Устройство для измерения функции распределения случайной погрешности анолого-цифрового преобразователя

О П И С А Н И Е 1 щ 68305ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик) Опуб елам изобретеиийи открытий 145/ а ч 1 цая д, 0 НОЛ;1 КОВания 72) Авторы изобретен В. Регеда, А. В. Темнагрудоков и В, М, Шляндин тыркин Г. П.Ш ензенский политехнический институт 71) Заявител(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФУНКЦИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ПОГРЕШНОСТ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯИзооретение относится к области электроизмерительной техники и может использоваться для экспериментальных исследований н контроля точности аналого-цифровых преобразователей напряжения АЦПИзвестно устройство лля поверки аналого-цифровых преооразователей напряжение - код, которое содержит схемы сравнения кодов, источник образцового напряжения и цифровое вычислительное устройст .:о и позволяет измерять статистические .,. актеристики инструментальной погр 1 н - ности АЦП 11.Известно устройство для автоматического измеречия статистических характеристик 15 слуцайных погрешностей аналого-д 11 скретных преобразователей, содержащее образцовый преобразователь код - напряжечие с раздел;ным и счетным входамн, блок цифровой уставки, устройство управле:1 ня. ис О следуемый цифровой прибор, цифровую схему,сравне 11 пя и арифметическое устройство, включаюптее счетчик и регистратор, кроме гого, устройство управления вклюцает в себя генератор тактовых импульсов, дели тели тактовых импульсов, электрончые ключи, распределитель и элемент задержки 2.Недостатком известных устройств является сравнительно низкая точность измерения. ЗО 1 ель нзооретения - пОВЬН 11 ение точ:1 Ости измерения путем обеспечения возможности Опрелелен 11 я функции распрелРления случа 11 ной составляюшей инструментальной погрешнотн при наличии непостоянного во времени матема тинекого ожидания погрешности, т. Р. дрейфа.Цель достигается тем, что в устройство для измеретшя функции распределения ст,- чайной погрешности АЦП при наличии дрейф, Олержашее исочик калиброВанного напряжения, блок суммирования напряжений, элемент сравнения кодов, управляемый генератор, счетчик, пересчетный олок, вь 1 хол источн 1 па калиброванного напряжения соединен с входом блока суммпрОВанпя:1 алряжсний, к д 11 угому Входу которого полключец выход преобразователя кол - напряжениР, а Выход Олока суммирования:1 апряжсл;1:, Олипеи с входом контролируемого АЦП, выход которого соелннен с вхолом элемента сравнения колов, другой зхол которого соединен с. клеммой о:1 орного кола, выход управляемо:о генератора полкл 1 очен и входу Запускконтролируемого АПП н к вход, счетшпа, выход переполнения которого подключен к входу пересчетного блока. вь 1 хол которого подключен к входу Стоп управляемого ген- ратора. введены коммутатор, блок памяти.1 О 15 20 2,) 30 35 40 45 50 дд 00 65 Для того, чтобы при исследовании инструментальной погрешности можно было пользоваться методами исследования стационарных случайных процессов, необходимо провести нестационарную по математическому ожиданию процесс-инструментальную погрешность к стационарной, что можно достичь, если одновременно с определением функции распределения находить текущие значения математического ожидания реверсивный счетчик и сумматор, причем прямой выход элемен га . азнения кодов соединен с входом коммутатора и с вычитающим входом реверсивного счетчика, а инверсный выход элемента сравнения кодов соединен с суммирующим входом реверсивного счегчика, выходы старших разрядов которого, подключены к входу сумматора, к второму входу которого подключен выход счетчика, а выход сумматора подключе к входу преобразователя код - напряжение, выход счетчика подключек упра)вляющему входу коммутатора, зыхо;,ы которого подключены к соответствующим входам блока памяти.На чертеже показана структурная схема устройства, содержащая источник 1 калнброванного напряжения, блок 2 суммирования напряжений, аналого-цифровой преобразователь 8, элемент 4 :равнения кодов, коммутатор 5, блок б памяти, управляемый генератор 7, счетчик 8, пересчетный блок 9, резерсизный счетчик 10. Выход источника 1 калиброванного напряжения соединен с входом блока 2 суммирозаия напряжений, к второму входу которой пэдключен выход преобразователя 1 код в апряжения, а выход блока 2 соединен с входом контролируемого преобразователя 8, выход которого соединен с входом элемента 4 сравнения кодов, на второй вход котээой поступает с клеммы 12 опорный код. Выход управляемого генератора 7 подключен к входу Запуск контролируемого преобразователя 8 и к входу счетчика 8, выход переполнения которого подключен к зхэду пересчетного блока 9, выход которого подключен к входу Стоп управляемого генератора 7.Выходы элемента 4 сравнения подключены к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика 1 О, а прямой выход соединен с входом коммутатора 5.Выходы коммутатора 5 соединены с соответствующими входами блма б памяти, Выходы старших разрядов реверсивного счетчика 10 соединены с входом сумматора 13, другой вход которого соедннес выходом счетчика 8. Выход сумматора 18 соединен с входом преобразователя 11 код - напряжение. На вход управляемого генератора 7 поступает с клеммы 14 )сигнал Пуск. Кодовый выход счетчика 8, кроме сумматора 18, подключен также к управляющему входу ко м мутатора 5. и производить центрирование процесса Л(1).В большинстве случаев закон распределения Л является симметричным, что позволяет определять значение оценки математического ожидания как такое значение оценки, вероятность превышения которого равна 0,5. Если при исследовании АЦП з точке Т квантованной шкалы, т. е, в точке, соответствую,цей переходу между Л и (%+1)-и квантами, на вход АЦП подать напряжение, соответствующее номинальному значению данного перехода, то вероятности появления кодов М и (У+1)-го будут равны между собой. Если среднее значение границы перехода изменилось, то это отразится на вероятности, появления кодов, причем в зависимости от того, вероятность появления какого кода возросла, можно определить направление изменения положения математического ожидания границы между Л и (Л)+1)-м квантами, На этом принципе можно построить автоматическую следящую систему, которая поддерживала бы сигнал на входе контролируемого АЦП таким ооразом, чтобы вероятность появления У и (У+1)-го квантов была бы одинаковой. Такая система обеспечивает центрирование инструментальной погрешности, и, что самое главное, приводит данный процесс к стационарному. С этой целью в устройство введен реверсивный счетчик, Прн.)исследовании распределения Л на вход АЦП необходимо задавать некоторое дополнительное воздействие, так называемые уровни анализа,Наличие дополнительного воздействия на вход АЦП препятствует осуществлению одновременного эксперимента, поскольку следящая система будет стремиться скомпенсировать дополнительное воздействие, что приведет к искажению оценки математического о;кидания, а также к изменен;о значений уровней анализа, что, в свою очередь, приведет к погрешности з определении функции распределения.Однако, если дополнительное входное воздействие сделать центрированным и периодическим, причем с периодом значительно меньшим, чем время, в течение которого находится оценка текущего значения математического ожидания инструментальной погрешности, то влияние дополнительного входного воздействия на оценку значений математического ожидания будет лренебрежимо мало, что позволяет осуществить одновременное определение значений функции распределения и текущих значений математического ожидания инструментальной погрешности,Сокращение периода входного воздействия можно достичь, если на каждом вновь заданном уровне анализа производить не и изменений. как э"о нэонсхозит з извест1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 ном устройстве, а одно, и затем задавать следующий уровень анализа. Таким образом, задаются все т уровней анализа, весь цикл повторяется и раз (см. фиг. 2). Поскольку при такой организации процесса измерения функции распределения необходимо помнить значения ординат измеряемой функции распределения в устройство вводится коммутатор и блок памяти. Кроме того, одновременно с центрированием процесса необходимо задавать уровни анализа, для этого в устройство введен сумматор, на один вход которого поступают коды текущих значений оценки математического ожидания, а на другой вход - коды, соответствующие уровням анализа. На вход преобразователя код - напряжение с выхода сумматора поступает код, равный сумме кода текущего значения оценки математического ожидания и кода соответствующего некоторому уровню анализа.Устройство работает следующим образом.С выхода источника калиброванного и .- пряжения через блок 2 на вход исследуемого преобразователя 3 подается напряжение, соответствующее номинальному значению границы между Ж и (У+1)-м квантами. По сигналу Пуск начинает работать управляемый генератор 7, который осуществляет запуск преобразователя 3. В силу наличия случайной погрешности ца выходе преобразователя 3 будут появляться коды, соответствующие либо М-му, либо (У+1)-му квантасм, Элемент 4 сравнения кодов сравнивает код, постуцаюгций от преобразователя 3, с опорным колом (У+1) и выдает на своем прямом выходе сигьал логической единицы в случае совпадения кодов и сигнал логического нуля в противном случае. Далее сигнал с выхода элемента сравнения кодов одновременно поступает на коммутатор 5, где этот сигнал используется для построения функции распределения, и на входы реверсивного счетчика 10, где используется для определения текущих значений математического ожидания.Если среднее значение напряжения на входе АЦП, равное номинальному значению границы между Ж и (%+1)-м квантами, не соответствует действительному значению границы, то вероятности появления кодов У и (%+1)-го квантов не равны между сооой, что вызовет преобладание счетных сигналов либо на суммирующем, либо на вычитающем входах реверсивного счетчика 10. В счетчике будет накапливаться либо положительный, либо отрицательный код, старшие разряды которого через сумматор 12 управляют преобразователем 11 код - напряжение. Напряжение с выхода разователя код - напряжение суммируется блоком 2 суммирования напряжений с сигналом источника калиброванного напряжения таким образом, что вероятность появления кодов Л и (%+1)-го стала бы одинаковой. Одновременно с этим по каждому сигналу с выхода управляемого генератора 7 заносится единица в счетчик 8, код счетчика 8 суммцруется с кодом реверсивного счетчика 10, и сумма поступает на преобразователь код - напряжение. С выхода преобразователя 11 код в напряжен поступает напряжение, равное сумме текущего значения оценки математического ожидания и ступенчатого напряжения развертки (именно поэтому ранее говорилось не о напряжении, поступающем на вход преобразователя 3, а о среднем значении этого напряжения). Напряжение на входе преобразователя 3 равно сумме трех составляющих: напряжения источника калиброванных напряжений У, напряжения У рав п) ного текущему значению оценки математического ожидания инструментальной погрешности, и ступенчатого напряжения уровней У (см. фиг. 3).Таким образом,ровни анализа всегда задаются симметрично относительно математического ожидания инструментальной погрешности, и тем самым устраняется искажающее влияние изменяющегося математического ожидания процесса, что эквивалентно исследованию процесса с постоянным математическим ожиданием, равным нулю. Формула изобретенияУстройство для измерения функции распределения случайной погрешности аналого-цифрового преобразователя при нали пщ дрейфера, содержагцее источник калиброванного напряжения, блок суммирования напряжений, элемент сравнения кодов, управляемый генератор, счетчик, пересчетный блок, выход источника калиброванного напряжения подключен к блоку суммирования напряжений, к другому входу которого подключен выход преобразователя код - напряжение, выход блока суммирования напряжений соединен с входом контролируемого аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с элементом сравнения кодов, другой вход которого соединен с клеммой опорного кода, выход управляемого генератора подключен к входу Запуск контролируемого аналого-цифрового преобразователя и к входу счетчика, выход переполнения которого подключен к входу пересчетного блока, выход которого подключен к входу Стоп управляемого генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены коммутатор, блок памяти, реверсцвный счетчик и сумматор, причем прямой выход элемента сравнения кодов соединен с входом коммутатора и с вычцтаюшцм входом реверсивного счетчика, а инверсный выход элемента сравнения кодов соединен с суммц; уюц 1 цм входом реверсцзцого счетчц683015 Рыг ка, выходы старших разрядов которого подключены к входу сумматора, к второму входу которого подключен выход счетчика, а выход сумматора подключен к входу преобразователя код - напряжение, выход счетчика подключен к управляющему входу коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам блока памяти. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе: 1. Авторское свидетельство СССРЛо 399059, кл. Н 03 К 13/02, 21.07.71.2. Авторское свидетельство СССРЛЪ 39065, кл. Н 03 К 13(02 08.06.70.Составитель Д. Голубов Редактор А. Купрякова Тек ред А. К ам ыш ни ко в а Корректор С. Файн п, Ха-,зк,рил пред Пзт нт оаказ 757/964 11 зд. М 48 1НПО Поиск Государственного комитета113035, Москва, ЖТ. ССР по аушска аж 1060 Подппспо делам изобретений и открыти наб., д. 45