СПОСОБ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01R19/10 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения отношения напряжений.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ функционального преобразования двух напряжений, заключающийся в том, что первое экспоненциально падающее от уровня опорной величины напряжение сравнивают с измеряемыми напряжениями, формируют в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему измеряемому напряжению второе экспоненциально падающее напряжение, фиксируют в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому напряжению значение второго экспоненциально падающего напряжения, которое пропорционально отношению меньшего измеряемого напряжения к большему, в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему измеряемому напряжению от уровня меньшего измеряемого напряжения дополнительно формируют третье экспоненциально падающее напряжение, в момент равенства которого второй опорной величине фиксируют значение первого экспоненциально падающего напряжение, которое пропорционально отношению большего измеряемого напряжения к меньшему.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство функционального преобразования двух напряжений, содержащее первый источник экспоненциально падающего напряжения, вход которого соединен с входом второго источника экспоненциально падающего напряжения и подключен к выходу первого источника опорного напряжения, вход "Пуск" подключен к входу "Запуск" устройства, а выход соединен с вторыми входами первого и второго нуль-органов и с управляющим входом второго ключа, выход первого нуль-органа соединен с входами "Пуск" второго и третьего источников экспоненциально падающего напряжения, выход второго источника экспоненциально падающего напряжения через первый ключ соединен с первым выходом устройства, управляющий вход первого ключа соединен с выходом второго нуль-органа, первый вход которого и вход третьего источника экспоненциально падающего напряжения соединены с вторым входом устройства, первый вход первого нуль-органа соединен с первым входом устройства, выход третьего источника экспоненциально падающего напряжения соединен с вторым входом третьего нуль-органа, первый вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а выход через второй ключ - с вторым выходом устройства.

Указанные способ и устройство приняты в качестве прототипа. Однако указанные способ и устройство не позволяют обеспечить дополнительное измерение корня квадратного из суммы квадратов измеряемых напряжений, что ограничивает их функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, обусловленное осуществлением дополнительного измерения корня квадратного из суммы квадратов измеряемых напряжений.

Это достигается тем, что в известном способе в момент равенства второго экспоненциально падающего напряжения большему и меньшему измеряемым напряжениям фиксируют значения первого и третьего экспоненциально падающих напряжений соответственно и суммируют их, в момент равенства второго экспоненциально падающего с постоянной времени τ напряжения меньшему измеряемому напряжению формируют четвертое и пятое экспоненциально падающее от уровня большей опорной величины с постоянными времени τ и 2 τ соответственно напряжения, в момент равенства четвертого экспоненциально падающего напряжения суммарному напряжению фиксируют значение пятого экспоненциально падающего напряжения, которое пропорционально корню квадратному из суммы квадратов измеряемых напряжений.

Это достигается тем, что в известное устройство введены четвертый и пятый источники экспоненциально падающего напряжения, четвертый, пятый и шестой нуль-органы, третий ключ, два триггера, два блока памяти, сумматор, причем выход первого источника экспоненциально падающего напряжения через первый блок памяти, а выход третьего источника экспоненциально падающего напряжения через второй блок памяти подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого через последовательно соединенные шестой нуль-орган и третий ключ подключен к третьему выходу устройства, входы четвертого нуль-орган подключены к первому входу устройства и выходу второго источника экспоненциально падающего напряжения, а выход - к единичному входу первого триггера, инверсный выход которого подключен к управляющему входу первого блока памяти, второй вход устройства и выход второго источника экспоненциально падающего напряжения подключены к входам пятого нуль-органа, выход которого подключен к входам "Пуск" четвертого и пятого источников экспоненциально падающих напряжений, к входам "Останов" первого, второго и третьего источников экспоненциально падающих напряжений и единичному входу второго триггера, инверсный выход которого подключен к управляющему входу второго блока памяти, выход четвертого источника экспоненциально падающего напряжения подключен к второму входу шестого нуль-органа, а выход пятого источника экспоненциально падающего напряжения подключен к входу третьего ключа, нулевые входы триггеров объединены и подключены к входу "Запуск" устройства, входы "Останов" четвертого и пятого источников экспоненциально падающих напряжений соединены с выходом шестого нуль-органа.

Введенные новые операции формирования четвертого и пятого экспоненциально падающих напряжений с постоянными τ и 2 τ соответственно и фиксация значения второго из упомянутых напряжений позволяет зафиксировать напряжение, равное корню квадратному из измеряемых напряжений, что и расширяет функциональные возможности способа.

Введенные новые элементы и функциональные связи позволяют на третьем выходе устройства зафиксировать напряжение, равное корню квадратному из суммы квадратов измеряемых напряжений, что и расширяет функциональные возможности устройства.

На фиг.1 приведены временные диаграммы, поясняющие сущность предлагаемого способа; на фиг.2 - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Способ заключается в следующем.

Первое экспоненциально падающее напряжение U_э1(t) = U_o1^. e^-t/τсравнивают с измеряемыми напряжениями U_вх1 и U_вх2. Пусть U_вх1>U_вх2, тогда напряжение U_э1(t) равно напряжению U_вх1, в момент времени t₁, а напряжению U_вх2 - в момент времени t₂, т.е.

U_вх1 = U_о1 ˙e^-t1^/τ ,
U_вх2 = U_o1 ˙e^-t2^/τ , при этом = e
(1)
В момент t₁ формируют второе экспоненциально падающее напряжение с постоянной времени τ, равное U_э2(t). В момент t₂ значение напряжения U_э2(t) фиксируют
U_э2(t₂) = U₀₁e (2)
Решая уравнения (1) и (2), получают
U_э2(t₂) = U₀₁· (3) т.е. напряжение U_э2(t₂) в момент t₂ пропорционально отношению меньшего измеряемого напряжения к большему.

Дополнительно формируют третье экспоненциально падающее с постоянной времени τ напряжение U_э3(t), от уровня меньшего измеряемого напряжения U_вх2
U_э3(t) = U_вх2 e^-t/τ
Напряжение U_э3(t) сравнивают с вторым опорным напряжением U_о2, которое выбирают из условия
U_о2 < U_вх2 < U_вх1 < U_o1 где U_о1 - первое опорное напряжение.

В момент времени t когда напряжение U_э3(t^*) равно напряжению U_о2
U₀₂ = U_вх2e (4) фиксируют значение первого экспоненциально падающего напряжения
U_э1(t^*) = U_вх1e (5)
Решая уравнения (4) и (5), получают
U_э1(t^*) = U₀₂· (6) т.е. напряжение U_э1(t^*) в момент времени t* пропорционально отношению большего измеряемого напряжения к меньшему.

В момент t^** равенства второго экспоненциально падающего напряжения U_э2(t^**), большему измеряемому напряжению U_вх1, фиксируют значение первого экспоненциально падающего напряжения U_э1(t^**).

U_э2(t^**) = U₀₁e = U_вх1
(7)
U_э1(t^**) = U_вх1 e (8)
Решая уравнения (7) и (8), получают
U_э1(t^**) = U2в

_х1/U₀₁ (9)
В момент t₃ равенства второго экспоненциально падающего напряжения U_э2(t₃) меньшему измеряемому напряжению U_вх2 фиксируют значение третьего экспоненциально падающего напряжения U_э3(t₃)
U_э2(t₃) = U_о1 e^-t3^/τ (10)
U_э3(t₃) = U_вх2 e^-t3^/τ (11)
Решая уравнения (10) и (11), получают
U_э3(t₃) = (12) Формируют напряжение U₁₃, равное сумме напряжений U_э1(t^**) и U_э3(t₃)
U₁₃= (U2в_х1+U2в_х2) (13)
В момент t₃ формируют четвертое экспоненциально падающее от уровня U_о1 с постоянной времени τ напряжение
U_э4(t) = U_о1 e^-t/τ (14) и пятое экспоненциально падающее от уровня U_о1 с постоянной времени 2 τ напряжение
U_э5(t) = U_о1 е^-t/2τ (15)
В момент t₄ равенства U_э4(t₄) с напряжением U₁₃ фиксируют значение U_э5(t₄)
U_э4(t₄) = U₀₁e= (16)
U_э5(t₄) = U₀₁e= Ue (17)
Решая уравнения (16) и (17), получают
U_э5(t₄) = (18) т.е. напряжение U_э5(t₄) в момент времени t₄ равно корню квадратному из суммы квадратов измеряемых напряжений.

Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3 источники экспоненциально падающих напряжений с постоянной времени τ, первый 4, второй 5 и третий 6 нуль-органы, первый 7 и второй 8 ключи, первый 9 и второй 10 входы устройства, первый 11 и второй 12 источники опорных напряжений, вход 13 "Запуск", первый 14 и второй 15 выходы устройства, четвертый источник 16 экспоненциально падающего с постоянной времени τ от уровня U_о1 напряжения, пятый источник 17 экспоненциально падающего от уровня U_о1 с постоянной времени 2τ напряжения, четвертый 18, пятый 19 и шестой 20 нуль-органы, первый 21 и второй 22 триггеры, третий ключ 23. первый 24 и второй 25 блоки памяти, сумматор 26, третий выход 27 устройства.

Вход первого источника 1 экспоненциально падающего напряжения подключен к входу 13 "Запуск" устройства. Выход первого источника 1 экспоненциально падающего напряжения подключен к вторым входам первого и второго нуль-органов 4 и 5, к первым входам которых подключены входы 9 и 10 соответственно. Выход первого нуль-органа 4 подключен к входу "Пуск" третьего источника 3, к входу "Останов" которого подключен вход 10. Выход третьего источника 3 подключен к второму входу третьего нуль-органа 6, первый вход которого подключен к выходу второго источника 12.

Выход третьего нуль-органа 6 подключен к управляющему входу второго ключа 8, вход которого подключен к выходу источника 1. Выход первого нуль-органа 4 подключен также к входу "Пуск" второго источника 2, к второму входу которого, объединенному с входом первого источника 1, подключен выход первого источника 11. Выход второго источника 2 подключен к входу первого ключа 7, к управляющему входу которого подключен выход второго нуль-органа 5. Выход первого ключа 7 является первым выходом 14 устройства. Выход первого источника 1 через первый блок 24 памяти подключен к одному входу сумматора 26, к другому входу которого подключен выход третьего источника 3 через второй блок 25 памяти. Выход сумматора 26 через последовательно соединенные шестой нуль-орган 20 и третий ключ 23 подключен к третьему выходу 27. Входы четвертого нуль-органа 18 подключены к первому входу 9 и выходу второго источника 2, а выход - к единичному входу первого триггера 21, инверсный выход которого подключен к управляющему входу первого блока 24 памяти.

Второй вход 10 устройства и выход второго источника 2 подключены к входам пятого нуль-органа 19, выход которого подключен к входам "Пуск" четвертого и пятого источников 16 и 17 экспоненциально падающих напряжений, выход первого из которых подключен к второму входу шестого нуль-органа 20, а выход второго - к входу третьего ключа 23, и единичному входу второго триггера 22, инверсный выход которого подключен к управляющему входу второго блока 25 памяти. Нулевые входы первого и второго триггеров 21 и 22 объединены и подключены к входу "Запуск" 13, управляющие входы первого, второго и третьего источников 1-3 подключены к выходу пятого нуль-органа 19.

Устройство работает следующим образом.

По команде, поступающей в момент t_о на вход "Пуск" первого источника 1 экспоненциально падающего напряжения от внешнего входа "Запуск" 13, на его выходе формируется первое экспоненциально падающее от постоянного уровня U_о1 с постоянной времени τ напряжение U_э1(t). Напряжение поступает на вторые входы первого и второго нуль-органов 4 и 5, на первые входы которых подаются напряжения U_вх1 и U_вх2соответственно (U_вх1 > U_вx2). При выполнении условия U_э1(t₁) = U_вх1 в некоторый момент времени t₁ на выходе первого нуль-органа 4 формируется сигнал, поступающий на вход "Пуск" второго источника 2, на выходе которого формируется второе экспоненциально падающее от постоянного уровня U_о1 с постоянной времени τ напряжение U_э2(t). Первый ключ 7 при этом закрыт. При выполнении условия U_э1(t₂) = U_вх2 в некоторый момент времени t₂ на выходе второго нуль-органа 5 формируется сигнал, поступающий на управляющий вход первого ключа 7.При этом на первом выходе 14 устройства в момент t₂ формируется величина U_э2(t₂), которая на основании соотношения (3) пропорциональна отношению меньшего измеряемого напряжения к большему.

По команде, поступающей в момент времени t₁ на вход "Пуск" третьего источника 3 с выхода первого нуль-органа 4, на его выходе формируется третье экспоненциально падающее от уровня U_вх2 (при U_вх2 < U_вх1) с постоянной времени τ напряжение U_э3(t), которое поступает на второй вход третьего нуль-органа 6, на первый вход которого подается напряжения U_о2 (U_о2 <U_о1).

При выполнении условия U_э3(t) = U_о2 в некоторый момент времени t* на выходе третьего нуль-органа 6 формируется сигнал, поступающий на управляющий вход второго ключа 8. При этом на втором выходе 15 устройства формируется в момент t* величина U_э1(t*), которая на основании соотношения (6) пропорциональна отношению большего измеряемого напряжения U_вх1 к меньшему U_вх2.

В момент t** равенства второго экспоненциально падающего напряжения U_э2(t) большему измеряемому напряжению U_вх1 на выходе четвертого нуль-органа 18 формируется сигнал, поступающий на единичный вход первого триггера 21, устанавливая его в единицу. При этом в первом блоке 24 памяти фиксируется напряжение, равное U_э1(t**).

В момент t₃ равенства второго экспоненциально падающего напряжения U_э2(t₃) меньшему измеряемому напряжению U_вх2 на выходе пятого нуль-органа 19 формируется сигнал, поступающий на единичный вход второго триггера 22, устанавливая его в единицу. При этом на втором блоке 25 памяти фиксируется напряжение, равное U_э1(t₃). В тот же самый момент t₃сигнал с выхода пятого нуль-органа 19 поступает на входы "Пуск" четвертого и пятого источников 16 и 17 экспоненциально падающих напряжений, на выходах которых формируются напряжения U_э4(t) и U_э5(t) соответственно.

В момент t₄ равенства четвертого экспоненциально падающего напряжения U_э4(t₄) напряжению U₁₃, формирующемуся на выходе сумматора 26 и равного сумме напряжений, зафиксированных в первом и втором блоках 24 и 25 памяти, на выходе шестого нуль-органа 20 формируется сигнал, поступающий на входы "Останов" четвертого и пятого источников 16 и 17 и вход третьего ключа 23.

При этом на выходе пятого источника 17 падающего напряжения фиксируется напряжение, равное U_э5(t₄) и поступающее на выход 27 устройства, которое на основании соотношения (18) равно корню квадратному из суммы квадратов измеряемых напряжений.

Таким образом, предложенный способ функционального преобразования двух напряжений и устройство для его осуществления за счет осуществления функциональных преобразований для моделирования соотношения имеет более широкие функциональные возможности.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и предназначено для функционального преобразования двух напряжений. Сущность изобретения: способ функционального преобразования двух напряжений заключается в том, что в момент равенства второго экспоненциально падающего напряжения большему и меньшему измеряемым напряжениям фиксируют значения первого и третьего экспоненциально падающих напряжений и формируют суммарный сигнал, равный суммарному значению зафиксированных напряжений, в момент равенства второго экспоненциально падающего с постоянной времени τ напряжения меньшему измеряемому напряжению формируют четвертое и пятое экспоненциально падающее от уровня большего опорного напряжения с постоянными времени t и 2τ напряжения, в момент равенства которого суммарному напряжению фиксируют значение пятого экспоненциально падающего напряжения. Устройство, реализующее способ, содержит первый 1, второй 2 и третий 3 источники экспоненциально падающих напряжений, первый 4, второй 5 и третий 6 нуль-органы, первый 7 и второй 8 ключи, первый 9 и второй 10 входы, первый 11 и второй 12 источники опорных напряжений, вход "Запуск" 13, первый 14 и второй 15 выходы, четвертый 16 и пятый 17 источники экспоненциально падающих напряжений, четвертый 18, пятый 19 и шестой 20 нуль-органы, третий ключ 23, два триггера 21 и 22, два блока 24 и 25 памяти, сумматор 26, третий выход 27 устройства. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ функционального преобразования двух напряжений, заключающийся в том, что первое экспоненциально падающее от уровня опорной величины напряжение сравнивают с измеряемыми напряжениями, формируют в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему измеряемому напряжению второе экспоненциально падающее напряжение, фиксируют в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому напряжению значение второго экспоненциально падающего напряжения, которое пропорционально отношению меньшего измеряемого напряжения к большему, в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему измеряемому напряжению от уровня меньшего измеряемого напряжения дополнительно формируют третье экспоненциально падающее напряжение, в момент равенства которого второй опорной величине фиксируют значение первого экспоненциально падающего напряжения, которое пропорционально отношению большего измеряемого напряжения к меньшему, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения дополнительного измерения корня квадратного из суммы квадратов измеряемых напряжений, в момент равенства второго экспоненциально падающего напряжения большему и меньшему измеряемым напряжениям фиксируют значения первого и третьего экспоненциально падающих напряжений соответственно и суммируют их, в момент равенства второго экспоненциально падающего с постоянной времени τ напряжения меньшему измеряемому напряжению формируют четвертое и пятое экспоненциально падающие от уровня большей опорной величины с постоянными времени τ и 2τ соответственно напряжения, в момент равенства четвертого экспоненциально падающего напряжения суммарному напряжению фиксируют значение пятого экспоненциально падающего напряжения, которое пропорционально корню квадратному из суммы квадратов измеряемых напряжений. 2. Устройство для функционального преобразования двух напряжений, содержащее первый источник экспоненциально падающего напряжения, вход которого соединен с входом второго источника экспоненциально падающего напряжения и подключен к выходу первого источника опорного напряжения, вход "Пуск" подключен к входу "Запуск" устройства, а выход соединен с вторыми входами первого и второго нуль-органов и с управляющим входом второго ключа, выход первого нуль-органа соединен с входами "Пуск" второго и третьего источников экспоненциально падающего напряжения, выход второго источника экспоненциально падающего напряжения через первый ключ соединен с первым выходом устройства, управляющий вход первого ключа соединен с выходом второго нуль-органа, первый вход которого и вход третьего источника экспоненциально падающего напряжения соединены с вторым входом устройства, первый вход первого нуль-органа соединен с первым входом устройства, выход третьего источника экспоненциально падающего напряжения - с вторым входом третьего нуль-органа, первый вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а выход через второй ключ - с вторым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены четвертый и пятый источники экспоненциально падающего напряжения, четвертый, пятый и шестой нуль-органы, третий ключ, два триггера, два блока памяти, сумматор, причем выход первого источника экспоненциально падающего напряжения через первый блок памяти, а выход третьего источника экспоненциально падающего напряжения через второй блок памяти подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого через последовательно соединенные шестой нуль-орган и третий ключ подключен к третьему выходу устройства, входы четвертого нуль-органа подключены к первому входу устройства и выходу второго источника экспоненциально падающего напряжения, а выход - к единичному входу первого триггера, инверсный выход которого подключен к управляющему входу первого блока памяти, второй вход устройства и выход второго источника экспоненциально падающего напряжения подключены к входам пятого нуль-органа, выход которого подключен к входам "Пуск" четвертого и пятого источников экспоненциально падающего напряжения, к входам "Останов" первого, второго и третьего источников экспоненциально падающего напряжения и единичному входу второго триггера, инверсный выход которого подключен к управляющему входу второго блока памяти, выход четвертого источника экспоненциально падающего напряжения подключен к второму входу шестого нуль-органа, а выход пятого источника экспоненциально падающего напряжения - к входу третьего ключа, нулевые входы триггеров объединены и подключены к входу "Запуск" устройства, входы "Останов" четвертого и пятого источников экспоненциально падающего напряжения соединены с выходом шестого нуль-органа.