Цифровой вольтметр среднеквадратичного значения

ив Яами СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В 19/2 ГОСУД АРСПО ДЕЛ ЕТЕНИЯ,У ОПИ АНИЕ И ТЕЛЬС ВТОРСНОМ 24Прянишник И иподкпуск 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(5 б) 1, Авторское свидетельство СССР М, 402813, кл. 601 й 19/02, 01,02,71,2. Авторское свидетельство СССР В 367389, кл. 001 й 19/2 б, 05.02.71,3, Авторское свидетельство СССР 9 945976, кл. О 01 В 19/26, 1977.54) 157) 1. ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ, содержащий блок умножения частоты, тактовый генератор, генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ и преобразователь аналог - код, выход которого че рез блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный .его вход - с входной шиной и с входом блока определения периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определения диапазона частот, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия в условиях априорной неопределенности сигнала, в него введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выходом блокаопределения периода и с,вторым входом первого элемента И, а выход - соот- ветственно с первым входом четвертого элемента И и через формирователь импульсов - с первым входом блока умножения частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импульсов, третий вход через третий элемент ИЛИ - соответственно с выходами первого и четвертого элементов И, первый выход - с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и третий выходы - соответственно с вторым и третьим входами блока определения диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, второй выход - с четвертым входом первого элемента И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при этом третий выход блока определения периода подключен к четвертому входу третьего элемента И, выход .которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовыми входами преобразователя аналог - код и блока обработки, а второй вход - к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй входе выходом второго элемента ИЛИ, причем второй вход четвертого элементапятый вход первого элемента И лючены к входу разрешения за 2, Цифровой вольтметр по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок определения диапазона выполнен на трех триггерах и элементе И, первый вход которого подключен к первому входу блока определения диапазона, второй вход - к выходу первого. триггера, а выход - к входу второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока определения диапазона, второй выход которого подключен к выходу третьего триггера, второй и третий входы блока определения диапазона соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров.3, ЦиФровой вольтметр по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок умножения частоты выполнен на.102 б 072 триггере, формирователе импульсов,коммутаторе, делителе частоты идвух переключателях разрядности,двух счетчиках, первые входы которых соединены с первым входом блока умножения частоты, с первымивходами триггера и делителя частоты,второй вход которого соединен свторым входом блока умножения частоты, третий вход которого подключен к второму входу первого счетчика, третий вход которого соединенс выходом первого переключателя разрядности, а выход - к второму входу Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения среднеквадратичного значения напряжения.Известен вольтметр среднеквадратичного значения, содержащий ло"гарифмический усилитель, блок обработки, линейный детектор, интеграторы, индикатор, квадратор, блокивыделения переменной составляющей Щи коэффициента поправки 1.,Недостатком известного устройстваявляется ограниченный диапазон ра.бочих частот,Известно также устройство дляизмерения среднеквадратичного значения напряженчя произвольной формы,содержащее преобразователь напряжения в частоту, селектор периода,блок управления, переключатель, ключ 20счетчик, схему совпадения кодов иблок индикации 2.Недостаток такого устройства состоит в том, что его рабочий диапазон частот ограничен звуковой 25областью.Кроме того, известен цифровойвольтметр среднеквадратичного значения, содержащий преобразовательаналог - код (декады), блок обработ рки, блок индикации, блок определения периода схема перехода через"0"), блок определения диапазона,блок умножения частоты (частотнозависимое устройство), тактовый 35генератор, генератор импульсов,формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ, причеминформационный вход преобразователяаналог - код подключен к входу вольъметра и к входу блока определенияпериода, а выход соединен с информационным входом блока обработки,выход которого подключен к входублока индикации, Первый выход блока триггера, выход которого соединенс первым выходом блока умножениячастоты и с входом формирователяимпульсов, выход которого подключенк третьему входу триггера и к второму входу второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом второго переключателя разрядности,а первый выход - с вторым выходом.блока умножения частоты, второй выход - с первым входом коммутатора,второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, в выход - к третьему выходу блока умножения частоты. определения периода соединен с первым входом блока определения диапазона, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И 3.- Недостатком данного устройства является малая степень автоматизации, так как для измерения постоянных напряжений требуется их предварительное распознавание человеком- оператором с последующим ручным управлением и выбором параметров режима. Цель изобретения - повьааение, быстродействия в условиях априорной неопределенности сигнала.Поставленная цель-достигается тем, что в цифровой вольтметр среднеквадратичного значения, содержащий блок умножения частоты, тактовый,генератор, генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ., преобразователь аналог - код, выход которого через блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный его вход - с входной шиной и с входом блока определения периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определения диапазона частот, первый выход которого связан с первым входом первого элемента И, введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выходом блока определения периода и с вторым входом первого элемента И, а выход - соответственно с первым входом четвертого элемента И и через формирователь импульсовс первым входом блока умножения частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импуль55 сов, третий вход через третий элемент ИЛИ - соответственно с выходами 1 первого и четвертого элементов И, первый выход - с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и тре-. тий выход - соответственно с вто- рым и третьим входами блока определения диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и 10 третьего элемента И, второй выходс четвертым входом первого элемента И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при этом третий выход блока оп-, 15 ределения цериода подключен к четвертому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого связан с тактовыми входами преобразователя аналог - код и блока обработки, а второй входк выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй вход - с выходом второго элемента ИЛИ, причем второй вход четвертого элемента И и пятый вход первого элемента И подключены к входу разрешения запуска.Блок определения диапазона выполнен на трех триггерах и элементе И, первый вход которого подключен к первому входу. блока определения диапазона, второй вход - к выходу первого триггера, а выход - к входу 35 второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока определения диапазона, второй выход которого подключен к выходу третьего триггера, второй и третий входы бло ка определения диапазона соединены 1соответственно с входами первого и третьего триггеров.Блок умножения частоты выполнен на триггере, формирователе .импульсов, 45 коммутаторе, делителе частоты и двух переключателях разрядности, двух счетчиках, первые входы которых соединены с первым входом блока умножения частоты, с первыми входами триггера и делителя частоты, второй вход которого соединен с вторым входом блока умножения частоты, тре-. тий вход которого подключен к второму входу первого счетчика, третий вход которого соединен с выходом первого переключателя разрядности, а выход - к второму входу триггера,выход которого еоединен с первым выходом блока умножения частоты, с входом формирователя импульсов, 60 выход которого подключен к третьему входу триггера и к второму входу второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом второгопереключателя раз рядности, а первый выход - с вторымвыходом блока умножения частоты,второй выход - с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к зыходу делителя частоты,а выход - к третьему выходу блокаумножения частоты.На Фиг, 1 показана Функциональнаясхема цифрового вольтметра среднеквадратичного значения; нафиг, 2 и 3 - блоки определения диапазона и умножения частоты соответственно,цифровой вольтметр сраднеквадратичного значения содержит преобра"зователь 1 аналог - код, блок 2 обработки, блок 3 индикации, блок 4определения периода, блок 5 определения диапазона, блок б умножениячастоты, тактовый генератор 7, генератор 8 импульсов, Формирователь9 импульсов, четыре элемента И 10,три элемента ИЛИ 11 и триггер 12.Информационный вход преобразователя1 аналог - код подключен к входувольтметра и к входу блока 4 определения периода, а выход соединен с информационным входом блока 2 обработки, выход которого подключен к входу блока 3 индикации,первый выход блока 4 определенияпериода соединен с первым входомблока 5 определения диапазона, первый выход которого подключен к первому входу первого эпемента И 10.Вход триггера 12 соединен с вторымвыходом блока 4 определения периодаи с четвертым входом первого элемента И 10, а выход подключен к первомувходу четвертого элемента И 10 ичерез Формирователь 9 импульсов -к первому входу блока 6 умножениячастоты, второй вход последнего соединен с выходом тактового генератора 7 и входом генератора 8 импульсов, третий вход блока б умножениячастоты подключен к выходу третьегоэлемента ИЛИ 11, первый выход соединен с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И 10,а второй и третий выходы подключены соответственно к второму и третьему входам блока,5 определения диапазона, второй выход последнего "соединен с вторым входом первого элемента И 10 и вторыми входами второгоэлемента ИЛИ 11 и третьего элементаИ 10, первый выход подключен к первым входам второго элемента ИЛИ 11 мтретьего элемента И 10, третий выходблока 4 определения периода - кчетвертому входу третьего элементаИ 10, выход которого соединен спервым входом первого элемента ИЛИ 11,первый вход второго элемента И 10подключен к выходу, генератора 8 импульсов, второй вход - к выходу второго элемента ИЛИ 11, а выход соединей с вторым входом первого элементаИЛИ 11, выход которого подключен ктактовым входам преобразователя 1аналог - коди блока 2 обработки,первый и второй входы третьего элемента ИЛИ 11 соединены соответственно с выходами первого и четверто.го элементов и 10, второй вход четвертого элемента И 19 и пятый входпервого элемента И 10 подключенык входу разрешения запуска вольт Ометра,Блок 5 определения диапазона,(Фиг, 2 содержит три триггера:13-1 - 13-3 и элемент И 14,причем первый вход элемента И 14 подключен кпервому входу блока, второй входсоединен с выходом первого триггера 13 а выход подключен к входувторого триггера 13, выход последнего соединен с первым выходом блока, 20второй выход которого подключен квыходу третьего триггера 13, второй и третий входы блока соединенысоответственно с входами первогои третьего триггеров 13. 25Блок 6 умножения частотыФиг. 3)содержит два счетчика 15-1 и 15-2,триггер 16, формирователь 17 импульсов, коммутатор 18, делитель 19 частоты н два переключателя 20.1 и20.2 разрядности, причем первыйвход блока подключен к первым входамсчетчиков 15-1 и 15-2 триггера 16. и делителя 19 частоты, второй входлпоследнего соединен с вторым входом блока, третий вход блока подключен к второму входу первого счетчика 15-1, выход которого подключен квторому входу триггера 16, выход пос.леднего соединен с входом формирователя 17 импульсов, выход которогоподключен к третьему входу триггера16 и второму входу второго счетчика15-2, первый выход последнего соединен с первым входом коммутатора 18,второй вход которого подключен к выходу делителя 19 частоты, выходы первого 20-1 и второго 29-2 переключателей разрядности соединены с третьи.ми входами первого и второго счетчиков 15-1 и 15-2 соответственно, 50выход коммутатора 18, второй выходвторого счетчика 15-2 и выход триггера .16 подключены к первому, второму и третьему выходам блока соответственно. 55Работа цифрового вольтметра осуществляется в условиях априорной неопределенности отндсительно частотного диапазона входного сигнала, а также неопределенности относитель- ф но класса входных сигналов, которые могут быть переменными периодическими и постоянными, поэтому с само го начала ( до начала первого периода и если ои будет) при помощи введенных чет-.65 вертого элемента И 10, третьего элемента ИЛИ 11 и триггера 12 вольт-, метр функционирует как бы в предположении, что входной сиг; ал постояин ный, и если это не так, то с нача лом первого периода с помощью формирователя 9 импульсов приводится в исходное состояние блок 6 умножения частоты.Первоначально в блоке б умноже-ния частоты задаются две уставки по частоте 1 и 18, причем величина н задается исходя из значения нижней границы частотного диапазона измеряемого переменного сигнала с учетом догустимого времени непрерывной работы вольтметра, а величина- исходя из необходимого вре мени аналого-цифрового преобраэовайия и требуемого для обеспечения заданной точностй количества отсчетов на одном периоде входного сигнала.После подачи разрешающего потенциаяа на вход разрешения запуска вольтметра открывается по второму входу четвертый элемент И 10, на первом входе которого также йаходится разрешающий потенциал с выхода триггера 12. Последовательность импульсов от тактового генератора 7 через блок 6 умножения частоты поступает на его третий вход через четвертый элемент и 10 и третий элемент ИЛИ 11. В блоке б умнОжения частоты определяется частота импульсов запуска преобразователя 1 аналог - код, при этом в зависимости от значения частоты первой гармоники входного периодического сигнала возможны-три варианта работы вольтметра.1Если и - ти ф 1 в , где 1 х частота входного сигнала, то вольтметр работает следующим образом,С началом первого периода входного сигнала блок 4 определения периода по второму. выходу переключает триггер 12, благодарячему с помощью Формирователя 9 импульсов устаиав ливается в исходное состояние блок Ь умножения частоты, закрывается четвертый элемент И 10 и открывается первый элемент И 10, Последовательность импульсов с выхода блока 6 умножения частоты поступает иа его третий вход через первый элемент И 10 н третий элемент ИЛИ 11. При этом начинает Формироваться частота запуска преобразователя 1 аналогкод до,момента окончания первого периода входного сигнала, когда первый элемент И 10 блокируется по четвертому входу, что означает. конец Формирования частоты запускапреобразователя 1 аналог - код.С началом второго периода входного сигнала открывается третий эле1026072 55 60 65 мент И 10 и тактовые импульсы сзмхода блока б умнОжения частоты че реэ третий элемент И 10 и первый элемент ИМИ 11 поступают на тактирбвание преобразователя 1 аналогкод и блока 2 обработки. В течение второго периода входного сигнала осуществляется преобразование вход- ,ного аналогового сигнала в кодовую последовательность и вычисление в блоке 2 обработки среднеквадратичного значения, которое затем индицируется в блоке 3 индикации.2. Если %7 %Э, то вольтметр работает следующим образом.С подачей разрешающего сигнала . на вход разрешения запуска вольтметра и с началом первого периода входного сигнала .блок б умножения частоты устанавливается в исходное состояние и начинает формировать частоту запуска преобразователя 1 аналог - код, аналогично ранее описанному режиму. Выполнение условия (2) означает, чТо сигнал конца первого периода с первого выхода блока 4 определения периода поступит на перзый вход блока 5 определения диапазона и последний заблокирует попервым входам первый и третий элементы И 10 и через второй элементИЛИ 11 откроет второй элемент И 10. Благодаря.проведенным переключениям на тактирование преобразователя 1 аналог - код и блока 2 обработки через первый элемент ИЛИ 11 поступит последовательность импулЬ- сов со случайным периодом следования от генератора 8 импульсов, который выполнен в виде тактируемого от тактового. генератора 7 регистра сдвига, замкнутого в кольце сувачатором по модулю два. В блоке 2 обработки на заданном эаранев объеме выборки .вычисляется среднеквадратичф ное значение входного высокочастотного периодического сигнала.3 Если 1 с 1 И , то входной сигнал может быть или периодическим переменным или постоянным. Когда входной сигнал периодический, работа вольтметра происходит следующимобразом. При определении частотызапуска .преобразователя 1 аналогкод с второго выхода блока б умноження частоты сигнал переполнения поступит на второй вход блока. 5 определения диапазона, по команде с второго выхода которого тактированиеработы вольтметра будет осуществляться от генератора 8 импульсов. В том случае, когда входной сигнал постоянный, блок 4 определения пе-. риода не сформирует сигнала на своем втором выходе и блок б умножения частоты будет функционировать. с помощью включенного четвертого элемента И 10При этом дальнейшая работа вольтметра будет осуществлять ся аналогично предыдущему случаю, т.е, на втором выходе блока б умножения частоты будет сформирован сиг нал переполнения, который произведет вышеописанные переключения. Та.ким образом обеспечивается автоматическое переключение режима работы вольтметра для измерения постоянных напряжений. При этом измерение среднеквадратичного значения осуществляется не заданном объеме выборки так же, как и при выполнении условия ( 2).1 Блок б умножения частоты работает следующим образом.После первого переполнения пер- .вого счетчика 15 переключаетсятриггер 16, после второго перепол 0 нения первого счетчика 15-1 опятьпереключается триггер 16, при этомформируется импульс на формирователе 17 импульсов, добавляюо 1 ийединицу к содержимому второго счетчика 15-2 и возвращающий триггер16 в предыдущее состояние. Код второго счетчика 15-2 управляет коммутатором 18, на второй вход которо-.го поступает сетка частот с делителя19 частоты. При реализации счетчиков15 и делителя 19 частоты с основанием 2 такое преобразование означает одновременное уменьшение содержимого счетчика, состоящего из первого счетчика 15-1 и триггера 16, вЗ 5 два раза и увеличение периода запуска преобразователя 1 аналог - кодтакже в два раза.Уставки .и э задаются путем переключения разрядности пер 40 вого и второго счетчиков 15 с помощью переключателей 20,Блок 5 определения диапазоновпо командам с блока 4 определенияпериода и с блока б умножения частоты осуществляет переключение режимов работы вольтметра в зависимости от того, какое из словий (1),2) или 3) выполняется в конкретном измерении При выполнении условия .1 ) после первого переполне. ния первого счетчика 15-1 переклю,чается второй триггер 13, блокируя:.элемент И 14,При выполнении условия (2 ) сигнал конца первого периода с первого выхода блока 4 определения периода через элемЕнт И 14 переключит третий триггер 13, так как сигнал переключения второго триггера 13 с третьего выхода блока 6 умножения частоты не будет сформирован и второй триггер 13 не заблокирует элемент И 14, В результате третий триггер 1 3 заблокирует по первым входам первый и третий злемеиты И 10 и через второйэлемент ИЛИ 11 откроет второй элемент И 10. При выполнении условия ( 3) сигнал переполнения второго счетчика 15-2 переключит первый триггер 13, благодаря чему тактирование работы вольтметра будет осуаествляться от генератора 8 импульсов. Таким образом, введение четвертого элемента И 10,третьего элемента ИЛИ 11, триггера 12 и соответствующая организация связей обеспечивают повышение степени автоматизации 5 работы вольтметра в условиях априорной неопределенности относительно частотного диапазона и класса вход,ных сигналов.1026072 дапд/ ие дыхЫ Составитель Техред А.Ач Безродн акт П фПатентф, г. Ужгород, Ул. Проект 4 и Заказ 4552/37ВНИИПИпо113035, Мос знецов Корректор А. Тяс Тираж 710 Подписноосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийЖ, Раушская наб.; д. 4/5