Стохастический вольтметр (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ И 91 а 1Н 03 М 1 ЗСЕСОР" " 13ВВИИОТЕЫ-. ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТд ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР869019, кл. Н 03 К 13/02, 1980Билинский И.Я., Микелсон А.К, о хастическая цифровая обработка непр рывных сигналов. Рига: Зинатне, 198 с,130-134, 157-161, 237, рис,7.8, (54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ВОЛЬТМЕТР (ЕГО ВАРИАНТЫ)(57) Изобретение относится к измерительной технике для измерения интенсивности детермированных и случа ных сигналов. Цель изобретения - по вышение точности измерения, Устройство содержит аналоговый компаратор1, блок 3 кодо-аналогового преобразования и блок 5 цифровой обработки,Введение генератора 2 псевдослучай-.ных чисел, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4позволяет применять только один аналоговый канал с одним аналоговым ком.паратором. В описании рассмотрен вариант выполнения стохастическоговольтметра, в который дополнительновведена группа элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ. При таком исполнении блок 3 кодо-аналогового преобразования можетбыть выполнен на цифроаналоговом преобразователе. 2 с. и 4 з.п. ф-лы.6 ил,2480 О 5 20 25 ЗО 35 40 45 50 Изобретение относится к измерительной технике, а именно к цифровым приборам для измерения интенсивности детермированных и случайных сигналов, в том числе среднеквадратического и среднего абсолютного значений переменного напряжения; а также среднего значения постоянного напряжения обеих полярностей, и может быть использовано в технике связи, в производственнЬх испытаниях различных радиоэлектронных приборов и систем, а также в процессе научных исследований.Целью изобретения является повьппе. ние точности измерения,На фиг.1 приведена структурная схема устройства по первому варианту; на фиг.2 и 3 - блок кодо-аналогового преобразования устройства по первому варианту; на фиг.4 - структурная схе ма устройства по второму варианту; на фиг,5 и 6 - блок кодо-аналогового преобразования устройства по второму варианту.Устройство по первому варианту (фиг.1) содержит аналоговый компаратор 1, один вход которого соединен с входом устройства, генератор 2 псевдослучайных чисел (ГПЧ), выход которого соединен через блок 3 кодо- аналогового преобразования (БКАП) с другим входом аналогового компаратора 1, выход которого соединен с первым входом элемента 4 ИСКЛ 1 ОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом блока 5 цифровой обработки (БЦО), второй вход которого соединен с выходом ГПЧ 2, а выход - с выходом устройства, дополнительный выход ГПЧ 2 соединен с вторым входом БКАП 3 и вторым входом элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.Блок 3 кода-аналогового преобразования может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе 6, аналоговом ннверторе 7 и электронном пе реключателе 8, причем выход цифро- . аналогового преобразователя 6 соединен с первым выводом электронного переключателя 8 и с входом аналогового инвертора 7, выход которого подключен к второму выводу электронного переключателя 8, первый вход блока 3 кодо-аналогового преобразования подключен к входу цифроанапогового переключателя 8 и второй вход - к управляющему входу электронного переключателя 8 (фиг.2). 65 2Блок 3 кодо-аналогового преобразования может также быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе 6, электронном переключателе 8, причем вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя б подключен к переключающему выводу элек. тронного переключателя 8, первый и второй выводы которого подключены к клеммам опорного напряжения с положительной и отрицательной полярностью соответственно, первый вход и выход блока 3 кодо-аналогового преобразования подключены соответственно к входу и выходу цифроанало. гового преобразователя 6, а второй вход - к управляющему входу электронного переключателя 8 (фиг.3),Устройство по второму варианту дополнительно содержит руппу 9 эле ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом генератора 2 псевдослучайных чисели вторые входы - с дополнительным выходом генератора 2 псевдослучайных чисел, и выходы которых подключены к первому входу блока 5 цифровой обработки (фиг.4).При таком исполнении стохастичес. кого вольтметра блок 3 кодо-аналогового преобразования может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе 6, элементе 10 калиброванного напряжения смещения и электронном переключателе 8, причем выходцифроаналогового преобразователя 6присоединен к одному выводу электронного переключателя 8 непосредственно и че. рез элемент 10 калиброванного напряжения смещения - к другому выводу электронного переключателя 8, переключающий вывод которого подключен к выходу блока 3 кодо-аналогового преобразования, первый вход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя 6, а второй вход - с управляющим входом электронного переключателя 8 (фиг.5).В блоке 3 кодо-аналогового преобразования к клеммам опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 6 могут быть подключены также источники положительного и отрицательного опорных напряженийсоответственно, имеющих одинаковоеабсолютное значение, причем оба входа блока 3 кодо-аналогового преобразования подключены к входу цифроаналогового преобразователя 6, а выход блока 31248065 40 3кодо-аналогового преобразования подключен к выходу цифроаналогового преобразователя б (фиг.б).Стохастический вольтметр работает следующим образом. 5Генератор 2 псевдослучайных чисел вырабатывает на входе блока 3 кодо-аналогового преобразования последовательность псевдослучайных чисел. С дополнительного выхода 0 ГПЧ 2 случайный сигнал поступает на второй вход БКАП 3, определяющий знак выходного напряжения БКАП 3. Таким образом аналоговый компаратор 1 сравнивает входное напряже ние х(С) с выходным напряжением БКАП 3 с 1 , имеющим псевдослучайную величину и случайный знак, Выходной сигнал компаратора 1 подается через элемент 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ к второму О входу блока 5 цифровой обработки. На другой вход элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подается сигнал с дополнительного выхода ГПЧ 2. В зависимости от этого сигнала, определяющего знак вы 25 ходного напряжения БКАП 3, выходной сигнал аналогового компаратора 1 поступает на первый вход блока 5 цифровой обработки либо в прямом, либо в инвертированном коде. 30Таким образом на втором входе блока 5 цифровой обработки действует следующий логический сигнал:1, если с,ц,0 и х(С) ) Чокили яксО и х 6 Яок35О, если Ч, 0 и х(г) ( Чкили Ч 0 и х(С)Этот сигнал можно записать й в следующем виде: 1, если /х(г.) / ) /Ч,к/ О, если /х(Г) / ( /Ч ок / Если сигнал Ч,равномерно распределен в интервале -хо, х то вероятность появления на первом входе блока 5 цифровой обработки логичес кой единицы равна отношению /х(С)//хДля измерения среднего абсолютного значения входного сигнала можно просто считывать эти "единицы" и масштабировать результат. Но для уменьшения погрешности целесообразно суммировать при каждом такте работы значений +- х, если /х(1)/ Ч.,к (11 155х, если /х(г) /( с, 1 4Для определения среднеквадратичес 4 кого значения сигнала кода необходимо суммировать при каждом испы- тании если /х(С)/ /Ч к / (2) О, если /х(С)/ С /Я к /и извлечь квадратный корень и масшта.бировать результат.Величина, необходимая для вычисле.ния результата, поступает на первыйвход блока 5 цифровой обработки, выход которого является выходом устройства,Получение на выходе БКАП 3 сигнала другой полярности можно осуществить с помощью аналогового инверторана выходе ЦАП 6 и электронного переключателя 8 (фиг.2).Инвертирование полярности выходного напряжения БКАП 3 можно осуществить и за счет изменения знака опорного напряжения ЦАП 6 с помощью элек.тронного переключателя 8, которыйуправляется с дополнительного выхо-.да ГПЧ 2 (фиг,3).На выходе БКАП 3 также можно получить псевдослучайный сигнал обеихполярностей, если вместо инвертирования выходного напряжения ЦАП 6 при.менять смещение выходного напряженияЦАП 6 с отрицательным знаком (относительно самого выходного напряжения ЦАП 6).Для достижения соответствия между выходным напряжением БКАП 3 и кодом, поступающим на первый вход блока 5 цифровой обработки, этот коддолжен быть инвертирован при другой(отрицательной) полярности. Для этого применяется дополнительная Группа элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, включенных между выходом ГПЧ 2 и первымвходом блока 5 цифровой обработки,Вторые входы этих элементов подключаются к дополнительному выходу ГПЧ2, определяющему знак выходного напряжения БКАП 3 (фиг.4). Для получения другой полярности выходного напряжения можно применять на выходе ЦАП б элемент 10 калиброванного напряжения смещения и электронный переключатель 8, подключающий на выход БКАП 3 выходное напряжение ЦАП 6 непосредственно или со смещением в зависимости от сигнала на дополнительном выходе ГПЧ 2 (фиг.5). Смещение, вносимое элемен 1248065том калиброванного напряжения смещения, следует выбирать равным полному диапазону изменения выходного напряжения ЦАП 6, и знак этого сме 5 щения должен быть противоположным по отношению к выходному напряжению ЦАП 6.Необходимое смещение выходного напряжения можно получить и при подаче на клеммы опорного напряжения ЦАП 6, служащего в качестве БКАП 3, напряжений, которые равны по абсолютной величине, но различны по знаку. Тогда дополнительный выход ГПЧ 2 подключается прямо к одному (старшему) разряду ЦАП 6(фиг.6).Предлагаемый стохастический вольтметр выгодно отличается от известных аналогичных устройств применением только одного аналогового канала с одним аналоговым компаратором, обеспечивающим существенное повьннение точности измерения, а также упрощение устройства.25Формула изобретения1, Стохастический вольтметр, содержащий аналоговый компаратор, первый вход которого подключен к входу устройства, генератор псевдослучайных чисел, присоединенный выходом к одному входу блока цифровой обработки и через блок кодо-аналогового преобразования к второму входу аналогового компаратора, выход блока цифровой. обработки соединен с выходом устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьннения точности, в него введен элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а генератор псевдослучайных чисел снабжен дополнительным выходом, причем один вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом аналогового компаратора, другой вход - с допол 45 нительным выходом генератора псевдо случайных чисел и с вторым входом блока кодо-аналогового преобразования, а выход - с другим входом блока цифровой обработки.2. Вольтметр по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок кодо- аналогового преобразования содержит цифроаналоговый преобразователь, аналоговый инвертор и электронный переключатель, причем выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым выводом электронного переключателя и с входом аналогового инвертора, выход которого подключен к второму выводу электронного переключателя, первый вход блока кодо-аналогового преобразования под ключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход - к переключающе му выводу электронного переключателя и второй вход - к управляющему входу электронного переключателя.3Вольтметр по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок кодо- аналогового преобразования содержит цифроаналоговый преобразователь и электронный переключатель, причем вход опорного напряжения цифроанало. гового преобразователя подключен к переключающему выводу электронного переключателя, первый и второй выводы которого подключены к клеммам опорного напряжения с положительной и отрицательной полярностью соответственно, первый вход и выход блока кодо-аналогового преобразования подключены к входу и выходу цифроаналогового преобразователя соответственно, а второй вход - к управ ляющему входу электронного переключателя. 4, Стохастический вольтметр, содержащий аналоговый компаратор, первый вход которого подключен к входу устройства, генератор псевдослучайных чисел, присоединенный выходом через блок кодо-аналогового преобразования к второму входу аналогового компаратора, причем выход блока цифровой обработки соединен с выходом устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группа элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок кодо-аналогового преобразования и генератор псевдослучайных чисел снабжены дополнительным выходом, причем один вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом аналогового компаратора, другой вход - с первыми входами группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с вторым вхо. дом блока кодо-аналогового преобразования и с дополнительным выходом генератора псевдослучайных чисел, а выход - с одним входом блока цифровой обработки, вторые входы группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом генератора псевдослучайныхчисел, а их выходы - с другим входомблока цифровой обработки,5. Вольтметр по п.4, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок кодо-аналогового преобразования содержит цифроаналоговый преобразователь, элемент калиброванного напряжения смещения и электронный переключатель,причем выход цифроаналогового преобразователя присоединен к одному выводу электронного переключателя непосредственно и через элемент калиброванйого напряжения смещения к другому выводу электронного переключателя, переключающий вывод которогоподключен к выходу блока кодо-аналогового преобразования, первый входкоторого соединен с входом цифроана 248065логового преобразователя, а второйвход - суправляющим входом электронного переключателя.6. Вольтметр по п.4, о т л и -чающий с я тем, что в блокекодо-аналогового преобразования кклеммам опорного напряжения цифроаналогового преобразователя подктпочены источники положительного и от рицательного опоррх напряжений соответственно, имеющих одинаковоеабсолютное значение, причем оба входа блока кодо-аналогового преобразования подключены к входу цифроаналогового преобразователя, а выходблока кодо-аналогового преобразования подключен к выходу цифроаналогового преобразователя.1248065иг,Составитель В.Быков актор М.Бандура Техред М,Ходанич Корректор Л.Пилипенкосно каз 4141/58 тираж 816 Па ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб. роизводственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектна