Устройство формирования калибровочного сигнала

19) (1 03 К 5/О ГОСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ 8 ц АНИЕ ИЗОБРЕТ втоесномм св 862842/24-217,2.845.10.86.Бюл. Иф 38А.Раков21.374(088.8)вторское свиде92, кл, Н 03 Кдаръ В.А., Кузнелинейностиения. " ИзмериФ 8, с.57. ВАНИЯ КАЛИБРО. ся к кзмеркбыть испольповерке нзлкнейностк я Целью изо ение функцио тройства. В источник 1 рител напря 1980,интегрирую(21) (22) (46) . (72) (53) (56) А У 663 СООЗ СОВЕТСНИХСООИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН тельство СССР5/01, 1977.нецов Е.М. Измепилообразноготельная техника,(54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВОЧНОГО СИГНАЛА(57) Устройство относительной технике. Можетзовано прк калибровке имернтелей параметров непилообразного напряжениретения является расширналъных возможностей уустройство, содержащеепостоянного напряжения12643 щую КС-цепь 2, для достижения цели введены генератор 3 синусоидальных сигналов, аттенюатор 4, компараторы 5, 6, 7, элемент И 8, источники 9, 10 опорного напряжения, буферные уси. лители 11, 12, переключатель 13, сумматор 14, ключ 15, блок 16 управления. Цель достигаешься путем формирования сигнала с отключениями от линейного сигнала разных знаков, а так же калибровочного сигнала малой дли 18тельности. Блок 16 управления можетбыть выполнен на основе микропроцессорной техники или линии ЭВМ типа"Искра 22 В". Устройство позволяетформировать сигнал с коэффициентаминелинейности от сотых долей процента до 1007., абсолютными отклонениямиот тьсячных долей процента до 107.,причем как положительными, таки отрицательными . 1 э.п. ф-лы,3 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано при калибровке и поверке измерителей параметров нелинейности пилообразного напряжения, 5Цепль изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства путем формирования калибровочного сигнала с отключениями от линей. ного сигнала разньгх знаков, а также калибровочного сигнала малой длитель ности,На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 в ,диаграммы, поясняющие его работу; на15 фиг,3 - рабочий участок формируемого калибровочного сигнала.Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, интегрирующую КС-цепь 2, генератор 3 синусоидальных сигналов, аттенюатор 4, первый 5, второй 6 и третий 7 компарато. ры, элемент И 8, первый 9 и второй 10 источники опорного напряжения, первый 11 и второй 12 буферные усили 25 тели, переключатель 13, сумматор 14, ключ 15 и блок 16 управления, причем выход генератора 3 синусоидальных сигналов соединен с входом интегрирующей КС-цепи 2 и входом аттенюатора 4, выход которого подключен .к входу первого буферного усилителя 11, а .также к первым входам второго 6 и третьего 7 компараторов, вторые входы которых подключены соответственно 15 к выходам первого 9 и второго 1 О источников опорного напряжения, выход интегрирующей КС-цепи 2 соединен с первым. входом первого компаратора 5, второй вход которого соединен сточкой нулевого потенциала, инверсный выход второго 6 и прямой выходтретьего 7 компараторов подключен соответственно к первому и второму входам элемента И 8, третий вход кото-.рого соединен с первым выходом переключателя 13, а выход подключен к управляющему входу ключа 15, первыйвход которого подключен к выходу первого буферного усилителя 11, второйвход - к второму выходу переключателя 13, а выход - к перваму входусумматора 14, второй вход которогоподключен к выходу источника 1 постоянного напряжения, а выход - квходу второго буферного усилителя 12,выход которого является выходом устройства, первый вход переключателя13 соединен с инверсным выходом первого компаратора 5, второй вход - спрямым выходом первого компаратора 5,третий вход - с выходом второго источника 10 опорного напряжения, ачетвертый вход - с выходом первогоисточника 9 опорного напряжения, управляющие входные шины генератора 3синусоидальных сигналов, аттенюатора4, первого 9 и второго 10 источниковопорного напряжения, источника 1 постоянного напряжения и переключателя13 соединены соответственно с первой,второй, третьей, четвертой, пятой ишестой управляющими выходными шинамиблока 16 управления,Устройство работает следующим образом,Синусоидальный сигнал, вырабатываемый генератором 3 синусоидальногосигнала (фиг.2 а) поступает на входы аттенюатора 4 и интегрирующей КС-цепи 2. Частоты сигнала определяются кодом, поступающим на входную управляющую шину генератора 3 с первой уп-равляющей выходной шины блока 16 управления. На выходе аттенюатора 4 сигнал совпадает по фазе с выходным сигналом генератора, а его амплитуда обратно пропорциональна управляющему 0 коду, поступающему на входную управляющую шину аттенюатора 4 с второй выходной управляющей шины блока 16 управления. С выхода интегрирующей цепи 2 сигнал, имеющий сдвиг по фазе 15 (-Ю 2) относительно входного сигнала (фиг.2 б) поступает на первый вход первого компаратора 5, второй вход которого соединен с точкой нулевого потенциала. В результате на прямом выходе первого компаратора 5(фиг.2 в) сигнал логической единицы соответствует интервалу фаз сигнала генератор Зира 3 (- + 27 п,+2 п), а логическо-,22 г 25 го нуля - интервалу фаз (- - +2 и,2Зи- +27 п).п=О, + 1, ф 2 , На инверсном выходе - противоположный сигнал.Если переключатель 13 находится в первом положении, то сигнал с инверсного выхода первого компаратора 5 поступает с первого входа на выход первой группы и далее на третий вход элемента И. Если переключатель 35 13 находится во втором положении, то на третий вход элемента И сигнал постуПает с прямого выхода первого компаратора 5 через второй вход и выход первой группы. Положение переключа теля 13 определяется сигналами, поступающими на его входную управляющую шину от шестой управляющей выходной шины блока 16 управления.Сигнал с выхода аттенюатора 4 поступает на первый вход ключа 15 через первый буферный усилитель 11, а также на первые входы второго 6 итретьего 7 компараторов. Уровни срабатывания компараторов определяются 50 постоянными напряжениями, поступающими на вторые входы второго 6 и третьего 7 компараторов соответственно с первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения. Напря жения первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения определяются управляющими кодами, поступающими на их управляющие входные шины соответственно с третьей и четвертой управляющих выходных шин блока 16 управления. Таким образом, сигнал логической единицы на инверсном выходе второго компаратора соответствует интервалам фаз (2 нпа,+ 2 а п) Г И-ы,+ + 2 Яп), 2 в (и+1), а на прямом выхо;, де второго компаратора - интервалу фаз (Ы +2 п, (1-ы,) + 2 нп), где о 115 . Ц = агсзп ,; М = агсзп в ; 00г Я напряжения соответственно первого 6 и второго 7 источников опорного напряжения, 11 - амплитуда сигнала на выходе аттенюатора 4, С инверсного выхода второго компаратора 6 (фиг.2 г) и прямого выхода третьего компаратора 7 (фиг.2 д) логические сигналы поступают соответственно на первый и второй входы элемента И 8. Еслипереключатель 13 находится в первом положении, то сигнал логической единицы на выходе элемента И 8 (фиг.2 е) соответствует участку синусоиды в интервале фаз (ог +2 нп, ос, +2 оп) (фиг.З)) . а если во втором положении - то Я- Ф,)+2 нп, (н - М )+2 ип . Сигнал с выхода элемента И 8 поступает на управляющий вход ключа 15. Если этот сигнал - логическая единица, то на вход ключа 15 поступает сигнал с первого входа ключа, а если логический ноль - то с второго входа. В первом положении переключателя 13 на второй вход ключа 15 через первый вход и выход второй группы переключателя 13 поступает напряжение второго источника 10 опорного напряжения, а во втором положении - первого источника 9 опорного напряжения. В результате работы ключа 15 сигнал на его выходе имеет вид пилообразных импульсов, нарастающий (первое положение переключателя 13) или ниспадающий (второе положение переключателя 13) участок которого является отрезком синусоиды (фиг,2 ж)В паузах между пилообразными импульсами сигнал имеет постоянный уровень Б (для линейно падающего напряжения) или П (для линейно нарастающего).Этот сигнал складывается в сумматоре 14 с сигналом источника 1 постоянного напряжения, задающего постоянную составляющую выходного сигнала под действием сигнала управления, поступающего с четвертой управ,Ь 7. К = (1 5ляющей выходной шины блока 16 управления на входную шину управления источника 1 постоянного напряжения. С выхода сумматора 14 сигнал через второй буферный усилитель 12 поступает на выход устройства.Блок 16 управления представляет собой специализированное управляющевычислительное устройство. Управляя затуханием аттенюатора 4, постоян- , 10 ными напряжениями первого 9 и второго 10 источников опорного напряженияи источника 1 постоянного напряжения, положением переключателя 13, блок управления обеспечивает получение им пульсов как линейно нарастающего, так и линейно падающего напряжения, линейный участок которых имеет калиброванные параметры нелинейности, так как является участком синусоиды, ка чество которой, в свою очередь, можно легко оценить известными спектральными методами, а уровни начала и конца рабочего кода постоянны для данного сигнала и могут быть повере ны, например, компенсационными методами. Вследствие этого параметры нелинейности однозначно связаны с параметрами, устанавливаемыми блоком 16 управления. 30Возможны два алгоритма работы блока 16 управления. По первому алгоритму по установленным значениям частот Е сигнала генератора 3, затухания А аттенюатора 4, 11, П и напряжения З 5 00 С источника постоянного напряжения, блок управления рассчитывает значения начального уровня 11 и амплитуды 11 (или конечного уровня П) выходного сигнала, коэффициента не линейности К, максимального абсолютного отклонения 6, длительности импульса Т и периода его повторения Т и индицирует вычисленные значения.По второму алгоритму по заданным и вве- ф 5 денным в блок 16 управления параметрам П , П (0), К (й), С вычисляются необходимые значения Е П Ц А и Пи выдаются соответствующие управляющие коды на входные управляющие шины исполнительных устройств (генератора 3 синусоидальных сигналов, аттенюатора 4, первого 9 и второго 1 О источников опорного напряжения, источника 1 постоянного иапряжения и переключателя 13), В случае дискретной реализации блока 16 управления и схем управления исполнительными устройствами невозможна точьая установка вычисленных значений й, П А, 11 и 11.С. . поэтому после установки приближенных значений целесообразен расчет по первому алгоритму и индикации уточненных параметров б, 11(11), К , Ь , , и Т.Устройство позволяет получать сигналы с калиброванными параметрами, обладающие максимальными абсолютными отклонениями разных знаков, различными по абсолютной величине. Имеется воэможность перемещения моментов.максимальных отклонений по оси времени внутри длительности импульса. Из-за наличия протяженного очень близко к линейному участку синусоиды в окрестности нулевой фазы возможно получение весьма малых значений нелинейности.В большинстве случаев для упрощения блока 16 управления целесообразно ограничиться формированием сигналов при (П,1 = IП/,/о,/ =lфт/Первый алгоритм. Исходные данные для расчета: 1, А, 11=П. эпос также П, - амплитуда синусоидального сигнала на выходе генератора 3 (постоянна для каждого конкретного устройства); напряжение нарастающее (падающее).1, Т 1/Г2. Пп=Ы;агсвдпЪ" А/Пг )7 Г4. ц =П-П, (для линейно нарастающего напряжения)П =П, +11, (для линейно падающего напряжения)+ опвпМ 1 =вп агссов ( -- )1в 1 пЫ вп- агссов( -- )дагсв 1 п Ж, АВ ), - максимальные значения модулей соответственноположительного и отрицательного абсолютных отклонений-сов М)10 ОЖВторой алгоритм. Исходные данные для расчета: К.(илид), 11, Ц (или 0), , 0; напряжение нарастающее (падающее).1. м = агссов (1-Кс) .Определяется путем численного решения трансцендентного уравнения(и. 6 первого алгоритма) при з адаыном Ь.11 в 2 (11 1.1 н) 2Б, з 1 п с3. АП,4. Е15. Т= -Г6, Пс =11+11, (для линейно нарастающего напряжения)1)пост =1)н Ц (для линейно падаю -щего напряжения)7. При необходимости уточнения,проводятся вычисления по первому алгоритму.Блок 16 управления может быть выполнен на основе микропроцессорной техники или линии ЭВМ типа чИскра 22 В", В качестве источников опорного и постоянного напряжений применены цифроаналоговые преобразователи соответствующей разрядности, работах щие от общего высокостабильного источника напряжения.Устройство формирования калибровочного сигнала позволяет формировать сигнал с коэффициентами нелинейности от сотых долей процента до 100%, абсолютными отклонениями от тысячных долей процента до 10%, причем как положительными, так и отрицательными. Устройство применимо и для формирования сигнала с монотонной нелинейностью.Имеющаяся возможность смещения моментов максимумов и минимумов отклонения внутри отрезка времени, соответствующего рабочему ходу, позволяет исследовать динамические характеристики измерителей. Формула и э о б р е т е н и я 1. Устройатво формирования калибровочного сигнала, содержащее источник постоянного напряжения и интегрирующую КС-цепь, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены генератор синусоидальных сигналов, аттенюатор, первый, второй и третий компараторы, элементы И, первый и второй источники опорного напряжения, первый и второй буферные усилители, переключатель, сумматор, ключ и блок управления, причем выход генератора синусоидальных сигналов соединен с входом 5 О 5 20 25 30 35 40 интегрирующей КС-цепи и входом аттенюатора, выход которого подключенк входу первого буферного усилителя,а также к первым входам второго итретьего компараторов,вторые входыкоторых подключены соответственно квыходам первого и второго источниковопорного напряжения, выход интегрирующей КС-цепи соединен с первым входом первого компаратора, второй входкоторого соединен с общей шиной, инверсный выход второго и прямой выход третьего компараторов подключены Соответственно к первому и второму входам элемента И, третий вход которого соединен с первым выходом переключателя, а выход - с управляющимвходом ключа, первый вход ключа подключен к выходу первого буферногоусилителя, второй вход - к второмувыходу переключателя, а выход - кпервому входу сумматора, второй входкоторого подключен к выходу источника постоянного напряжения, а выход -к входу второго буферного усилителя,выход которого является выходом устройства, первый вход переключателясоединен с инверсным выходом первогокомпаратора, второй вход - с прямымвыходом первого компараторс, третийвход переключателя соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а четвертый вход - с вьходомпервого источника опорного напряжения, управляющие входные шины генератора синусоидальных сигналов, аттенюатора, первого и второго источников опорного напряжения, источникапостоянного напряжения и переключателя соединены соответственно с первой, второй, третьей, четвертой,пятой и шестой управляющими выходными шинами блока управления. 2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что переключатель содержит две сблокированные трехкон- . тактные группы, причем переключающие контакты первой и второй групп соединены соответственно с первым и вторым выходами переключателя, размыкающий и замыкающий контакты пер.вой группы соединены соответственнос размыкающим и замыкающим входами переключателя, а первый и второй коммутируемые контакты второй группы -.4/5 Производств полигра 4 ическое предприятие,г.ушгород,ул.Проектная,4 3/56 Т ВНИИПИ Государ по делам иэо 113035, Москвааж 816 Подпивенного комитета СССетений и открытийЖ, Раушская наб.,