Устройство для измерения амплитуды переменного напряжения

ОЮЭ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А(5 01 ИС ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬСТВУ е измен приис. 4,16 о СССР 00, 1982(54)(57) УСТРОЙ АМПЛИТУДЪ ПЕРЕМ содержащее перв вые элементы, п соединены через ного сигнала, а соответствующи ра, входом подк источника споря ляющие кодовые ключены к выход м реверсив ментчика, выхо з соо тели импульс ветствующими вхта И, выходомвходом первоговход которогоходом формировинтервала и ссчетчика, втординен с первыммента И, а выхэлемента эапрерого подключен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕ(56) Шляндин В.М. Цифровьрительные преобразователиборы. М., 1973, с224, рАвторское свидетельствВ 1095077, кл. С 01 К 19 СТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, й и второй порогоервые входы которыхключ с шиной вход- вторые входы - с ми выходами аттенюатолюченного к выходу ого сигнала, управ- входы которого поды пороговых элеетствующие формиров соединены с соотодами первого элеменоединенного с первымсчетчика, второйоединен с первым вытеля измерительногоервым входом второгой вход которого соевходом первого элед - с первым входома, второй вход коток выходу второго элемента И, первым входом подключенного к первому выходу первогосчетчика, второй выход которогоподключен к первому входу третьегоэлемента И, второй вход которогоподключен к второму входу второгоэлемента И и к второму выходу формирователя измерительного интервала,третий выход которого подключен куправляющему входу ключа, первыйвход подключен к шине входного сигнала, а второи вход - к выходу формирователя синхроимпульсов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цеЛьюповышения быстродействия, в неговведены третий счетчик импульсов,блок триггеров и ключевой блок, причем первый вход третьего счетчикасоединен с вторым выходом формирователя измерительного интервала, второй вход соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, первым входом реверсивного счетчика и первымвходом блока триггеров, а кодовыевыходы - с управляющими входами аттенюатора и соответствующими входами блока триггеров, выходы которогосоединены с кодовыми входами ключевого блока, первый вход которогосоединен с выходом третьего элемента И, с вторым входом реверсивного счетчика, третий вход которогосоединен с вторым входом ключевогоблока и выходом элемента запрета,а кодовые выходы соединены с входамиисточника опорного сигнала.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при автоматическом отслеживании уровня сигнала.Цель изобретения - повышение 5 быстродействия, причем выигрыш в быстродействии возрастает с ростом числа разрядов реверсивного счетчика,т.е, с повышением точности измерений. 1 ОНа фиг. 1 представлено устройство для измерения амплитуды переменного напряжения;на фиг.2 и 3 - воеменные диаграммы, поясняющие его работу. 35 Устройство содержит пороговые15 элементы 1 и 2, первые входы которых соединены через ключ 3 с шиной 4 входного сигнала, а вторые входы с соответствующими выходами аттенюатора 5, входом подключенного к выходу источника 6 опорного сигнала, управляющие кодовые входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика 7, выходы элементов 1 и 2 через формирователи 8 и 9 соответ 25 ственно соединены с входами элемента И 10, выходом соединенного с первым входом счетчика 11, второй вход которого соединен.с первым выходом формирователя 12 измерительного интервала и с первым входом счетчика 13, второй вход которого подключен к первому входу элемента И 10, а выход - с первым входом элемента 14 запрета, второй вход которого подключен к выходу элемента И 15, первым входом подключенного к первому выходу счетчика 11, второй выход которого подключен к первому входу элемента И 16, второй вход которого 40 подключен к второму входу элемента И 15 и к второму выходу формирователя 12, третий выход которого подключен к управляющему входу ключа 3, первый вход подключен к шине 4 вход ного сигнала, а второй вход - к выходу формирователя 17 синхроимпульсов, первый вход счетчика 18 соединен с вторым выходом формирователя 12, второй вход соединен с выхоцом 50 формирователя 17., первым входом реверсивного счетчика 7 и первым входом блока 19 триггеров, а кодовые выходы - с управляющими выходами аттенюатора 5 и соответствующими 55 входами блока 19, выходы которого соединены с кодовыми входами ключевого блока 20, первый вход которого соединен с выходом элемента И 16 и с вторым входом счетчика 7, третий вход которого соединен с вторым входом блока 20 и выходом элемента И 14, а кодовые выходы соединены с входами источника 6 опорного сигнала.Кроме того, формйрователь 12 содержит формирователь 21 импульсов, делитель 22 частоты, триггер 23 и элемент 24 задержки.Блок 19 состоит из триггеров 19, 1-19.1. Блок 20 содержит управляемые ключи 20. 1-20.1 с.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии импульсом синхронизации с выхода формирователя 17, подаваемым на установочный вход счетчика 18, производится его установка в нулевое состояние. Одновременно этим же импульсом, подаваемым на установочный вход реверсивного счетчика 7, производится уста" новка старшего разряда этого счетчика в единичное состояние, а младших - в нулевое.В этом случае обеспечивается выработка источником 6 опорного напряжения Уд, соответствующего верхней границе диапазона измерения напряжения, Кроме того, поскольку счетчик 18 обнулен, то ослабление р управляемого аттенюатора 5 первоначально устанавливается максимальным и таким, чтобы обеспечивалась дискрета регулированияБ вюх ив оЬУ = ---)2где 11и У , - границы диапазона измерения напряжения.Счетчики 11 и 13 в исходном состоянии находятся в обнуленном состоянииНа вход устройства подается измеряемое напряжение П (фиг.2 а). Под действием импульса синхронизации П делитель 22 начинает подсчет импульсов частоты Г, а триггер 23 устанавливается в единичное состояние, вырабатывая сигнал У . Под воздействием импульса 11 с выхода триг 5гера 23 открывается ключ 3 и выходные колебания поступают на первые входы пороговых элементов 1 и 2 (0 на фиг, 2 б), на вторые входы которых .подаются опорные напряжения1 Про и 1 опгПри измерениях возможны три различных случая соотношения измеряемого напряжения П (фиг.2 б) и опорных напРЯжений Под 1 и ЦолгДля первого случая (интервал времени с -е на фиг. 2 а) П с ПиПопг Для второго случая (интер вал времени с- с на фиг. 2 а) . "у ) Пол 1 и Пх ) Понг . В тРетьем случае (интервал времени на фиг 2 а) Пх ) Поо 2 но Пх ( ПоиВ начале измерений, когда подключен лишь один разряд реверсивного счетчика 7, дискрета регулирования выбирается равной половине диапазона, в котором может находиться измеряемая величина, а У,11 устанавливается равным верхней границе диапазона измерения. В этой ситуации возможны лишь два случая из перечисленных, а именно первый и третий.Для первого случая, т.е, когда Пх ( Уолг, а следовательно и У,( (Уо 1, уровень опорного напряжения в пороговых элементах 1 и 2 превышен не будет, импульсы на выходах элементов 1 и 2 (соответственно на фиг. 2 в,г), а значит и на выходах формирователей 8 и 9 (соответственно фиг. 2 д,е), и элемента И 10 (фиг.2 ж) будут отсутствовать. Счетчики 11 и 13 останутся в обнуленном состоянии. При этом на первом выхо. де счетчика 11 будет нулевой потенциал (фиг.2 з), а на его втором выходе - разрешающий потенциал (фиг,2 и)В результате этого элемент 16 будет закрыт по первому входу и импульсы с выхода делителя 22 (фиг.2 к) на выход элемента 16 проходить не будут (фиг.2 л). В то же время элемент 15 под воздействием разрешающего потенциала с второго выхода счетчика 11 (фиг.2 и) будет открыт по первому входу и при появлении импульсов с делителя 22 (фиг.2 к) они пройдут на выход элемента 15 (фиг.2 м), а значит будут присутствовать на втором входе элемента 14 запрета,. на первом входе которого будет разрешающий нулевой потенциал с обнуленного счетчика,13, Следовательно, импульсы (фиг.2 м) пройдут через элемент 14 запрета на вход импульсов вычитания блока 20, Одновременно с этим импульсом (фиг.2 к), подаваемым на вход счетчика 18, содержимое последнего изменится на единицу. Под воздействием 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вйходного кода счетчика 18 ослабление управляемого аттенюатора 5уменьшится в два раза, т.е. уменьшитсЯ Разность значений Прл 1 нПонг, представляющая дискрету регулирования д П. В процессе функционирования устройства выходной код счетчика 18управляет ослаблением аттенюатора 5и одновременно через блок 19 триггеров управляет блоком 20. При наличии на выходе счетчика 18 сигналасоответствующий триггер блока 19устанавливается в единичное состояние и на его выходе вырабатываетсясигнал, подаваемый на входы управления блока 20Благодаря этому припоявлении импульсов вычитания илисуммирования на входах блока 20они проходят на вход соответствующего разряда реверсивного счетчика 7,Так,для рассматриваемого первого случая, когда Б ( Ьочаг иПм ( Поп 1 у на вход соответствующего разряда реверсивного счетчика 7пройдет импульс вычитания. Этот жеимпульс будет поступать также ина вход вычитания старшего разрядареверсивного счетчика 7. При этомсодержимое счетчика 7 уменьшитсяна единицу младшего разряда из подключенных разрядов и опорное напряжение на выходе источника 6 такжеуменьшится вдвое, т.е. ПОп 1 2 001Импульс с выхода делителя 22(фиг.2 н) поступает также на входэлемента 24 задержки. Импульсы спервого выхода элемента 24 задержки (фиг.2 н), задержанные на время7 относительно импульсов (фиг.2 к),подаются для обнуления счетчиков11 и 13, подготавливая их тем самымк новому циклу работы. Импульсы свторого выхода элемента 24 задержки (фчг.2 о), задержанные на время/ 5,г ) .1относительно импульсов фиг.2 к, подаются на делитель 22частоты и триггер 23 для установкиих в состояние, соответствующее началу цикла.Приведенные на фиг,2 временныедиаграммы рассмотрены для случая,когда делитель 22 осуществляет деление на (К=5), а счетчики 11 и 13считываются заполненными, если навход каждого из них поступило пятьимпульсов (п=5), т.е. п=К, При измерениях в условиях помех логикаустройства может быть реализованапри п( К,Во втором случае (фиг.2 а, интервал времени с -сз) выполняются неравенства Пх ъ Пол и Пх ) ПолаСледовательно, в пороговых элементах 1 и 2 входным сигналом будетпревышен уровень опорного напряжения и на их выходах появятся импульсы превышения порога (фиг,2 в и 2 г),под воздействием которых формирователи 8 и 9 сформируют импульсыстандартнои амплитуды и длительнос"ти (фиг.2 д,е). ри одновременномвоздействии этих сигналов на входахэлемента И 10, на его выходе появятся импульсы, поступающие на входпервого счетчика 11 (фиг.2 ж). Одновременно импульсы с выхода формирователя 9 поступают на вход счетчика13. После заполнения счетчика 11 наего первом выходе появится разрешающий для элемента И 16 потенциал, ана его втором выходе будет установлен нулевой потенциал, исключающийпрохождение импульсов с делителем 22на выход элемента И 15. В то же время импульс с делителя 22 через элемент И 16 пройдет на вход суммирования блока 20.После заполнения счетчика 13 на его выходе появится потенциал единичного уровня (фиг.2 п), под воздействием которого элемент 14 запрета окажется запертым и импульс на его выход не пройдет, т.е. импульс вычитания (фиг.2 р) будет отсутствовать.Импульсом с выхода делителя 22 изменяется состояние счетчика 18 на единицу. Аналогично рассмотренному случаю под воздействием нового кода счетчика 18 уменьшится вдвое ослабление аттенюатора 5 и появится разрешающий потенциал с блока 19 триггеров. Импульс с выхода элемента И 16 пройдет на вход суммирования очередного подключаемого разряда реверсивного счетчика 7, поступая независимо от этого также и на вход суммирования старшего разряда этого счетчика. При этом содержимое счетчика 7 увеличится на единицу младшего подключаемого разряда. Однако, если подобная ситуациясложится в начале измерений или впроцессе измерений, когда= П , то изменения состояния счетчика 7 не произойдет. Для этого входы суммирования разрядов реверсивного счетчика 7, начиная со второго,блокируются потенциалом с выхода10 установленного в единичное состояниестаршего разряда счетчика 7.фВ процессе измерений, когда БФФ П, увеличение содержимого счет 15 чика 7 приводит к изменению выходного кода счетчика на единицу младшегоподключаемого разряда и, соответственно, к увеличению на дискрету регулирования опорного напряжения с вы 2 О хода источника 6.В третьем случае (фиг.2 а интервалвремени С-С) может оказаться, чтоПол 1 и Б) Пюл . Следовательно, в первом пороговом элементе25 Уровень порога П, входным сигналомпревышен не будет и импульсы на еговыходе, а также на выходе формирователя 8 будут отсутствоватьВо втором пороговом элементе 2 входной3 О сигнал превысит уровень порога 0062и на его выходе появятся импульсыпревышения порога,под воздействиемкоторых формирователь 9 сформируетимпульсы стандартной амплитуды идлительности (фиг.2 е), которые подаются на второй вход элемента И 10и заполняют счетчик 13. Сигнал навыходе элемента О будет отсутствовать, поскольку отсутствует сигнал4 О на первом входе элемента 10. Обнуленный перед измерением счетчик 11сохранит свое состояние, вследствиечего под воздействием его выходныхсигналов. элемент И 16 будет закрыт,45 а элемент И 15 будет открыт. Импульсс выхода делителя 22 пройдет черезэлемент И 15 на вход элемента 14.Однако, на его выход сигнал не пройдет, поскольку на первый вход элемента запрета 14 с выхода заполненного счетчика 13 будет подан запрешающий потенциал (фиг.2 п),В этом случае содержимое реверсивного счетчика не изменится и может характеризовать амплитудное значение измеряемого напряжения, но с погрешностью дИ, представляющейвначале большую величину.При этом, как и для первых двух случаев, счетчик 18 изменит свое состояние на единицу, вследствие чего уменьшится вдвое ослабление аттенюатора 5 (те, дискрета регулирования дУ) и с выхода соответствующего триггера блока 19 появится разрешающий потенциал, Однако из-за отсутствия импульсов с выходов элементов 14 и 16 содержимое реверсивного счетчика 7 не изменится, т,е. не изменится и значение опорного напряжения Б д на выходе источника 6, а значение опорного напряжения Пна втором выходе аттенюатора 5 изменится в соответствии с кодом, подаваемым на аттенюатор 5 с выходов счетчика 18.При последующей работе при любом значении измеряемого напряжения рассмотренный алгоритм работы для трех случаев сохраняется, каждый цикл содержимое счетчика 18 увеличивается на единицу. При этом соответственно в каждом цикле уменьшается ослабление управляемого аттенюатора 5, т.е, уменьшается дискрета регулировки.Появление потенциала на выходе очередного разряда счетчика 18 приводит к дополнительному подключению соответствующих ключей в блоке 20, а следовательно, и соответствующего ;разряда реверсивного счетчика 7.На фиг, 3 иллюстрируется алгоритм изменения дискреты регулирования ЬБ при измерении амплитуды переменного напряжения У. В начале измерений диапазон измерения разбивается на две части, причем опорное напряжение Ур принимается равным верхней границе диапазона измерений Пш, а Бо равно середине диапа Кшувак где ш - количество разрядов реверсивного счетчика;К - коэффициент деления делителя 22;Е - частота измерения напряжения.Например, пусть К = 5, Г= 50 Гц,ш = 7. Для этих условий максимальноевремя уравновешивания 7 составит0,7 с,1 1 пдк 40 зона измерения. Измеряемое напряжение У может либо попасть в интервал от Бдо С , либо находитьсяза пределами этого интервала. Дляприведенного на фиг,За случая Одпопадает в интервал от У до У(что соответствует рассмотренномутретьему случаю). При этом импульсы 10 суммирования и вычитания не вырабатываются, состояние реверсивногосчетчика 7 не изменяется, значениеБ д сохраняется без изменения, аизменяется в соответствии с ко дом, подаваемым на зттенюатор 5 сосчетчика 18 (фиг,Зб), т.е. дискретарегулирования л 0 уменьшается вдвое1( дБ =В 0 ) . При этом оказыва 20 ется, что У выходит за пределы ноХвого интервала от Бр до "оп 1этом случае вырабатывается импульсвычитания, содержимое реверсивногосчетчика 7 уменьшается на единицу, 25 значение опорного напряжения 0 ,уменьшается, уменьшается и дискретарегулирования (фиг.Зв).Максимальное время уравновешивания предлагаемого устройства может 30 быть определено из выражения1185254 Ущип Ото Составитель Н.Коновтор К.Волощук Техред Л.Мартяшова Кор М.Самборская Заказ пис атент", г.ужгород роектная 9/41 Тираж 747 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Р