Цифровой интегрирующий вольтметр

СООЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4 0 01 К 19/25 ЙОАИИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТ а 17тенюатори 23, так ор 8 пило- и 9-12 и 13, опороры 18-20, 24. Вве- ттенюатотакже согласующихся ус мителей .25 и 2 тора 27, полос фазового детек рующих цепей 3 печить независ и 2 и 3, выпря итудного детек силителя 28, и дифференципоэволяет обес результатов из ител амплвогоора 2м 32 оль-.начеей мост ения мерения от значмежду входнымимость коррекцииристик каналовкапов. 1 з.п. ф азового сдвига ф сигналами и независиамплитудных характеот формы входных сиг-лы, 5 ил,рмы,я ффе- йстОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ К АВТОРСКОМУ СВИ(56) Авторское свидетельство ССУ 974287, кл, С 01 К 19/25, 198Авторское свидетельство СССР9 1093984, кл. С 01 К 19/25, 19(54) ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРИРУКЗЦИЙ ВОЛМЕТР(57) Изобретение может быть испзовано для измерений среднего зния дифференциальной составляющдвух напряжений произвольной фоа также их суммы. Целью являетсповьппение точности измерения диренциальной составляющей. Устро,ЯО 128539 во содержит управляемыи1, ключи 4, 5, 15, 6,товый генератор 7, генеробразного напряжения, бл21 сравнения, элемент ИЛИный генератор 14, интегрсчетный блок 22 и инвертдение блока 6 управленияром и его выполнение, а128539Изобретение относится к электроиэмерительной технике и предназначено для измерения среднего значения дифференциальной составляющей двух напряжений произвольной фор мы, а также их суммы.Цель изобретения - повышение точности измерения дифференциальной составляющей путем обеспечения независимости результата измерения Ю от значения фазового сдвига между входными сигналами и обеспечения независимости коррекции амплитудных характеристик каналов от формы входных сигналов. 15На фиг.1 приведена схема вольтметра; на фиг.2 - схема блока управления аттенюатором; на фиг.З - схема тактового генератора; на фиг.4 - временные диаграммы работы вольт метра; на фиг.5 - временные диаграммы работы тактового генератора и блока управления аттенюатором.Вольтметр содержит,управляемьй аттенюатор 1, первый и второй согласующие усилители 2 и 3, первый 4 и второй 5 ключи, блок 6 управления аттенюатором, тактовый генератор 7, генератор 8 пилообразного напряжения, первый 9, второй 10 третий 30 11 и четвертый 12 блоки сравнения, элемент ИЛИ 13, опорный генератор 14, третий 15, четвертый 16 и пятый 7 ключи, первый 18, второй 19 и третий 20 интеграторы, пятый блок 35 21 сравнения, отсчетное устройство 22, шестой ключ 23, инвертор 24, первый 25 и второй 26 выпрямители, амплитудный детектор 27; полосовой усилитель 28, Фазовый детектор 29, 40 седьмой ключ 30, первую 31 и вторую 32 дифференцирующие цепи.Блок 6 управления аттенюатором содержит регистр 33 сдвига, входом соединенный с первым входом блока 6 45 управления аттенюатором, и и триггерных ячеек 34.1-34.п, каждая из которых первым входом подключена к соответствующему разрядному выходу регистра 33, вторыми входами к вто рому входу блока б управления аттенюатором, а выходами - к выходу блока 6 управления аттенюатором. Тактовый генератор 7 содержит 55 нуль-орган 35, счетчик 36, дешифратор 37 и формирователь 38 команд.Вход нуль-органа 35 является входом тактового генератора 7, выход нуль 2 2органа 35 подключен к входу счетчика 36, разрядные выходы которого подключены к входам дешифратора 37, выходы которого подключены к входамформирователя 38 команд, выходы которого являются первым 39, вторым 40,третьим 41, четвертым 42 и пятым43 выходами тактового генератора 7.Первый ключ 4 сигнальным входом соединен с шиной первого входного сигнала, и шина второго сигнала через второй ключ 5 подключена к выходу первого ключа 4. Управляющий вход аттенюатора 1 соединен с выходом блока 6 управления аттенюатором, первым входом соединенного с первым выходом 39 тактового генаратора 7.Генератор 8 пилообразного напряжениявыходом соединен с первыми входами первого 9, второго 10 и третьего 11 блоков сравнения, а входом - с вторым выходом 40 тактового генератора7. Опорный генератор 14 соединен с сигнальными входами четвертого 6 и пятого 17 ключей, выходами подключенных соответственно к входам первого 18 и второго 19 интеграторов, а также к первому и второмувходам третьего интегратора 20, третьим входом подключенного к выходу пятого блока 21 сравнения, входами соединенного с выходами первого 18 и второго 19 интеграторов. Выход третьего интегратора 20 подключен к первому входу отсчетного устройства 22. Второй вход первого блока 9 сравнения подключен к выходу инвертора 24. Управляющие входы первого 4 и второго 5 ключей соединены соответственно с третьим 41 и четвертым 42 выходами тактового генератора 7. Управляющий вход шестого ключа 23 подключен к пятому выходу 43 тактового генератора 7. Вход первого выпрямителя 25 соединен с выходом аттенюатора 1 и первым сигнальным входом шестого ключа 23Вход второго выпрямителя 26 соеди-. нен с вторым сигнальным входомшестого ключа 23 и с выходом второ- го согласующего усилителя 3, вход которого подключен к выходу второго ключа 5. Выход шестого ключа 23 через амплитудный детектор 27 и поло- совой усилитель 28 подключен к первому входу фазового детектора 29, второй вход которого соединен с управляющим входом шестого ключа 2312853а его выход - с входом инвертора 24 и вторым входом второго блока 1 О сравнения. Выходы первого 25 и второго 26 выпрямителей подключены соответственно к второму входу третьего блока 11 сравнения и к первому входу четвертого блока .12 сравнения, выходами соединенных с управляющими входами третьего 15 и седьмого 30 ключей соответственно, Выходы перво- О го 9 и второго 1 О блоков сравнения подключены к управляющим входам четвертого 16 и пятого 17 ключей. Второй вход блока 6 управления аттенюатором соединен с выходом пятого бло - 15 ка 21 сравнения. Выходы третьего 15 и седьмого 30 ключей соединены с входами первой 31 и второй 32 дифференцирующих цепей соответственно, а их выходы соединены соответствен но с первым и вторым входами элемента ИЛИ 3, выходом соединенного .свторым входом отсчетного устройства 22. Сигнальные входы третьего 15 и седьмого 30 ключей соединены с выхо дом эталонного генератора 14. Сигнальный вход тактового генератора 7 подключен к выходу первого согласующего усилителя 2 .и сигнальному входу аттенюатора, а второй вход 30 четвертого блока 12 сравнения - к выходу генератора 8 пилообразного напряжения.Цифровой интегрирующий вольтметр может работать в режиме автоматической коррекции неидентичности ампли-, тудных характеристик каналов, а также в режиме измерения суммы и дифференциальной составляющей входных напряжений. 40Управление указанными режимами осуществляется тактовым генератором 7 по заданной циклограмме подачей соответствующей комбинации напряжений на управляющие входы ключей 4, 5 и 23, а также на вход блока 6 управления аттенюатором.На фиг.3 наличие положительного напряжение на соответствующих выходах 39-43 обеспечивает открытое состояние ключей 4 и 5, образование связи между выходом ключа 23 и выходом аттенюатора 1, формирование генератором 8 пилообразного напряжения, линейно нарастающего напряжения, а также сдвиг информации, записанной в регистре 33 сдвига блока 6 управления аттенюатором на одном разрядеПри нулевом уровне напряжений насоответствующих выходах 39-43 такто-вого генератора 7 ключи 4 и 5 закрыты, выход ключа 23 связан с выходомсогласующего усилителя 3, генератор8 пилообразного напряжение находится в заторможенном режиме, на выходеблока 6 управления аттенюатором со-.храняется введенная в него информация в исходном состоянии либо в предыдущем цикле.Первые гармоники сигналов, поступающих на вход устройства, имеют видЦ, = , з Д,П= У пЫЮ), (2)г,где У и 1 - амплитудные значениясигналов Б 1 (Е) и Бг (С)2 ГГ - круговая частота,9 - относительный фазовыйсдвиг между сигналами.В режиме коррекции амплитудной неидентичности каналов сигнал (1) через согласующий усилитель 2, аттенюатор 1 поступает на первый вход ключа 23 и через ключ 4; согласующийусилитель 3 - на его второй вход.Напряжения, образующиеся на выходеаттенюатора 1 и согласующего усилителя 3 (фиг,4, с, Е ),П 1(С) = КУ, зп, (3)Б" (С) = К У з 1 пйс (4)подключаются поочередно к входу ам плитудного детектора 27 ключом 23,управляемым прямоугольным напряжениемЪ3 з 18 п (5)тактового: генератора 7 (фиг. 5, )В выражениях (3) - (5) К - на 11чальное значение коэффициента передачи тракта вход устройства - выходаттенюатора 1; Кг - коэффициент передачи тракта вход устройства - выход согласующего усилителя 3 и коэффициенты передачи ключей 4 и 5 полагаем равными единице,Коэффициенты передачи К и К и1 гначальное соотношение между нимивыбираются исходя из условия обеспечения линейного режима каскадов ивозможной амплитудной неидентичности каналов,При работе ключа 23 с частотой Я.на амплитудный детектор 27 воздействует напряжение, представляющеесобой амлитуДно-модулированное напряжение с прямоугольной огибающей(фиг. 4,6 )Амплитудный детектор27 и полосовой усилитель 28, настроенный на частоту Я .выделяют5392 6импульсы, соответствующие временныминтервалам, когда пульсирующие напряжения на выходах фазового детектора 29, инвертора 24 и выпрямителей 25 и 26 больше опорного пилообразного напряжения (фиг.4,9, с 1А ). Прямоугольные импульсы свыходов блоков 9 и 1 О сравнения открывают ключи 16 и 17, а с выходов Ю блоков 11 и 12 (Фиг.4 К, Л, ) открывают ключи 15 и 30, При этом выходопорного генератора 14 на время,. равное суммарной длительности импульсов, через ключи 15 и 30 (фиг.4,м,н), 15 диФференцирующие цепи 31 и 32, атакже элемент ИЛИ 13 (фигЛ.,О ) подключается к первому входу отсчетногоустройства 22, которое зафиксируетсуммарное значение входных сигналов, 20 и через ключи 16 и 17 - к входам интеграторов 18 и 19, а также к первому либо второму входам интегратора20. Ключ 30 инвертирует импульсыэталонного генератора, а дифференци рующие цепи 31 и 32 дифференцируютимпульсы, поступающие с ключей 15и 30, на выходе дифференцирующих цепей 31 и 32 образуются короткие импульсы, что позволяет зафиксировать 30 отсчетным устройством сумму входного сигнала. В результате при К 1Кгинтеграторы 18 и 20 зафиксируют число= 11- =Ку К 31(К 1 Кг) ф 35 где К - коэфФициент пропорциональности, зависящий от частоты Я , частоты опорногогенератора 14 и длительности цикла измерения.40 При К,( Кг на выходах интеграторов 19 и 20 .получим соответственноцифровые отсчеты"г = КФР (Кг К )(12)ы = -ККР, (к,-к,) (13) 45 Знак цифрового отсчета интегратора 20 определяется состоянием блока21 сравнения в зависимости от кодов,введенных в интеграторы 18 и 19,(9)"а = Кг 1Напряжения (7 ) и ( 8 ) поступаютна первые входы блоков 10 и 9 сравне"ния, а напряжения (9) и (1,0) - напервые входы блоков 11 и 12 сравнения 5128 первую гармонику огибающей амплитудно-модулированного сигнала (фиг.4, Ъ ).Б (С) К 71 (К,-кг) з 1 ть.Х, (6) где К - коэффициент передачи трактаамплитудныи детектор 27 -полосовой усилитель 28;Я2 И. - круговая частота.Если коэффициенты передачи фазового детектора 29 и инвертора 24 принять равными единице, то постоянные составляющие пульсирующего напряжения на выходах фазового детектора 29 и инвертора 24 будут иметь соответственно вид (Фиг,4,) ).- КЗ 1 (К Кг) .(7)"6 К 3"1(К 1 Кг) ф (8)Полярность выходных напряжений (7), (8) определяется, соотношением между К, и КгПостоянные составляющие пульсирующих напряжений на выходах выпрямителей 25 и 26 при единичных коэффициентах передачи определяются соответственно выражениями В режимекоррекции и измерения цикл измерения задается тактовым генератором 7.Переменное напряжение с выхода усилителя 2 поступает на вход нуль- органа 35, на выходе которого образуются импульсы, соответствующие моментам перехода напряжения через нулевой уровень. Указанные импульсы суммируются .в счетчике 36, разрядные выходы которого подключены к входам дешифратора 37 в соответствии с заданной программой работы вольтметра. Моменты появления импульсов на выходах Формирователя 38 и их длительности определяются моментами перепадов напряжений на выходах дешифратора 37 ( фиг.5 а- фПри подаче на вход генератора 8 пилообразного напряжения импульсе запуска (фиг.5,б, фиг.4, к ) на его выходе образуется опорное пилообразное напряжейие ц, (фиг.4,с ), поступающее на вторые входы блоков 9- 12 сравнения. На выходах блоков 9-12 сравнения формируются прямоугольные Одновременно в отсчетное устройство 22 вводится число+ ч 1(К 1 кг) (14) где К - коэффициент пропорциональ ности, зависящий от частот входных сигналов, эталонного генератора и длительности цикла измерения, Числа (11), (13) и (14), введенные в отсчетное устройство 22, могут быть ,.использованы для оценки относитель,ной амплитудной неидентичности каналов до коррекциид +И(15)И+Перед началом первого цикла с тактового генератора 7 через первый вход 39 блока 6 управления аттенюатором на вход регистра 33 сдвига поступает импульс (фиг.5, 0,), устанавливающий на первом его выходе единичную информацию ( фиг.5, Ж). Указанная информация записывается в триггере старшего разряда триггерной ячейки 34.п и поступает на первый вход схемы И, входящей в состав этой ячейки, выходом подключенной к входу старшего разряда управляемо. го аттенюатора 1. В зависимости от знака разности И - И, подаваемого по окончанию первого цикла с выхода блока 21 сравнения через второй вход блока 6 управления аттенюатором на второй вход триггерной ячейки 34.п (фиг.5,е) последняя либо остается в единичном или переходит в нулевое состояние, в последнем случае старший разряд аттенюатораотключает - ся.Перед началом второго и последующих циклов импульсы с выхода тактового генератора осуществляют сдвиг в регистре 33 единичной информации на один разряд, прикладывая последовательно ее к первым входам триггерных ячеек 34.(п)-34.п блока 6 управления аттенюатором.Поскольку для коррекции используетсялишь знак амппитудной неидентичности каналов, а не ее абсолютное значение, точность коррекции не зависит от формы входных сигналов.Преобразование уровня входного сигнала П (й) в коды И И , И , И во втором и последующих циклах происходит описанным образом. По окон - чании каждого цикла на выходе блока 21 сравнения появляется информация о знаке разности Ид-И, используемая для установки каждой из .триггерных ячеек 34.(п)-34.1 в нулевое или в единичное состояние, воздействующая на коэффициент передачи К (фиг.5, 6 - 3 )Количество циклов, необходимых для коррекции, соответствует числу разрядов и управляемого аттенюатора 1. После каждого цикла измерения отсчетным устройством 22 может быть произведена оценка коррекции относительной амплитудной неидентич 5392 8ности каналов в соответствии с (15).Точность коррекции определяетсячувствительностью тракта вход амплитудного детектора 27 - выход блока21 сравнения, формирующего его амплитудной неидентичности каналов, ивесом младшего разряда.Для выполнения измерения ключ 4переводится в закрытое состояние, а О ключ 5 - в открытое состояние (фиг.5,6, Ъ ), блок 6 управления аттенюатором хранит код коррекции, сформированный в предыдущем режиме.Сигналы (1) и (2), поступающие 15 на вход устройства через согласующий усилитель 2 и аттенюатор 1, атакже через ключ 5 и согласующий уси.литель 3 соответственно поступят насигнальные входы ключа 23 и на вхо ды выпрямителей 25 и 26. Если счи-лтать, что после коррекции Кд=К=К,то на выходе полосового усилителя28 выделяется первая гармоника амплитудно-модулированного сигнала 25П= К К(У,-У ) здпЖ, (16)интегратор 20 зафиксирует число,пропорциональное разности входныхсигналов (дифференциальной составляющей), знак которого определяетсясоотношением между д 1 и 73(2)фа на первый вход отсчетного устройства 22 с выхода элемента ИЛИ 13поступает число импульсов, пропорциональное сумме входных сигналов+ 1( 1 2) (18)Числа (17) и (8), введенные .вотсчетное устройство 22, могут быть 40 использованы для управления системами автоматического регулирования, вкоторых регулирующим параметром является отношение разности сигналовк их сумме, а также для определения 45 значений каждого из входных сигналовИ- - И И2(19)И +И.И (20)2 2 Результаты измерения являютсяпреобразованием усредненных за цикл измерения мгновенных значений входных сигналов и их дифференциальной составляющей.55 Формула изобретения 1. Цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий управляемый атте 1285392нюатор, первый ключ, сигнальным входом соединенный с первой входной шиной, вторую входную шину, через второй ключ соединенную с выходом первого ключа, генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого блоков сравнения, а вход - с вторым выходом тактового генератора, элемент ИЛИ, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, опорный генератор, соединенный с сигнальными входами четвертого, пятого, третьего и седьмогоключей, первый и второй интеграторы, входы которых соединены с первым и вторым входами третьего интегратора, третий вход которого соединен с выходом пятого блока сравнения, входы которого соединены с выходами первого и второго интеграторов, выход третьего интегратора соединен с первым .входом счетного блока, второй вход первого блока сравнения соединен с выходом инвертора, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с третьим и четвертым выходами тактового генератора, управляющий вход шестого ключа соединен с пятым выходом тактового генератора, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок управления аттенюатором, два согласующих усилителя, два выпрямителя, амплитудный детектор, полосовой усилитель, фазовый детектор, две дифференцирующих цепи, вход первого выпрямителя соединен.с выходом аттенюатора ипервым сигнальным входом шестогоключа, а вход второго выпрямителя - с вторым сигнальным входом шестого ключа и с выходом второго согласующего усилителявход которого соединен с выходом второго ключа, выход шестого ключа через последовательно соединенные амплитудный детектор и полосовой усилитель соединен с пер 1285392Бло иг.5 Составитель А.Морозедактор С.Пекарь Техред И.Попович Корректор Е.Сирохман Зака одписно тета ССС ыти ая наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. ол, Ирклая 39/47 Тираж ИИПИ Государстве по делам иэобрет 3035, Москва, Ж 730 ного ко ний и о 5, Раув