Измерительный преобразователь сигналов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ З 51) С 01 К 19/22 ОПИСДИИЕ ИЗОЕРСТСИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) Т.М, Алиев и А.М, Шекиханов , (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М.Азизбекова(5 б) 1. Справочник по нелинейным. схемам. Под ред. ДеШейнгольда. М., "Мир", 1977, с, 407, рис. 3.7.5,2. Заявка Великобритании У 1378251, кл. С 01 К 19/02 р С 1 Ч, опублик. 1974 (прототип). (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ, содержащий множительный блок, первый дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с его выходом через первый конр. денсатор, а также непосредственно - с первым резистором, второй усилитель, второй резистор, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены три двухпозиционных коммутатора,источник опорного напряжения, управ ляемый блок выборки-хранения, блокуправления и второй конденсатор, нри 801132244 А этом второй усилитель выполнен суправляемым коэффициентом усиления, первый вход первого коммутатора соединен с входной шиной, его второй вход - с выходной шиной и выходом управляемого блока выборки-хранения, выход - с первым входом второгокоммутатора и первым входом множительного блока, второй вход второго коммутатора соединены с источником опорного напряжения, а выход - со вторым входом множительного блока, выход которого подключен к входувторого усилителя, выход которого соединен с входом третьего коммутатора, первый выход которого соединенсо свободным выводом первого резистора, а второй - через второй резис.тор со вторым входом первого дифференциального усилителя, соединенным через второй конденсатор с общейшиной, выход первого дифференциального усилителя подключен к входублока выборки-хранения, а соответствующие выходы блока управления фф соединены с управляющими входамиЮ коммутаторов, второго усилителя и Ю блока выборки-хранения. 4 ь1132244 25 Изобретение относится к электро- измерениям и может быть использовано в многсцелевых измерительных преобразователях сигналов произвольной формы.Известен измерительный преобразователь, содержащий множительный блок, оба входа умножения которого подключены к входной шине, вход деления - к выходной шине, а выход - через резистор к первому входу дифференциального усилителя и через конденсатор - к общей шине, выход дифференциального усилителя подключен к выходной шине и второму входу дифференциального усилителя 1 1.Недостатком известного измерительного преобразователя являются его ограниченные функциональные возможности, так как он предназначен только для преобразования сигнала по уровню среднеквадратического значения.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измерительный преобразователь, содержащий множительный блок,первый дифференциальный усилитель, к одному из входов которого подключен первый резистор и обкладка первого30 конденсатора, другая обкладка которого соединена с выходом первого дифференциального усилителя, второй усилитель, выход которого через второй резистор подключен к первому входу первого сумматора, а вход - к выходной шине, связанной через первый диод с выходом первого диф,ференциального усилителя, а через третий резистор - с первым входом второго сумматора, при этом каждый первый выход каждого из сумматоров через резистор подключен к выходу сОответственно третьего .и четвертого усилителя, входы которых подключены к входной шине, выходы сумма горов соединены соответственно с входами пятого и шестого усилителей, а выходы пятого и шестого усилителей подключены к первому и второму входам множительного блока, выход которого соединен со свободным выхо дом первого резистора, кроме того, первый конденсатор зашунтирован вторым диодом, включенным согласнос первым диодом2) . 55Недостаток такого, устройства - ограниченные функциональные возмож- ности РЦель изобретения - расширение функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь сигналов, содержащий множительный блок, первый дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с его выходом через первый конденсатор, а также непосредственно - с первым резистором, второй усилитель, второй резистор, дополнительно введены три двухпоэиционных коммутатора, источник опорного напряжения, управляемый блок выборки-хранения, блок управления и второй конденсатор, при этом второй усилитель выполнен с управляемым козффициентом усиления, первый вход первого коммутатора соединен с входной шиной, его второй вход - с выходной шиной и выходом управляемого блока выборки-хранения, выход - с первым входом второго коммутатора и первым входом множительного блока, второй вход второго коммутатора соединен с источником опорного напряжения, а выход - со,вторым входом множительного блока, выход которого подключен К входу второго усилителя, выход которого соединен с входом третьего коммутатора, первый выход которого соединен со свободным выводом первого резистора, а второй - через второй резистор со вторым входом первого дифференциального усилителя, соединенным через второй ,конденсатор с общей шиной, выход первого дифференциального усилителя подключен к входу блока выборки-хранения, а соответствующие выходы блока управления соединены с управляющими входами коммутаторов, второго усилителя и блока выборки-хранения.На фиг. 1 приведена блок-схема измерительного преобразователя сигналов, на фиг. 2 - временная диаграмма напряжения на выходе перфого дифференциального усилителя. Измерительный преобразователь сигналов содержит множительный блок 1, первый дифференциальный усилитель 2, первый вход которого соединен с его выходом через первый конденсатор 3, а также непосредственно - с первым резистором 4, второй усилитель 5, второй резистор 6, В преобразователь дополнительно вве1132244 Через несколько циклов преобразования выходное напряжение преобразователя принимает установившееся значение, поскольку процесс измерения сходится. При преобразовании входного сигнала по уровню его среднеквадратического значения коэффициент усиления усилителя 5 устанавливается равным Кроме преобразования входногосигнала по уровню среднеквадратического значения измерительный преобразователь работает в режиме преоб разования однополярного входногосигнала по уровню среднего значения,в режиме помехоустойчивого аналогового извлечения квадратного корняи в режиме формирования сигнала, 10пропорционального мощности, рассеиваемой заданным активным сопротивлением, к которому приложено вход-,ное напряжение.Преобразование входного однополярного сигнала по уровню среднегозначения производится следующимобразом.В первом такте коммутаторы 7-9устанавливаются в положение "2". Ю Коэффициент усиления усилителя 5устанавливается равным 3 и производится интегрирование при помощирезистора 6, конденсатора 13 и дифференциального усилителя 2 в тече - 25 ние периода времени Т , Приращениевыходного сигнала дифференциальногоусилителя по отношению к начальномунапряжению 0 о, запомненному в бло -ке выборки-хранения 11, составляет) Выхи - Въ д живых.уст. = Из соотношения (5) следует, чтоЗО на преобразование входного сигнала по уровню среднеквадратического значения не влияют погрешности элементов преобразователя, так как преобразование входного сигнала выходного напряжения производится в одном й том же канале, состоящем из одних и тех же элементов.Абсолютная погрешность определяется соотношением К, 3 ОоиОИ) Ио Ц: 1+ о( где 0 оО - напряжение источника опо5 ного напряжения 10.Во втором такте коммутаторы 7 ипереводятся в положение "1", на выходе дифференциального усилителя 2формируется приращение напряженияО обратного знака 16жение дифф запоминает ния 111.) уст и,: "ы. ст= первомравны 55 (ф+сс) Фссщ /ОоссОсст аТ:о Ои -Ост 4 Ц"(Оо-Оус а, наприм а КС 3 ОО 1 с(ф)д3о грешно где , - верхняя граница диапазона преобразованияВ установившемся режиме преобра- зования и выражение в квадратных скобахсоотношения (3) равно нулю, поэтомуВЫх.уст.1 -О (Й)М с (ф)о О-Осс =(ЧЦ (Оо-Осс Если выходное напряжение ходится в середине диапазонразования то в каждом цикле преобразованияабсолютная погрешность уменьшаетсяв 2 раза р, через пять цикло уменьшается в 32 ра второго такта по команде ления .12 выходное напряренциального усилителя 2 я в блоке выборки-хранеи приращения напряжения и втором тактах становят)"(я, 1 с 1,=о т.е. выходное напряжение преобразователя равно среднему значению однополярного входного сигнала.Для получения максимального быстродействия коэффициент усиления устанавливает равным Для выполнения помехоустсйчивого преобразования входного сигнала по уровню, пропорциональному квадратному корню, в первом такте коммутаторы 7-9 устанавливаются в положение "2". Положительное приращение выходного напряжения дифференциального усилителя 2 составляет О - амплитуда помехи, ь 3 - частота помехи.Период повторения 1 устанавливается равным периоду напряжения помехи, Поскольку помехи, как правило, являются результатом наводки от сети питания с частотой, например, 50 Гц, то Т( 0,02 с. Во втором такте коммутаторы 7-9 переводятся в прложение "1". При этом входной сигнал возводится множительным блоком 1 в квадрат, а отрицательное приращение выходного напряжения дифференциального усилителя 2 составляет В конце второго такта алгебраическая сумма приращения суммируется с ранее запомненным напряжением и запоминается в блоке выборки-хранения 11. По достижении выходным напряжением установившегося значения приращения становятся равны, причем так как этот интеграл представляетсобой среднее значение синусоидального напряжения. тьВ описанном режиме измерительный 5преобразователь может быть использован в сочетании с квадратичнымдатчиком входного сигнала в условиях помех напряжения промышленнойчастоты.В режиме формирования сигнала,пропорционального мощности на активном сопротивлении заданной величиныкоммутаторы 7 и 9 устанавливаютсяв положение "2, а коммутатор 8 - в 25положение 1 . КоэфФициент усиленияусилителя 5 устанавливается равным 1 А . Производится интегрирование входного сигнала в течение периода Т , Приращению выходного,напряжения дифференциального усилителя 2 в первом ",такте каждого цикласоставляет 35 ЬУ=Фсс 11 ( У (ШБАРС (15) Во втором такте коммутатор 8,устанавливается в положение "2", а 4 О коммутатор 9 - в положение 1.Приращение выходного напряжения дифференциального усилителя 2 имеетобратный знак и составляет45 Ь 0+1 = (4+ е 1) Р -Уе Ц, 0 1ВАЙС о (16) еВ конце второго такта выходное напряжение дифференциального усилителя 2 запоминается в блоке выборки- хранения 11.В установившемся режиме Ои = = О + 1=0 ст поэтому из выражений (15) и (16) следует,откуда следует, что При выборе величины Оон численно равной заданной величине активного сопротивления Оус" численно равно мощности, рассеиваемой на активной нагрузке с заданной вели- чиной сопротивления, при подаче на нее входного напряжения преобра,зователя и (Д), При заданных коэффициентах усиления ;ф и- выражения - (3 ) и (11) - быстродейстВие преобразователя в режимах формирования сигнала, цропорционально 1132244 10,:го мощности, рассеиваемой входнымсигналом на активной нагрузке заданной величины, и измерения среднегозначения однополярного сигнала 5 составляет один цикл работы, а скорость убывания абсолютной погрешности, также характеризующая быстродействие, в режиме помехоустойчивого аналогового корнеизвлечения 0 такая же, как и в режиме преобразования входного сигнала по уровнюсреднеквадратического значения.Таким образом, отличия предлагаемого измерительного преобразова теля сигналов от известных позволяют реализовать в нем дополнительно три режима преобразования входного сигнала, что расширяет его функциональные возможности.1132244 овский ь А Корр ект Ж.Кастеневич аказ 9786/3 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 СосРедактор С.ТимохинаТех Тираж 710НИИПИ Государственного по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Ра Подписноемитета СССРткрытийская наб., д. 4/5