновь введенных ЦАП 8, блока 18 сравнения Кодов, реверсивного счетчика 19, суммирующего блока 20 удалось достигнуть Компенсаши линейной составляющей выМодного напряжения квадратора 9,Ц " действующее значение преобМАразуемого сигнала;- среднее значение функцииИ(1:) за интервал времени15г.В момент окончания шестого такта управляющим сигналом на восьмом выходе ПЗУ 25 производится запись в,регистр 17 вьгподног.о кода АЦП 14 144 = " КщаПИ,При помощи блока 21 деления осущес)гвляется деление кода Б на Н С у 1 яетом того, что величина 6)мала и ею можно пренебречь, выходной код бло 25 ка 21 деления равенФормула изобретения Аналого-цифровой преобразователь действующего значения напряжения, содержащий первый, ,второй, третий и четвертый ключи информационные входы которых соединены соответственно с входной шиной устройства, с общей волной, с выходом первого источника опорного напряжения и с выходом второго источника опорного напряжения, выходы объединены и соединены с первьп входом усилителя, выход которого соединен с. первым входом квадратора, выход которого сосдинен с аналоговым входом умножающего циФроандлогового преобразователя,. интегратор, первый и второй входы которого соединены с соответствующими вьгходами блока разряда генератор импульсов, первый,второй и третий регистры и блок коррекции нуля, первый вход которого соединен с общей пиной, о т л и - ч а ю щ и й с я тем., что, с целью повышения точности преобразования сигналов с постоянной составляющей, в него введены счетчик, цифроаналоговый преобразователь. реверсивный счетчик блок сравнения кодов, блок деления, блок извлечения квадратного корня, суммирующий блок, постоянное запоминающее устройство. аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом интегратора, а выходы соединены с соответствующими информациснными входами первого, второго и третьего регистров, выходы первого регистра соединены с соответствующими входами первых групп входов блока сравнения кодов и суммирующего блока, входь) втвходов которых соединень,вующими вьпсодами второг орых групп1 с состветст,о регистра,В реальных условиях эксплуатации параметры внешней среды, а следова" тельно, ч коэффициенты передачи, напряжения смещения аналоговых узлов изменяются достаточно медленно. Вследствие этого быстродействие преобразо" вания устройства может быть значительно повышено. Это достигается тем,. что без снижения точности с первого по четьертый та-.ты преобразования могут производиться один раз за несколько циклов преобразования (при этом коды Я и Х будут храниться в соответствующих регистрах).10 1585898 Составитель Н. КозловТехред М,Ходанич Корректор тор М. К авцова аказ 2332НИИПИ Государ Тираж 667 венного комитета по 113035, Москва, ЖПодписноеобретениям и откр Раушская наб., д ям при ГКНТ СССР5 роизводственно-издательский комбинат "Патент"., г. Ужгород Гагарина, 10 выходы третьего регистра соединеныс соответствующими входами первойгруппы входов блока деления, входывторой группы входов которого соединены с соответствующими выходами суммирующего блока, а выходы - с соответствующими информационными входамиблока извлечения квадратного корня,выходы которого являютса выходнойшиной, выход генератора импульсовсоединен с входом счетчика, выходы,которого соединены с соответствующими входами постоянного запоминающегоустройства, группа выходов которогосоединена с соответствующими цифровыми входами умножающего цифроаналогового преобразователя, первый, второй, третий и четвертый выходы постоянного запоминающего устройствасоединены соответственно с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого ключей, пятый выход - с управляющим входом реверсивного счетчика, шестой, седьмой и восьмой выходы - с управляющими входамисоответственно первого, второго итретьего регистров, девятый выход соединен с управляющим входом блока извлечения квадратного корня, второйвход блока коррекции нуля соединен свыходом квадратора, а выход -с вторымвходом квадратора, информационныевходы цифроаналогового преобразователя соединены с соответствующими выходами реверсивного счетчика, а выход -с вторым входом усилителя, управляющие входы блока коррекции нуля и блока разряда соединены с вторым выходомпостоянного запоминающего устройства,при этом выход блока сравнения кодовсоединен с информационным входом реверсивного счетчика, а третий входинтегратора подключен к выходу умножа