Цифровой вольтметр

(51)5 б 01 к 19/ ВЕНК ЫЙетенияч ССР ГОСУДАРСПО ИЗОБПРИ ГКН митет ТНРыти Е ИЗОБРЕТЕНИЯСВИДЕТЕЛЬСТВУ ОП КАВ РСК среднеквадратичного значений сигналакак за его период, так и за заданныйинтервал времени - достигается тем,что в вольтметр, содеряащий входночусилитель 1, аналого-циАровой преобразователь 2, блок 3 определения периода, Аормирователь 4 частоты, блок5 управления, генератор 6 импульсов,умножитель 7, счетчик Я объема выборки, накапливающий сумматор 9, выходной регистр 10 введен блок 11 синхронизации, Лолояительный эААектданного вольтметра заключается в возможности осушествлять контроль затехнологическими процессами, основанными на импульсных воздействиях на-пряжения несушей частоты. 3 з.п,А-лы, 3 ил. С:(56) Авторское свидетельство ГССРМ 1337791, кл, Г 01 Я 19/25,03,12.85.(57) Изобретение относится к электризмерительной технике и может бытьиспользовано в системах контроля иуправления технологическими процессами, Цель изобретения - расширениеЬункциональных возможностей путемопределения средневыпрямленного и 1597756 АИзобретение относится к электроиэмерительной технике, .может бытьиспользовано в системах контроля иуправления технологическими процесса 5ми и являетсяусовершенствованиемизобретенияпо авт. св, Р 1337791,Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей за счетизмерения средненыпрямленного и действункЧего значений входных сигналовкак по каждому периоду несущей частоты, так и за заданньй интервалвремени.На Лиг. 1 приведена структурнаясхема цифрового вольтметра, нафиг. 2 - структурная схема блока управления; на Лиг. 3 - структурнаясхема счетчика объема. выборки,Цифровой вольтметр содержит блок 1входных усилителей, вход которогоявляется первым входом цифровоговольтметра, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 информационныйвход которого соединен с выходом25блока 1 входных усилителей, второйвыход которого подключен к входу,блока 3 определения периода, первыйвыход которого соединен с первым входом формирователя 4 частоты, выходкоторого соединен с первым входомблока 5 управления, второй и третийвходы которого подключены соответственно к второму выходу блока 3 определения периода и к первому выходу(" Останов цикла ) ЫП 1 2, первый вын - 35ход блока 5 управления подключен кпервому входу управления (" Пуск" )АЦП 2, генератор 6 импульсов, первыйи второй выходи которого соединеныс вторим входом формирователя 4 частоти и четвертым входом блока 5 уп. равления, умножитель 7, счетчик 8объема выборки, первый выход и входкоторого подключены соответственнок пятым входу и виходу блока 5 управления, накапливающий сумматор 9,информационный вход которого соединенс выходом умножителя 1, информационный выход - с вторым информационным50входом АЦП 2, а первый управляющийвход - с третьим выходом блока 5 уп-равления, виходной регистр 10, ин- .формационный вход которого объединен,с информационным .выходом АЦП 2 и ин формационным входом умножителя 7,55первый упраяляющий вход выходногорегистра соединен с четвертым выхо.дом блока 5 управления, вторым входом счетчика 8 объема выборки и вторым управляющим входом накапливающего сумматора, третий управляющий вход которого подключен к шестому выходу блока 5 управления, а информационный выход выходного .регистра 10 подключен к информационному выходу цифрового вольтметра, блок 11 синхронизации, первый выход которого является вторым входом цифрового вольтметра, третий вход которого объединен с третьим входом выходного регистра 10 и вторым входом блока 11 синхронизации, третий вход и первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым выходом и третьим и четвертим входами счетчика 8 объема выборки, третий выход которого подключен к первому управляющему входу умножителя 7, а пятый вход - к вторым управляющим входам АЦП 2 и умножителя 7, к второму выходу блока 5 управления.Блок 5 управления содержит триггер 12, первый вход которого является вторым входом блока 5 управления, второй вход подключен к выходу триггера 13., первому входу элемента И 14 и третьему выходу блока 5 управления, а выход - к первым входам элемента И 15 и триггера 16, второй вход которого соединен с первыми входами триггеров 13 и 17 и выходом счетчика 18, первый, третий и четвертый входы блока управления подключены соответственно к третьему входу триггера 16, входу одновибратора 19 и второму нходу триггера 13, выход триггера 16 объединен с .первым входом элемента И 20, второй вход которого под - ключен к пятому входу блока 5 управления и второму входу элемента И 14, выход которого соединен с входом счетчика 18 и с первым входом элемента ИЛИ 21, второй вход которого соединен с вторыми входами элемента И 15 и триггера 17, четвертым входом триггера 16 выходом. однонибратора 19 и четвертым выходом блока 5 управления, первый, второй, пятый и шестой выходы блока управления подключены соответственно к выходам элемента И 20, триггера 17, элементов 15 И и 21 ИЛИ.Счетчик 8 объема ныборки содержит счетчик 22, вход которого является первым входом счетчика 8, счетчик 23, первый вход которого подключен квторому входу счетчика 8,. элементИЛИ 24, первый и второй входы и выход которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам5и первому выходу счетчика 8,второйвыход которого соединен с выходомсчетчика 22 и вторым входом счетчика 23,выход которого соединен с первым входом коммутатора 25, второйвход и выход которого соединены с ,пятым входом и третьим выходом счетчика 8,Блок 11 синхронизации содержит 1 элемент И 26, первый вход которого является первым входом блока 11 синхронизации, элемент 27 задержки, вход которого объединен с вторим входом блокя 11 синхронизации и первым входом элемента ИСКЛВ)ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, второй вход которого соединен с выходом элемента 27 задержки, я выход - с первым входом элемента И 29, второй вход которого соединен с первым вхо дом элемента И 26 второй вход которого подключен к третьему входу блока синхронизации, третий и четвертый Нйходы которого соединены с выходами соответственно элементов И 26 и 29,ПиФроной вольтметр работает следуюшюм образом.фПеред началом работы производят выбор измеряемого параметра сигнала (средненыпрямленное или среднеквадратичное значение напряжения) путем включения н работу определенной области памяти н постоянном зяпоминяющем устройстве умножителя 7. Пред 40 нарительной нячальной установки циА- роной вольтметр не требует, так кяк в конце каждого периода измеряемого сигнала после выдачи очередного результата измерения прибор сям явтомати ч 5 ческивыходит н исходное состояние.Измеряемое напряжение подают на вход входного усилителя блока 1, в котором производят приведение на. пряжения к определенному уровню, требуемому для работы АЦП 2 н занисимости от выбранного диапазона измерений. Блок 3 определения периода служит для преобразования входного периодического сигнала сложной Формы несущей частоты в последовательность55 импульсов того же периода. Формирователь 4 частоты вырабатывает импульсы с частотой, равной ЮТ фгде И - объем выборки, т,е, количестчо отсчетов мгновенных значений измеряемого напряженияэа один период;Т - период измеряемого напряжения.Работу Формирователя 4 частотытактируют высокочастотным сигналомот генератбра 6 импульсов, Сигналы свыходов блока 3 определения периода,Формирователя 4 частоты и генератора6 импульсов являются стартовыми дляблока 5 управления,Первоначально выполняется подциклнакопления суммы. В начале очеред"ного периода входного напряжениясигналом с выхода блока 3 определенния периода устанавливают первый триггер 12, сигнал с выхода которого разрешает установку триггера 16. Ближайшим вовремени импульсом с выхода Формирователя 4 частоты возводится триггер16, сигнал с выхода которого разрешает вывод тактовых импульсов генератора 6 импульсов через второй элемент И 20 на вход запуска АЦП 2. Происходит выборка мгновенного значенияизмеряемого напряжения. По окончании.выборки сигнал окончания АЦП 2 черезодновибрятор 19 сбрясынает триггеры16 и 17. Кроме того, сигнал с выхода однонибратора 19 поступает на счетчик 8 объема .выборкИ и через элемент ИЛИ 2 1 - на накаплит;яющий сумматор 9 как сигнал для накопления нового значения очередного отсчета. Подача тактовых импульсов через элемент И 20 прекращается. Тяк как первый триггер 12 остался и установленном состоянии, то при появлении с выхода Формирователя 4 частоты очередного импульса в АЦП 2 происходит очередная выборка мгновенного значения, накапливающий сумматор 9 добавляет к предыдущей сумме очередной отсчет, а счетчик 8 объема выборки изменяет свое состояние ня 1. После Н-го цикла выборки счетчик 22 обнуляется, изменив состояние счетчика 23 на 1, сигнал переполнения которого поступает на вход элемента И 26,Начинается подцикл обработки результатов измерения. Число И для удобства обработки инФормации выбирают кратным основанию 2 н целочис 1597756действиях на объект,ленной степени. Если производят выделение значенйя .напряжения за каждый период несущей частоты, то сигнал "Йдуляция" на втором входе цифро 5 ного вольтметра не устанавливают, а логический уровень в статическом состоянии на третьем входе цифрового вольтметра безразличен, В этом случае сигнал переполнения счетчика 22 через 10 элемент 26 И и элемент 24 ИЛИ устанавливает триггер 13, сигнал с выхода. которого сбрасывает триггер 12 и разрешает прохождение импульсов через элемент И 14, Сигнал с выхода триггера 13 переводит сдвиговый регистр накапливающего сумматора 9 н режим сдвига, и каждый импульс на выходе первого элемента ИЛИ 21 производит сдвиг его содержимого вправо на один разряд, Число сдвигов равно показателю степени числа И. Таким образом, операция усреднения содержимого накапливающего сумматора 9 осу- ществляется с помощью сдвига. Число сдвигов контролирует счетчик 18, который по окончании серии сдвигов сбрасывает триггер 13 и возводит триггеры 16 и 17.После выполнения операции усреднения сигнал с выхода триггера 17 переводит АЦП 2 на прием сигналов от накапливающего сумматора 9, коммутатор 25 - на прием числа со счетчика 23, Таккак при неустановленном сигнале Модуляция содержимое счетчика 23 после завершения подцикла накопления суммы. равно 1, то на вход накапливающего сумматора 9 поступает инверсное значение чисел с выхода умножителя 7, При получении нулевой суммы накапливающий сумматор 9 вырабатывает сигнал переноса, который останавливает работу АЦП 2, При этом сигнал конца выборки через одновибратор 19 сбрасывает триггеры 16 и 1745 а через элемент И 15 производит сброс третьего счетчика 23, сдвигоного регистра накапливающего сумматора 9 и запись результата измерения с его выхода н выходной регистр 10. На этом цикл работы вольтметра завершается, блок 5 управления находится в ожидании следующего импульса от блока 3 определения периода,55Есж установлен сигнал "Модуляция", то не происходит перехода на подцикл вычисления результатов измеренйя при переполнении счетчика 22, а выполнение подцикла накопления суммы происходит аналогично ранее описанному с тем отличием, что в счетчике 23накапливается число периодов несущейчастоты больше одного, Переход кподциклу. вычисления результатов измерения производят сменой;уровней навтором входе блока 11 синхронизации(сигнал "Измерение" ), При этом с помощью элемента 27 задержки и элемента 28 ИСКЛВЧАИ 11 ЕЕ ИЛИ Апрмируют импульс, который через элемент 24 ИЛИпереводит блок 5 управления на выполнение подцикла вычисления результатов измеренияЧисло сдвигов такоеже, как и в описанном случае. Сигнал на третьемвходе выходного регистра10 может указывать либо на месторазмещения конечного результата (например, при раздельном представлениизначений напряжения Ааз импульса ипаузы модулированных колебаний),либо на разрешение приема инАормации н какой-то фазе,Таким образом, предлагаемый цифровой вольтметр, позволяет производить измерения не только по каждому периоду несущей частоты, но и за заданные временные интервалы периода модуляции. Получаемые интегральные характеристики дают наглядное представление о параметрах технологических процессов, основанных на импульсных возФормула и з о б р е т е н и я 1. ПиАроной вольтметр по авт,сн, Р 1337791, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения Аункциональных возможностей, в него введен дополнительно блок синхронизации,причем первый и второй входы блокасинхронизации являются соотнетственно вторым и третьим входом циФровоговольтметра, второй вход блока синхронизации подключен к третьему входу выходного регистра, второй вход счетчика объема выборки подключенк четвертому выходу блока управленияи к второму управляющему входу накапливающего сумматора, третий управляющий вход которого подключен к шестому выходу блока управления, второйи третий выходы счетчика объема выборки подключены соответственно ктретьим входам умножителя и блока915 синхронизации, первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами счетчика объема выборки, .пятый вход которого подключен к второму выходу блока управления.2, Вольтметр по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок синхронизации содержит элемент задержки, элемент ИСКЗЮЧА 101 ЧЕЕ ИЛИ, первый и второй элементы И, причем первые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к первому входу блока синхронизации, вторые входы подключены соответственно к третьему входу блока синхронизации и выходу элемента ИСКЛОЧА 1 З 1 ЕЕ ИЛИ, а выходы - соответственно к первому и второму выходам блока синхронизации второй вход которого объединен с входами элемента задержки и первым входом элемента ИСКЛ 10 ЧАЛЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки.3. Вольтметр по п, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок управления содержит первый, второй, третий и четвертый триггеры, одновибратор, первьп(, второй и третий элементы И, элемент ИЛИ и счетчик, причем первый вход первого триггера является вторым входом блока управления, третий выход которого подключен к выходу четвертого триггера, первому входу третьего элемента И и второму входу первого триггера, выход которого соединен с первыми входами первого элемента И и второго триггера, первые входы третьего и четвертого, а также второй вход второго тригге;ров соединены с выходом счетчика,9775610вход которого соединен с выходомтретьего элемента И и третьим входомэлемента ИЛИ, третий вход второго5триггера является первым входом блока управления, вход одновибраторасоединен с третьим входом блока управления, а выход - с вторыми входами первого элемента И, третьего триггера и элемента ИЛИ, четвертым входом второго триггера и пятым выходом блока управления, выход второготриггера подключен к первому входувторого элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом третьего элемента И и четвертым входом блока управления, второй вход четвертого триггера соединен с пятым входомблока управления, первый, второй,, 20 четвертый и шестой выходы которогоподключены соответственно к выходамвторого элемента И, третьего триггера, первого элемента И и элементаИЛИ.25 4. Вольтметр по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я.тем, что счетчикобъема выборки содержит коммутатор,первый и второй счетчики и элементИЛИ, причем первый вход блока под- .30 ключен к входу первого счетчика,второй вход - к первому входу второго счетчика, третий и четвертый входы соответственно - к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блоЗ 5 ка, второй выход которого соединен1,с выходом первого счетчика ивГоДом, второго счетчика, выход1которого соединен с первым входомкоммутатора, второй вход которогосоединен с пятым входом блока, авыход - с третьим выходом блока,.Яцол Ре Тираж 5 акаэ 30 Подпис ное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям иоткрытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,