Калибратор периодических сигналов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И 91 (11) 1)4001 КЗ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЗОБРЕТЕНИЯ ИСА ВИДЕТЕЛЬСТ АВТОРСКО(54 НАЛ БРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИ В 45(5) Изобретение относится к областиэлектроизмерительной техники и можетбыть использовано для Аормированиякалиброванных по уровню среднеквадратичного значения периодическихколебаний с заданным спектрально-весовым составом в широком диапазонечастот для аттестации вольтметров,спектроанализаторов и других прибо-ров, Целью изобретения является расширение диапазона частот в областизвукового и ультразвукового спектрови повышение точности выходного сиг- ф ател чно-ис троизмерите ельство СССР 35/00, 1982. мов А,В. Обра источник пер де1(7 1) Всесоюзный нский институт элеприборов1442952 нала, Устройство содержит блок 1постоянной памяти, вычислитель 2,алфавитно-цифровой дисплей 3, блок 4оперативной памяти, формирователь 5сетки частот, вентиль 6, цифроаналоговые преобразователи 7, сумматор 8,умножающий цифроаналоговый преобразователь 9, компаратор 10, масштабныйпреобразователь 11, регистр 12, реверсивный счетчик 13. Умножающийцифроаналоговый преобразователь 9 Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для формирования калиброванных по уровню среднеквардартического значения периодических колеба ний с заданным спектрально-весовым составом в широком диапазоне частот для4аттестации вольтметров, спектроанализаторов и других приборов./Целью изобретения является расшире 1 О ние диапазона частот в области звуковых и ультразвуковых частот и повышение точности выходного сигнала.На чертеже изображена функциональная схема калибратора периодических сигналов.Калибратор содержит блок 1 постоянной памяти, соединенный с первым входом вычислителя 2, к второму входу которого подключен алфавитно-цифровой дисплей 3, Первый выход вычислителя 2 соединен с выходами блока 4 оперативной памяти с первого по И-й, второйвыход вычислителя 2 через формирователь 5 сетки частот соединен с вентилями 6 с первого по И-й, выходы которых соединены с другими входами блока 4 оперативной памяти с первого по В-й, выходы которого соединены с входами цифроаналоговых пре образователей 7 с первого по Н-й, выходы которых через сумматор 8 соединены с входом умножающего цифроаналогового преобразователя 9, выход которого соединен с входами компара тора 10 и выходного яасштабного преобразователя 11, второй вход которогс соединен с третьим выходом вычислипредставляет собой прецизионный преобразователь отношения низкого быстродействия, выходное напряжение ко-торого сохраняет заданное постоянноезначение при любой форме выходногосигнала. Устройство также содержитформирователь 14 и источник 15 образцового напряжения и может бытьиспользовано для аттестации электроиэмерительиых приборов, реагирующихна среднеквадратичное значение, 1 гп,2теля 2, а выход является выходнымзажимом калибратора.Четвертый выход вычислителя 2соединен с входом регистра 12 памяти,выход которого соединены с входамивентилей 6 с первого по М-й,Пятый выход вычислителя 2 соединенс входом реверсивного счетчика 13,два других входа которого соединены с .выходами формирователя 14, а выход - свходом умножающего цифроаналоговогопреобразователя 9, Второй вход компаратора 10 соединен с выходом источника 15 образцового напряжения, авыход компаратора 10 соединен с входом формирователя 14, другой входкоторого соединен с шестым выходомвычислителя 2,Калибратор периодических сигналовработает следующим образом,В блок 1 постоянной памяти записаны в цифрах ординаты образцовогосииусоидального сигнала и программаработы калибратора.Синтез ординат выходного сигналаосуществляется с помощью задаваемыхоператором коэффициентов ряда Фурьепо формуле Р(х) = А + Бзп х + Б з 1 п 2 х ++ Ссоя 2 х + где А - постоянная составляющая,Б.; - амплитуда синусной составляющей ь-й гармоники;3144295С - амплитуда косинусной составляющей -й гармоники.В предложенном калибраторе синтез , ординат сложного сигнала осуществля 5 ется не по одному, а по нескольским каналам. При этом сумма ряда Фурье для каждого из каналов может быть записана следующим образом,Для первого канала: 10 15 20+ Б яп пх + Ссоя пх.л Следовательно, первый канал формирует на выходе сигнал, в котором могут быть постоянная составляющая и гармоники от первой до п-й,Лля второго канала: Р (х) = Б, яп(п+1)х + С сов(п+1)х+25+ 5 я 1 п шх + С, соя их,Второй канал и последующие каналы формируют на выходе сигнал, в котором могут быть гармоники по числу на единицу больше, чем последняя заданная в предыдущем канале (задан ная конструкцией прибора), до щ-й либо 1-й в следующем канале,В последнем -м канале формируется сигнал, который может состоять из 40 следующих гармонических составляющих: Р; (х)=Б яхп(1+1)х + С ., соя(+1)х+.++ Б яп 1 х + Ссоя 1 х,24Введенные коэффициенты ряда фурьев зависимости от номера гармоникиформируются н вычислителе 2 в группын соответствии с каналами, н которыхони должны образовать фрагменты сложного сигнала.Затем в вычислителе 2 последовательно, начиная с наиболее низкочастотной гармоники, одна за другойсинтезируются ординаты фрагментов выходного сигнала для соответствующихканалов. В этом синтезе из блока 1постоянной памяти выводятся образцовые синусные и косинусные ординаты, которые умножением на соответствующий введенный коэффициент 51, илиС образуют гармоники сложного ныходного сигнала,Лалее происходит сложение (с учетом знака) ординат гармоник в каждомканале так, чтобы получился фрагментсложного сигнала, содержащий заданныен нем гармонические составляющие,После синтеза автоматически (безкоманд оператора) осуществляетсясовместное нормирование по амплитуде(по экстремальному значению) суммарного сигнала всех каналов и фрагментов сигнала в каналах таким образом,чтобы экстремальное значение выходного суммарного сигнала не превышалодинамического диапазона выходногосигнала аналогового сумматора 8 исигналы в каналах по своим экстремальным значениям не превышали быдинамического диапазона используемыхцифроаналоговых преобразователей 7,После нормирования суммарногосигнала и его фрагментов по амплитуде осуществляется округление кодовординат этих сигналов по разрядностииспользуемых цифроаналоговых преобразователей 7. В соответствии с этимокруглением округляются амплитуды, введенных гармоник сложного сигнала.Постоянная составляющая, номер гармоники и коэффициенты ряда Фурье со знаком вводятся в вычислитель 2 с алфавитно-цифрового дисплея 3. Эта подпрограмма стартует по команде "Ввод" данных А, 5, С, Вводимые данные и операция "Ввод" индицируются на алфавитно-цифровом дисплее 3.После завершения операции Ввод данных с алфавитно-цифрового дисплеян3 вводится подпрограмма Синтезсложного сигнала. Операция Синтез индицируется на дисплее 3,В результате операции синтезасложного сигнала вычислитель 2 подсчитывает приближенное среднеквад ратическое значение выходного сигналана периоде по округленным ампскэлитудам гармоник выходного сигнала сучетом всех его фрагментов по формуле55О 1( - амплитуды гармоник сложнага ВыходОГО си"нсЛа,Затем по значению Уэ вычислитель 2 рассчитывает прибг(иженную величину кода М для умножающего цифроаналогового преобразователя 9 по ФормулеУгде Б 8,(- выходное среднеквадратическое значение напряжения преобразователя 9, которое при любой форме выходного сигнала должно быть близким к постоянной величине, задаваемой источником 15 аб - :20разцавага напряжения;- число разрядов двоичногакода преобразователя 9.Умножающий цифроаналоговый преобразователь 9 представляет собой прецизиснный преобразователь отношениянизкого быстродействия, выходноенапряжение которого должно устанавливаться и сохранять заданное постоянное значение (среднеквадратическае)при любой Форме выходного сигналав течение времени его использованияоператором,Поэтому код 3 н., расститанный сразрядностью применяемых преобразователей 7, является приближенным изатем уточняется дс разрядности умножающего цифроаналогового преобразователя 9,Ввод в реверсивный счетчик 13 приближенного значения кода сокращаетвремя установления уточненного значения кода в преобразователе 9 и несоздает условий перегрузки компаратора 10 среднеквадратических значенийнапряжений.Подстройка кода умножающего цифроаналогового преобразователя 9 вреверсивном счетчике 13 с помощьюкомпаратора 10 и формирователя 14продолжается в течение заданного времени коррекции, которое определяетсясчетчиком в Формирователе 14, Подстройка кода преобразователя 9 приводитк повышению точности калибратора.Время коррекции и используемое55в алгоритме выражение "Сигнал окончания коррекции Б э " соответствуютокончанию переходных процессов коррекции, после которого значеке кода И мажет быть использована дл рабаты калибратора с заданной точностью.После указанных расчетов вычислитель 2 осуществляет вывод информации аб ордина(тах фрагментов выходного сигнала в блоки 4 оперативной памяти выводит код включаемых в работу блоков 4 оперативной памяти на регистр 12 памяти, выводит код нор( малиэации сигнала по СКЗ ( в реверсивный счетчик 13, затем выводит сигнал "Пуск" в блок 4, па которому осуществляется Вывод информации из блока 1 на преобразователь 7, и сигнал разрешения коррекции умножающего цифроаналогового преобразователя 9 на формирователь 14 (на формирователе 5 сетки частот при этом установлен код максимальной частоты Выходного сигнала), С выходов цифроаналоговых преобразователей 7 аналоговые сигналы фрагментов выходного сигнала поступают на сумматор 8, на катарам формируется выходной сигнал. С сумматора 8 сигнал постуг(ает на умножающий цифроаналоговый преобразователь 9, В зависимости ат рсакции ксмпаратора 10 Формирователь 1 вырабатывает счетные импульсы на су(рмирующий или Вычитдющий ВхОд реверсивного счетчика 13, Так замыкается цепь обратной связи, кстарая позволяет получить на выходе преобразователя 9 заданное аналоговое среднеквадратическсе значение напря.жения которое поступает на выходной масштабный преобраэотзатель 11.После прохождения заданного числа тактов коррекции кода реверсивного счетчика 13 с Формирователя 14 в вычислитель 2 вводится сигнал окончания коррекции среднеквадратическаго значения выходного напряжения, а затем в вычислитель 2 вводится скорректированный кац К из реверсивного счетчика 13,В вычислителе 2 производится расчет коэффициента амплитуды К ч выходного сигнала па формулеБ 5 ЫХ. ЗКстр, оСчС(11 с.эгде П - напряжение экст(их. э(стр, росЧремального значения суммарногосложного Выходно71442го сигнала, полученное посленормирования егопо амплитуде;П - величина средне 5квадратическогозначения выходного сигнала, соответствующаяскорректированному значениюкода реверсивного счетчика 13,Завершением операции Синтез является индикация величины коэффициента гармоник Кс, на алфавитно-цифровом дисплее 3,Оператор, получив на алфавитноцифровом дисплее 3 информацию о завершении операции "Синтез 1 сложногосигнала, вводит в вычислитель 2 сдисплея 3 команду начала операции"Ввод параметров выходного сигнала(адрес старта подпрограммы ввода выходных параметров сложного сигнала,среднеквадратического значения наdряжения и частоты выходного сигнала)и вводит нужные параметры, которыеиндицируются на алфавитно-цифровомФдисплее 3,Вычислитель 2 запоминает эту информацию и приводит ее к виду,удобному для подачи команд на выходной масштабный преобразователь 11 идля записи в формирователь 5 сетки 35частот. Формирователь 5 сетки частотвырабатывает частоты, пропорциональные частоте выходного сложного сигнала калибратора, причем на вентили Ьс него приходят частоты, отличаю 40щиеся друг от друга во столькораз, во сколько отличаются низшиегармоники, предусмотренные конструкцией каждого канала,Вентили Ь управляются через регистр4512 памяти, который служит для того,чтобы выключить из работы и тем са мым не создавать дополнительных помехот коммутации канал, гармоники которого не заданы и не участвуют в формировании выходного сигнала Формула изобр етения Калибратор периодических сигналов, содержащий блок постоянной памяти, соединенный с первым входом вичислителя, второй вход которого подключен к алфавитно-цифровому дисплею, а первый выход соединен с входом первого блока оперативной памяти, выход которого соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, второй выход вычислителя соединен с первым входом формирователя сетки частот, второй вход которого Для получения на выходе сигнала с введенными параметрами вводится команда "Изменение формын выходного сигнала. По этой команде стартует.55 подпрограмма, которая выводит на индикацию параметры выходного напряжения Б , Р а также выводит коды 952 8на формирователь 5 сетки частот ина выходной масштабный преобразователь 11, которые устанавливают заданные параметры выходного сигнала.Команда "Изменение формы" блокирует выход калибратора от ошибочныхнапряжений, которые могут перегрузитьвход испытуемого прибора,Лля изменения формы выходного сигнала требуется изменить информациюо величинах А, 8, С, поступившуюранее по команде Ввод данных , провести процедуру синтеза сложногосигнала, пронормировать его по амплитуде и среднеквадратическому значению, подсчитать коэффициент амплитуды, ввести новые значения выходногонапряжения и частоты сигнала и вывести все полученные данные о сигнале во внешние устройства,Лля уменьшения коэффициента гармоник выходного сигнала входные цепианалогового сумматора 8 могут содержать фильтры нижних частот.Коррекция среднеквадратическогозначения напряжения поддерживаетсистематическую погрешность калибратора близкой к постоянной величине,Предлагаемое устройство позволяетсформировать и откалибровать с высокой точностью по среднеквадратическому значению напряжений выходныесигналы различных уровней с различным заданным спектрально-весовымсоставом в области звуковых и ультразвуковых частот. Устройство приэтом позволяет снимать отсчеты коэффициента амплитуцы выходного сигнала.Эти свойства являются обязательнымидля аттестации большой группы электроизмерительных приборов переменногонапряжения, реагирующих на среднеквадратическое значение,Составитель А, ЗаоорняРедактор О, Юрковецкая Техред Л.Олийнык Корректор И, Муска Заказ 6381/43 Тираж 772 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9 14 является входом "Внешняя частота", а третий выход - с управляющим входом выходного масштабного преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона частот и повышения точности выходного сигнала, в калибратор дополнительно введены регистр памяти, И вентилей, 0-1 блоков оперативной памяти, Ицифроаналоговых преобразователей, аналоговый сумматор, умножающий цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, компаратор, формирователь и источник образцового напряжения, причем выходы формирователя сетки частот через вентили, управляющие входы которых подключены к четвертому выходу вычислителя через регистр памяти, соединены с первыми входами всех И блоков оперативной памяти, вторые входы которых с второго по М-й соединены с первым выходом вычислителя, а их 42952 авыходы - с входами цифроаналоговых преобразователей с второго по Н-й, выходы всех цифроаналоговых преобразователей соединены с входами аналогового сумматора, выход которого соединен с первым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, пятый выход вычислителя через реверсивныч счетчик соединен с вторым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом выходного масштабного преобразователя и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника образцового напряжения, а выход через формирователь, управляющий вход которого подключен к шестому выходу вычис О .пителя, соединен с суммирующим ивычитающим входами реверсивного счетчика, при этом выходом калибратора является выход выходного масштабного преобразователя.