Способ преобразования напряжений с трансформацией временного масштаба

СОЮЗ СОВЕТСНИХкчнййиснииРВСПУБЛИН 9) (1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОВЧЛЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ(21) 3573867/24-21(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) 1. РябининВ;А. Стробоскопическое осциллографирование. И., "Советское радио", 1972, с. 20-21.2. Авторское свидетельство СССР Мф 1018031, кл. С 01 К 19/04, 1981.(54)(57) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ С ТРАНСФОРИАЦИЕИ ВРЕЮННОГО МАСШТАБА, заключающийся в. Формировании стробирующих импульсов, засинхронизированных с преобраэуемьм напряжением, стробирсвании просуммированного напряжения, запоминании:.мгновенных значений просуммированныхнапряжений в моменты времени стробирования, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностипреобразования напряжений сложнойФормы, формируют Й разнесенныхво времени опорных импульсов заданнойдлительности и засинхронизированныхсо стробирующими импульсами, суммируют каждый из этих опорных импульсов с преобразуемым напряжением,.изменяют амплитуды опорных импульсовдо тех пор, пока мгновенные значениянросуммированного напряжения в моменты времени стробирования не будут .равны нулю, и по ним судят о преобразуемом напряжении.1 11281Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано при измерениях высоко. частотных напряжений.Известен способ преобразованиянапряжения с трансформацией временного масштаба, заключающийся в формировании стробирующих импульсов, засинхронизированных с преобразуемымнаиряжением, стробировании преобразуемого напряжения этими:импульсами,запоминании мгновенных значенийв моменты времени стробированиявысокочастотного напряжения и выделения огибающей низкочастотногонанряжейия. Бии этом спектр высокочастотного напряжения трансформируетея в область низких частот 11 3.Недостатком данного способаявляется большая погрешность преобразования спектра, обусловленнаянеидентичностью диодных характеристиксмесителя, нелинейностью диодныххарактеристик, нестабильностью длительности строб-импульсов, а так жеих амплитуд. Кроме того, температурная погрешность непосредственновходит в .Результат преобразования,Наиболее близким к предлагаемомуявляешься способ иреобразования напряжений с трансФормацией временного ЗОмасштаба, заключающийся в формировании стробирующих импульсов, засинхронизировааных с преобразуемымнапряжением формйронании.опорногонапряжения, по частоте .и форме совпадающего с преобразованным напряжением низкой частоты и засинхронизированного с ним, суммировании егос преобразуемым напряжением, стробировании просуммированного напряженоя, заломинанин мгновенных.значений переменного напряжения в моментывремени стробирования, выделенииогибающей преобразованного низкочастотного напряжения, изменении амплитуды и фазы опорного напряжения относительно преобразованного низкочастотного напряжения до тех пор,, покане будут равны нулю мгновенныезначения просуммированного напряжения в моменты времени стробирова"ния 23. Недостатком известного споооба являются большие трудности при преобразовании высокочастотного напряжения сложной формы, так как необходимо формировать опорное низкочастотное напряжение, совпадающее по 8 2 форме с преобразуемым высокочастотным напряжением, Для преобразованиявысокочастотных напряжений по известному способу необходимо илизнать форму преобразуемого чапряжения, что не всегда представляетсявозможным, или трансформироватьвысокочастотный спектр преобразуемого напряжения в область низких частотстробоскопическим преобразователем. Далее на низкой частоте не представляет больших трудностей. сформировать опорное напряжение, совпадающее по форме с трансформированным высокочастотным спектром в областьнизких частот. Однако при этом резко уменьшится точность преобразовання, так как в результат преобразования будет входить погрешностьтрансформации высокочастотногоспектра преобразуемого напряженияв область. низких частот, т.е. погрешность стробоскопическогопреобразователя Цель изобретения - повьш 1 ение точности преобразования напряженийсложной формы. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразоваг .я напряжений с трансформацией временного масштаба, заключающемуся в формировании стробирующих импульсов, засинхронизированных с преобразуемым напряжением, стробировании просуммированного напряжения, запоминании мгновенных значений просуммированных напряжений в моменты време- . ни стробнрования, формируют М разнесенных во времени опорных импульсов заданной длительности и засинхронизированных со стробирующимн импульсами, суммируют кажцый из этих опорных импульсов с преобразуемым напряжением, изменяют амплитуды опорных импульсов до тех пор; пока, мгновенные значения просуммированного напряжения в моменты времени стробирования не будут равны нулю, и по ним судят о преобразуемом напряжении.На фиг, 1 представлены временные диаграммы поясняющие сущность способа; на фиг. 2 -блок-схема, устройства, реализующего способ; на фиг. 3 - схема блока синхрониза-. ции., Способ осуществляют следующим образом.Для трансформации высокочаст отного спектра в область низких частот5 10 3 1 формируют строб-импульсы короткой длительности, Формируют М опорных импульсов, например, прямоугольной формы, разнесенных во времени, равном периоду Тс следования строб- импульсов, и с частотой следования, равной частоте К преобразованного напряжения или кратной ей. Причем частоты следования преобразуемого напряжения Г,строб-импульсовс и преобразованного низкочастотногодолжны быть засинхронизированы и связаны соотношениемо эх "сгде и - количество периодов ТВхвысокочастотного напряжения,которое укладывается впериоде Тс следования строб,ймпульсов.Суммируюткаждый из сформирован, ных опорных импульсов с преобразуемым напряжением. Просуммированное напряжение стробируется сформированными импульсами малой длительности. В моменты времени стробирования запоминают мгновенные значения просуммированного напряжения.Изменят амплитуды опорных импульсов до тех пор, пока мгновенные значения просуммированного напряжения в момент времени стробироваиия не будут равны нулю, и по ним судят о преобразованном напряженйи.На диаграмме(фиг. а)показано преобразуемое высокочастотное гнапряжение. Пунктирной линией показана огибающая низкочастотного напряжения О , которая была бы получена при стробировании преобразуемого напряжения строб-импульсамис периодом повторения Тд(фиг.1 6) На фиг. 1 в показаны М опорных импульсов, например, прямоугольной формы, разнесенных во времени, равном периоду Тс следования строб- импульсов. Кроме того, период Тп следования каждого иэ М опорныхимпульсов равен периоду Х преобрапрэованного напряжения низкой частоты или является кратным ему при многократном стробировании в одну точку. Длительность дауд опорного импульсаравна а 1ТСформированные опорные импульсы амплитУдой О," суммируются с мгновенными значениями преобразуемоговысокочастотного напряжения Ов 128181 4 где 1 =.12, И, Просуммирован."ное напряжение 0. стробируетсяимпульсами малой длительности,(строб-импульсами ), причем они эасинхронизированы с частотами следования преобразуемого напряженияи сформированных опорных импульсови отвечают соотношению (1 ). Вмомент времени стробирования сравнивается мгновенное значение преобразуемого высокочастотного напряженияи амплитуда О. М-го опорного импуль 1са и в случае их неравенства выделяется и запоминается раэностноенапряжение й О; (фиг. 1 д) . Далееизменяют амплитудуО; М -гоимпульса до тех пор, пока это .разностное напряжение ВО; не будетравно нулю, и так повторяют для20каждого из Моставшихся опорныхимпульсов Каждая из амплитуд . 01сформированного й-го опорногоимпульса несет информацию о мгновенном значении преобразуемого напряже.25ния Ов , а их огибающая повторяетформу, преобразуемого напряжения(фиг, 1 ъ),Погрешность преобразования высокочастотного напряжения сложной формыв низкочастотное может достигатьЗ 0 десятых долей процента и состоит .из погрешности компенсации мгновенных значений преобразуемого напряже.ния амплитудами сформированныхопорных импульсов, разнесенныхЗ 5 во времени и в моменты временистробирования, однако этапогрешность незначительна и определяетсячувствительностью нуль-.органа, атакже из погрешности, определяемой40 количеством выборок мгновенныхзначений, взятых в периоде преобразуемого напряжения; для уменьшенияэтой погрешности необходимо количество выборок увеличивать.45 Устройство для реализации предлагаемого способа содержит источник1 опорного постоянного напряжения,М управляемых аттенюаторов 2, Мключей 3, сумматор 4; стробоскопи 50 ческий преобразователь 5, нуль-орган6, фильтр 7, блок 8 синхронизации,причем выход источника 1 опорногонапряженияподключен к входам управляемых аттенюаторов 2, выход каждогоиэ которых соединен через ключ 3 для каждого из каналов соответственно сМ-м низкочастотным входомсумматора 4, вход всего устройства40 3 11281813подключен к высокочастотному входу сумматора 4 и входу блока 8 синхронизации, выход сумматора 4 соединен через стробоскопический преобразо. - ватель 5 с входом нульгоргана 6, а 5 через фильтр 7 с выходом всего устройства, 8 выходовблока 8 синхронизации подключены соответственно к й входам ключей 3, а выход стробирующих импульсов блока 8 синхрони Р эации соединенс вторым входом стробоскопического преобразователя 5.Блок 8 синхронизации содержит , смеситель 9, фазовый детектор 10, 15 опорный генератор.11, перестраиваемый генератор 12, формирователь 13 строб-импульсов, усилитель-огранйчитель 14, дифференцирующую цепочку 15, счетчик 16 дешифратор 17, М 2 О элементов И-ИЛИ 18, элемент И-НЕ 9., линию 20 задержки, формирователь.21 строб"импульсоводнополюсный (И+1)-позиционный переключатель 22, причем вход блоКа 8 синхронизации 25 подключен через смеситель 9 к входу фазового детектора 1 О, вторым входом соединенного с генератором 11, а выходом подключенного через перестраиваемый генератор. 12 и формиро-ватель 13 строб-импульсов к другому . входу смесителя 9, выход последне-. го подключен также через усилитель- ограничитель 14 и дифференцирующуюцепочку 15 к входу .установки в ноль "УО" счетчика 16, счетный вход .которого соединен с выходом генератора 12, а выходы счетчика 16 подключены к дешифратору 17, Я выходов дешифратора 17 подключены. через элементы И-ИЛИ 18 к выходам блока 8,синхронизации, которые в свою очередь Подключены через элемент И-НЕ 19, линию 20 задержки, формирователь 21 строб-импульсов к выходу стробирующих импульсов "Вых СИ" блока 8 синхронизации.,Кроме того, вторые входы элементов И-ИЛИ 18 соединяются через й полюсов переключателя 22 на корпус, а третьи входы элементов И-ИЛИ 18 соединены между собой и подключа ются на корпус через (5+1)полюс переключателя 22.Кроме того, для развязки цепей по высокой частоте на входах ключей 3 включены относительно корпуса конденсаторы 23, а для развязки по низкой частоте на высокочастотном входе сумматора 4 - индуктивность24( 1,).На принципиальной схеме возможнойреализации(фиг. 2 ) выход сумматора4 соединен с низкочастотными еговходами через резистор 25(й;), а свысокочастотным - через первый дополнительный резистор 26 (11 ), с )корпусом он соединен через второй дополнительный резистор 27(Кв),Блок 8 синхроцизации работаетследующим образом.. Входной высокочастотный сигналО слохяой формы и с частотойследования Епоступает на входблока 8 синхронизации, В блоке 8синхронизации формируются импульсыдля управления ключами 3 с частотойследования Х преобразованногонапряжения, сдвинутые один относительно другого во времени, равномпериоду Тс -ледования строб-импульссов, а также импульсы короткойдлительности(строб-импульсы)с.частотой следования Е . Причемчастоты 1 ,; 1 засинхронизированы й отвечают условию (1 ).Для формировация этих импульсов вблте 8 синхронизации использованасистема фазовой автоподстройкичастоты ФАПЧ, содержащая смеситель9, фазовый детектор 10, опорныйгенератор 11, перестраиваемыйгенератор 12, формирователь 13строб-импульсов и обеспечивающаятрансформацию высокочастотногоспектра в область низких частот,например И =20 кГц.Преобразование высокочастотногосигнала Овд происходит в смесителе9. Короткие стробирующие импульсы,которые управляют работой смесителя9, вырабатывают формирователем,13 строб-импульсов, Частота следования стробирующих импульсов задаетсягенератором 12, йерестраиваемымнапряжением с выхода фазового детектора 10, умножающего сигнал.промежуточной частоты 1 на сигнал сопорного генератора 11.Сформированный низкочастотныйсигнал промежуточнойчастоты иснимается с выхода смесителя 9и усиливается в усилителе-ограничи,теле 14, далее он поступает на дифФеренцирующую цепочку 15. С выходадифференцирующей цепочки 15 снимают,ся импульсы короткой длительности0,2-0,5 мкс и частотой следования,11281 81 10 5 7равной 1 . Эти импульсы поступаютна вход установки,в ноль "УО" счетчика 16. При поступлении этих импульсов счетчик 16 устанавливается вноль. 5На счетный вход счетчика 16поступают импульсы с частотой следогвания Ес, причем Ео порядка1 мГц, и снимаемые с выхода пере-.страиваемого генератора 12. Припоетуплении этих импульсов счетчик16 суммирует их. При поступлениипродифференцированного короткогоимпульса счетчик 16 устанавливаетсяв ноль, т.е,.осуществляется синхронное заполнение времени равным,цированных,импульсов периодом Тсследования строб-импульсов. Это позволяет осуществлять выборку Й-го 20импульса длительностью Тс с частотой следования 1 , засинхронизированного с .частотой Ев ,преобразуемого напряжения. Такую выборку осуществляет дешифратор 17. С.каждой 25его Й-й шины снимается импульсцлительностью Тс и с частотойповторения., причем импульс,снимаемый с его Й +1-й шины,сдвинут относительно .Й-й шины на щ 0время, равное Тс,т. е, формируются управляющие импульсцразнесенные во времени на Т и.с частотой следованияторДля обеспечения многократногостробирования в одну .точку эти35импульсы поступают на элементы И-ИЛИ18, Такой режим осуществляетсяоднополюсным (И+1)-позиционнымпереключателем 22, причем его выход 40ная клемма подключена на корпус.Например, на фиг, 3 переключатель22 находится в положении ."1",следовательно, дано разрешение выхода импульсов с частотой следования Г и длительностью Т только45по первому выходу блока 8 синхронизации. При положении переключателя22 в одном из своих Й-х положенийдается разрешение на сравнениемгновенного значения преобразуемого50напряжения и амплитуды сформирован;ного опорного импульса, Если.переключатель 22 находится в положе/нии Й+1, то дается, разрешение выхоДа импульсов с частотой следования .и длительностью То последовательно по каждому из. Й выходовблока 8 синхронизации. В этом положенин переключателя. 22 дается разрешение на съем информации.Сформированные управляющие импульсы, снимаемые с выхода элемента И-ИЛИ 18, поступают через элемент И-НЕ 19 и линию 20 задержки на формирователь 21 строб-импульсов. На,выходе формирователя 21 формируются короткие стробирующие импульсы длительностью 100-200 нс и с частотой следования Хпр . Эти импульсы и поступают на выход стробирующих импульсов "Вых СИ" . блока 8 синхронизации.уТаким образом, блок 8 синхроми" зации осуществляет формирование стробирующих импульсов засинхронизированных с преобразуемым напряже. - нием, и формирует М разнесенных во времени управляющих импуЛьсов определенной длительности и засинхронизированных со стробирующими импульсами.Устройство, реализующее способ преобразования напряжений с трансформацией временного масштаба, работает следующим образом. Постоянное напряжение, снимаемоес источника 1 опорного напряжения,поступает на входы управляемых атте-нюаторов 2. Каждым из,них можноизменять значение постоянного напряжения. Это постоянное напряжениепоступает на ключ 3. Далее управляющими импульсами, разнесенными во .времени и снимаемыми с выхода блока8 синхронизации, коммутируютсяключи 3. На выходе этих ключей, т.е.на каждом низкочастотном входесумматора 4, формируются Й разнесенных во времени опорных импульсовопределенной длительности, засинхронизированных со стробирующими импульсами и преобразуемым напряжением.Причем временной сдвиг равен периодуследования строб-импульсов Тс илиявляется кратным,ему при многократном стробировании. Длительностьимпульса может быть 1 6 Тс, ачастота следования равна РдрВ сумматоре 4 суммируют каждый изэтих опорных импульсов с преобразуемым высокочастотным напряжением,причем переключатель 22 находится водном из своих Й-х положений,поступающим на высокочастотный еговход. В случае, если к. = Я = йс,: Р,коэффициенты передачи по высокочас9 11 тотному и низкочастотному сигналам будут одинаковы.Просуммированное напряжение поступает на вход стробоскопического преобразователя 5, где оно стробируется импульсами короткой длительности. В,момент времени стробирования сравнивается мгновенное значение преобразуемого высокочастотного напряжения с амлитудой О; М-го опорйого импульса. В случае их неравенства запоминают мгновенное значение просуммнрованного напряжения, т.е. выделяют и запоминают раэностное напряжение ь О, . 0 неравенстве мгновенного значения преобразуемого высокочастотного напряжения амплитуде .М-го опорного импульса судят по нуль-органу 6. Тогда изменяют амплитудуОй-го импульса аттенюатором 2 до тех пор, пока зто разностное напряжение ЬО; не будет равно нулю, т.е. нуль"орган 6 будет показывать ноль. Это говорит о том, что амплитуда О; М -го опорного импульса равна мгновенному значению преобразуемого высокочастотного напряжения в момент времени стробирования,Разрешение на формирование М-го опорного импульса в данном случае дает переключатель 22, которыйнаходится в своем М положении. А для формирования М -1 оставшихся опорных импульсов переключатель 22 последовательно переводится в положение М 2818110Сформированные таким образомимпульсы несут информацию о мгновенном значении преобразуемого напряжения, Съем информации производится 5с выхода фильтра 7 который не проЭпускает преобразуемое высокочастотное напряжение, причем переключатель22 находится в положении М +1.Частота следования сформированныхопорных импульсов равна, периодповторения их равен д , а амплитудысформйрованных импульсов несут информацию о мгновенных значенияхпреобразуемого высокочастотного 15напряжения.Таким образом устройство реализующее способобеспечивает трансформацию высокочастотного спектрапреобразуемого напряжения в областьнизких частот.20Предлагаемый способ позволяетпреобразовывать высокочастотноенапряжение сложной формы в низкочастотное. При этом точность преобразования высока, так как происходиткомпенсация мгновенных значенийвысокочастотного напряжения амплитудами сформированных опорных импульсов, разнесенных во времени в момен- ЗО ты времени стробирования. Погрешностьпреобразования высокочастотногонапряжения сложной формы в основномопеределяется количеством выборокмгновенных значений в периоде преобразуемого напряжения и может достигать десятых долей процентов.1128181 дактор В.П ектор И.Леонтюк йв Тираж ПИ Государственногокомитделам изобретений и отк 5, Москва, Ж, Раушска аз 9023/3ВНИИ 13 д.4 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель С.РыбрашТехред ЛЛоцюбнякл Подписноеета СССРрытийя наб., /