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 функционального преобразования двух напряжений, а именно для определения коэффициента модуляции и среднегармонического значения измеряемых напряжений.

Известный способ функционального преобразования основан на принципе, согласно которому формируют три экспоненциально падающих напряжения и два экспоненциально возрастающих напряжения, причем первое экспоненциально падающее напряжение формируют от уровня первого опорного напряжения при равенстве первого экспоненциально падающего напряжения большему и меньшему измеряемым напряжениям, формируют второе и третье экспоненциально падающие напряжения, первое и второе экспоненциально возрастающие напряжения, в момент равенства третьего экспоненциально падающего напряжения и первого экспоненциально возрастающего напряжения фиксируют значение второго экспоненциально падающего и второго экспоненциально возрастающего напряжений в момент равенства третьего экспоненциально падающего напряжения второму опорному, фиксируют значение первого экспоненциально падающего напряжения, в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому фиксируют значение второго экспоненциально падающего напряжения.

Известное устройство для реализации функционального преобразования двух напряжений содержит первый источник экспоненциального напряжения, аналоговый вход которого соединен с первым источником опорного напряжения, вход "Пуск" - с входом "Запуск" устройства, а выход - с вторыми входами первого и второго нуль-органов, аналоговый вход второго источника экспоненциального напряжения соединен с выходом первого источника опорного напряжения, вход "Пуск" - с выходом первого нуль-органа, а выход через первый ключ - с первым выходом устройства, аналоговый вход третьего источника экспоненциального напряжения соединен с вторым входом устройства, вход "Пуск" - с выходом первого нуль-органа, а выход - с первым входом третьего нуль-органа, второй вход которого подключен к выходу второго источника опорного напряжения, а выход - к управляющему входу второго ключа, вход которого соединен с выходом первого источника экспоненциального напряжения, при этом выход второго ключа является вторым выходом устройства, первый вход второго нуль-органа подключен к второму входу устройства, а выход - к управляющему входу первого ключа, первый вход первого нуль-органа подключен к первому входу устройства, суммирующий вход первого сумматора подключен к первому входу устройства, вычитающий вход - к выходу первого источника экспоненциального напряжения, а выход - к второму входу четвертого нуль-органа, первый вход четвертого нуль-органа соединен с выходом третьего источника экспоненциального напряжения, выход четвертого нуль-органа соединен с управляющим входом третьего ключа, вход четвертого ключа соединен с выходом второго источника экспоненциального напряжения, выходы третьего и четвертого сумматоров являются третьим и четвертым выходами устройства соответственно, суммирующий вход второго сумматора соединен с выходом первого источника опорного напряжения, вычитающий вход - с выходом второго источника экспоненциального напряжения, выход - с входом третьего ключа, управляющий вход четвертого ключа соединен с выходом четвертого нуль-органа, выход третьего ключа соединен с вычитающим входом третьего и суммирующим входом четвертого сумматоров, выход четвертого ключа соединен с суммирующим входом третьего и вычитающим входом четвертого сумматора, входы "Останов" первого и третьего источников экспоненциального напряжения соединены с выходом четвертого нуль-органа, а вход "Останов" второго источника экспоненциального напряжения соединен с выходом второго нуль-органа.

Недостаток известного изобретения - ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием возможности формирования среднегармонического значения двух измеряемых напряжений.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, обусловленное осуществлением возможности определения среднегармонического значения двух измеряемых напряжений.

Цель достигается тем, что, согласно способу функционального преобразования двух напряжений по а.с. СССР N 1599788, в соответствии с изобретением, фиксируют удвоенное значение третьего экспоненциально падающего напряжения в момент его равенства с первым экспоненциально возрастающим напряжением.

Кроме того, устройство для функционального преобразования двух напряжений по а.с. СССР N N1599788, снабжено усилителем и пятым ключом, вход которого подключен к выходу третьего источника экспоненциально падающего напряжения, управляющий вход - к выходу четвертого нуль-органа, а выход через усилитель - к пятому выходу устройства.

Введенная новая операция - фиксация в фиксированный момент времени значения третьего экспоненциально падающего напряжения позволяет дополнительно определить среднегармоническое значение двух напряжений, что и расширяет функциональные возможности способа функционального преобразования.

Введенные новый ключ и усилитель, а также функциональные связи позволяют на пятом выходе устройства получить сигнал, равный среднегармоническому значению двух напряжений, что и расширяет функциональные возможности функционального преобразователя.

Использование отличительных признаков изобретения в известных устройствах автором не выявлены, поэтому считаем, что предложенное техническое решение соответствует критерию "Существенные отличия".

Способ осуществляется следующим образом.

В момент времени t_n формируют первое экспоненциально падающее с постоянной времени τ от уровня первого опорного напряжения U₀₁напряжение U_э1 (t).

В момент времени t_о равенства первого экспоненциально падающего напряжения U_э1(t) большему измеряемому напряжению U_вх1 формируют второе экспоненциально падающее с постоянной времени τ напряжение U_э2(t) от уровня первого опорного напряжения U₀₁, а также третье экспоненциально падающее с постоянной времени τ напряжение U_э3(t) от уровня меньшего измеряемого напряжения U_вх2(U_вх2<U_вх1), первое вспомогательное напряжение U₄(t), равное разности большего измеряемого напряжения U_вх1и первого экспоненциально падающего напряжения U_э1(t), второе вспомогательное напряжение U₅(t), равное разности первого опорного напряжения U₀₁ и второго экспоненциально падающего напряжения U_вх2(t).

В момент t₁ равенства напряжений U_э3(t₁) и U₄(t₁) фиксируют значение напряжения U₅(t₁) и U_э2(t₁).

Суммируют значение U_э2(t₁) с инвертированным значением U₅(t), а значение U₅(t₁) - с инвертированным значением U_э2(t₁).

В момент t₂ равенства U_э3(t₂) второму опорному напряжению U₀₂фиксируют значение первого экспоненциально падающего напряжения U_э1(t₂).

В момент t₃ равенства U_э1(t₃) меньшему измеряемому напряжению U_вх2фиксируют значение второго экспоненциально падающего напряжения U_э2(t₃).

В момент t₁ равенства третьего экспоненциально падающего напряжения U_э3(t₁) напряжению U₄(t₁) фиксируют напряжение U_э3(t₁) или U₄(t₁).

Формируют удвоенное значение напряжения U_э3(t₁):2U_э3(t₁), которое равно среднегармоническому значению измеряемых напряжений U_вх1 и U_вх2.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит первый, второй и третий источники 1-3 экспоненциально падающих с постоянной времени τ напряжений соответственно, первый, второй и третий нуль-органы 4-6 соответственно, первый и второй ключи 7 и 8 соответственно, первый и второй входы 9 и 10 соответственно, первый и второй источники 11 и 12 опорных напряжений соответственно, вход 13 "Запуск", первый и второй выходы 14 и 15, первый и второй сумматоры 16 и 17 соответственно, четвертый нуль-орган 18, третий и четвертый ключи 19 и 20 соответственно, третий и четвертый сумматоры 21 и 22 соответственно, третий и четвертый выходы 23 и 24 соответственно, пятый ключ 25, усилитель 26, пятый выход 27 устройства.

Аналоговый вход источника 1 подключен к источнику 11, вход "Пуск" - к входу 13 "Запуск", а выход - к вторым входам нуль-органов 4 и 5, входу ключа 8, вычитающему входу сумматора 16.

Аналоговый вход источника 2 подключен к источнику 11, вход "Пуск" - к выходу нуль-органа 4, а выход - к входам ключей 7, 20 и вычитающему входу сумматора 17. Аналоговый вход источника 3 подключен к входу 10 устройства, вход "Пуск" - к выходу нуль-органа 4, а выход - к первым входам нуль-органов 6 и 18. Первый вход нуль-органа 4 соединен с входом 9 устройства и суммирующим входом сумматора 16. Первый вход нуль-органа 5 соединен с входом 10 устройства, а выход - с управляющим входом ключа 7 и входом "Останов" источника 2. Выход ключа 7 соединен с выходом 14 устройства.

Второй вход нуль-органа 6 подключен к источнику 12, а выход - к управляющему входу ключа 8, выход которого соединен с выходом 15 устройства.

Выход сумматора 16 соединен с вторым входом нуль-органа 18, выход которого подключен к управляющим входам ключей 19 и 20.

Суммирующий вход сумматора 17 подключен к источнику 11, а выход сумматора 17 - к входу ключа 19.

Выход ключа 19 подключен к вычитающему входу сумматора 21 и суммирующему входу сумматора 22, выход ключа 20 подключен к суммирующему входу сумматора 21 и вычитающему входу сумматора 22. Выходы сумматоров 21 и 22 подключены к выходам 23 и 24 устройства соответственно. Вход пятого ключа 25 подключен к выходу третьего источника 3 экспоненциально падающего напряжения, управляющий вход - к выходу четвертого нуль-органа 18, а выход через усилитель 26 - к пятому выходу 27 устройства.

Устройство работает следующим образом.

По команде, поступающей в момент t_n на вход "Пуск" источника 1 от внешнего входа "Запуск", на его выходе формируется экспоненциально падающее от постоянного уровня U₀₁ с постоянной времени напряжение U_э1(t).

Напряжение U_э1(t) поступает на вторые входы нуль-органов 4 и 5, на первые входы которых подаются входные напряжения U_вх1 и U_вх2соответственно. Пусть для определенности U_вх1 > U_вх2.

При выполнении условия U_э1(t_о)=U_вх1 в момент времени t_о на выходе нуль-органа 4 формируется сигнал, поступающий на вход "Пуск" источника 2, на выходе которого формируется второе экспоненциально падающее от уровня U_о1 с постоянной времени τ напряжение U_э2 (t). Ключ 7 при этом закрыт.

При выполнении условия U_э1(t₃)=U_вх2 в момент времени t₃ на выходе нуль-органа 5 формируется сигнал, поступающий на вход "Останов" источника 2 и на управляющий вход ключа 7.

При этом на выходе 14 устройства в момент t₃ формируется сигнал U_э2(t₃), который пропорционален отношению меньшего входного напряжения U_вх2 к большему U_вх1 .

По команде, поступающей в момент времени t_о на вход "Пуск" источника 3 с выхода нуль-органа 4, на выходе источника 3 формируется третье экспоненциально падающее от уровня U_вх2 (при U_вх2 < U_вх1 ) с постоянной времени τ напряжение U_э3 (t), которое поступает на первый вход нуль-органа 6, на второй вход которого подается напряжение U₀₂(U₀₂< U₀₁).

При выполнении условия U_э3 (t)= U₀₂ в момент времени t₂ на выходе нуль-органа 6 формируется сигнал, поступающий на управляющий вход ключа 8 и открывающий его. При этом на выходе 15 устройства в момент t₂формируется сигнал U_э1(t₂), который пропорционален отношению большего входного напряжения U_вх1 к меньшему U_вх2.

В момент времени t_о на выходе сумматора 16 формируется первое вспомогательное напряжение U₄(t)=U_вх1 (1- e ^t/τ ), а на выходе сумматора 17 - вспомогательное напряжение U₅(t)=U₀₁(1- e ^t/τ ).

Напряжения U₄(t) и U_э3(t) поступают на входы нуль-органа 18.

При выполнении условия U₄(t₁)=U_э3(t₁) в момент t₁ времени на выходе нуль-органа 18 формируется сигнал, поступающий на управляющие входы ключей 19 и 20.

Напряжение U₅(t₁) с выхода ключа 19 поступает на вычитающий вход сумматора 21 и суммирующий вход сумматора 22, а напряжение U_э2 (t₁) с выхода ключа 10 поступает на суммирующий вход сумматора 21 и вычитающий вход сумматора 22.

При этом на выходе 23 формируется напряжение
U₂₃= U(t₁)-U₅(t₂)= U пропорциональное частному от деления разности большего и меньшего измеряемых напряжений к их сумме, а на выходе 24 формируется напряжение
U₂₄= U₅(t₁)-U(t₁)= U пропорциональное частному от деления разности меньшего и большего измеряемых напряжений к их сумме.

Сигнал с выхода нуль-органа 18 в момент t₁ поступает на управляющий вход пятого ключа 25.

При этом на выходе 27 устройства в момент t₁ формируется сигнал U_э3(t₁)= U₄(t₁), который равен среднегармоническому значению измеряемых напряжений U_вх1 и U_вх2, что следует из следующих соображений.

Как следует из принципа работы устройства
U_вх2 e ^-t/τ = U_вх1(1-e ^-t1^/τ ) (1) Из соотношения (1) определим e ^-t1^/τ
e⁼ (2)
Следовательно, значение U_э3(t₁) равно
U(t₁)=Ue = (3) Удвоенное значение 2U_э3(t₁) равно
2U(t₁) = (4) т.е. среднегармоническому значению измеряемых напряжений U_вх1 и U_вх2.

Способ функционального преобразования двух напряжений и устройство для его осуществления имеют преимущества - более широкие функциональные возможности, обусловленные осуществлением возможности определения среднегармонического значения двух измеряемых напряжений.

Изобретение используется для определения среднегармонического значения двух напряжений. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ, содержит три источника экспоненциальных напряжений, четыре нуль-органа, пять ключей, два входа устройства, два источника опорных напряжений, вход "Запуск", пять выходов устройства, четыре сумматора и усилитель. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ функционального преобразования двух напряжений, основанный на формировании трех экспоненциально падающих напряжений и двух экспоненциально возрастающих напряжений, причем первое экспоненциально падающее напряжение формирует от уровня первого опорного напряжения при равенстве первого экспоненциального падающего напряжения большему измеряемому напряжению, формируют второе и третье экспоненциально падающие напряжения, первое и второе экспоненциально возрастающие напряжения, в момент равенства третьего экспоненциально падающего напряжения и первого экспоненциально возрастающего напряжения фиксируют значение второго экспоненциально падающего и второго экспоненциально возрастающего напряжений, в момент равенства третьего экспоненциально падающего напряжения второму опорному фиксируют значение первого экспоненциально падающее напряжение, в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому фиксируют значение второго экспоненциально падающего напряжения, отличающийся тем, что фиксируют удвоенное значение третьего экспоненциального подающего напряжения в момент его равенства с первым экспоненциально возрастающим напряжением. 2. Устройство для функционального преобразования двух напряжений, содержащее первый источник экспоненциального напряжения, аналоговый вход которого соединен с выходом первого источника опорного напряжения, вход "Пуск" - с входом "Запуск" устройства и выход - с вторыми входами первого и второго нуль-органов, аналоговый вход второго источника экспоненциального напряжения соединен с выходом первого источника опорного напряжения, вход "Пуск" - с выходом первого нуль-органа, а выход через первый ключ - с первым выходом устройства, аналоговый вход третьего источника экспоненциального напряжения соединен с вторым входом устройства, вход "Пуск" - с выходом первого нуль-органа, а выход - с первым входом третьего нуль-органа, второй вход которого подключен к выходу второго источника опорного напряжения, а выход - к управляющему входу второго ключа, вход которого соединен с выходом первого источника экспоненциального напряжения, при этом выход второго ключа является вторым выходом устройства, первый вход второго нуль-органа подключен к второму входу устройства, а выход - к управляющему входу первого ключа, первый вход первого нуль-органа подключен к первому входу устройства, суммирующий вход первого сумматора подключен к первому входу устройства, вычитающий вход - к выходу первого источника экспоненциального напряжения, а выход - к второму входу четвертого нуль-органа, первый вход которого соединен с выходом третьего источника экспоненциального напряжения, выход четвертого нуль-органа соединен с управляющим входом третьего ключа, вход четвертого ключа соединен с выходом второго источника экспоненциального напряжения, выходы третьего и четвертого сумматоров являются третьим и четвертым выходами устройства соответственно, суммирующий вход второго сумматора соединен с выходом первого источника опорного напряжения, вычитающий вход - с выходом второго источника экспоненциального напряжения, выход - с входом третьего ключа, управляющий вход четвертого ключа соединен с выходом четвертого нуль-органа, выход третьего ключа соединен с вычитающим входом третьего и суммирующим входом четвертого сумматоров, выход четвертого ключа соединен с суммирующим входом третьего и вычитающим входом четвертого сумматоров, входы "Останов" первого и третьего источников экспоненциального напряжения соединены с выходом четвертого нуль-органа, а вход "Останов" второго источника экспоненциального напряжения соединен с выходом второго нуль-органа, отличающееся тем, что в него введены усилитель и пятый ключ, вход которого подключен к выходу третьего источника экспоненциального напряжения, управляющий вход - к выходу четвертого нуль-органа, а выход через усилитель - к пятому выходу устройства.