Электронный вольтметр Российский патент 2024 года по МПК G01R19/22 G01R19/25 

Область техники

Изобретение относится к области измерения электрических величин, в частности, к вольтметрам переменного тока, используемым при контроле и наладке разнообразных радиотехнических устройств и средств связи, а также при вычислении частотных характеристик широкополосных устройств, обследовании шумовых устойчивых сигналов и т.д., проводимых в научно-исследовательских и учебных целях.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей вольтметра.

Поставленная цель достигается введением возможности преобразования измерительной информации в сигналы Wi-Fi диапазона частот, воспринимаемые локальной сетью, для чего к входу входного блока подключаются последовательно соединенные блок согласования, блок обработки информации и блок передачи информации, содержащий микроконтроллер с Wi-Fi интерфейсом.

Описание аналогов

Известно измерительное устройство модели В3-38, представляющее собой милливольтметр, предназначенный для измерения среднеквадратического значения переменного напряжения синусоидальной формы и преобразования среднеквадратического значения переменного напряжения синусоидальной формы в пропорциональное постоянное напряжение [1].

Милливольтметр состоит из входного делителя, преобразователя импеданса, аттенюатора, широкополосного усилителя с детектором, к выходам которого подключены эмиттерный повторитель для вывода переменного напряжения и отсчетное устройство с возможностью вывода постоянного напряжения.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится то, что известный вольтметр обладает нижним пределом измерения напряжений синусоидальной формы, ограниченным 100 мкВ, что свидетельствует о его относительно низком уровне собственных помех, и, следовательно, ограниченном практическом применении.

Описание прототипа

Наиболее близким решением того же назначения по совокупности признаков является измерительное устройство модели В3-57, представляющее собой микровольтметр, предназначенный для преобразования среднеквадратического значения напряжения произвольной формы в напряжение постоянного тока [2].

Устройство содержит входной разъем, позволяющий подключить внешний источник сигнала к таким последовательно соединенным блокам, как входной блок, блок усиления-аттенюации, фильтр нижних частот, который в зависимости от положения тумблера может исключаться из тракта прохождения сигнала, далее сигнал подается на вход преобразователя среднеквадратического значения сигнала, имеющего два выхода, к одному из которых подключен стрелочный миллиамперметр, другой заканчивается выходным разъемом, также в состав устройства входит перестраиваемый переключатель пределов, позволяющий изменять параметры и внутреннюю структуру входного блока и блока усиления-аттенюации, кроме того, в состав устройства входит блок управления, получающий сигнал от переключателя пределов и блока усиления-аттенюации и вырабатывающий сигнал управления внутренней структурой блока усиления-аттенюации и сигнал, позволяющий подключить блок компенсации шума в состав преобразователя среднеквадратического значения сигнала при работе на определенных пределах измерений.

Устройство обладает расширенным в сторону низких уровней сигнала диапазоном вплоть до 10 мкВ, что обеспечено рядом мер, среди которых использование плавающего входа, изолированного от корпуса, уменьшающего влияние внешних низкочастотных помех и позволяющего проводить измерения сигналов источников, находящихся под напряжением относительно нулевого потенциала. Подключение дополнительно на вход вольтметра симметрирующего трансформатора позволяет перейти к работе устройства с симметричным входом, что существенно для большой группы источников сигнала. Применение блока компенсации шума способствует повышению точности измерений.

Критика прототипа

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что устройство не обладает такой возможностью, как работа в составе комплекса оборудования, объединенного локальной сетью.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей вольтметра.

Указанная задача решается за счет введения возможности преобразования измерительной информации в сигналы Wi-Fi диапазона частот, воспринимаемые локальной сетью.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что к входу входного блока подключаются последовательно соединенные блок согласования, блок обработки информации и блок передачи информации, содержащий микроконтроллер с Wi-Fi интерфейсом.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из числа выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков, позволило определить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном устройстве, изложенном в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» действующего законодательства.

Перечень чертежей

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемое изобретение, где 1 - входной разъем; 2 - входной блок; 3 - блок усиления-аттенюации; 4 - фильтр нижних частот; 5 - преобразователь среднеквадратического значения сигнала; 6 - стрелочный миллиамперметр; 7 - выходной разъем; 8 - переключатель пределов; 9 - блок управления; 10 - тумблер; 11 - блок компенсации шума; 12 - блок согласования; 13 - блок обработки информации; 14 - блок передачи информации; содержащий микроконтроллер с Wi-Fi интерфейсом.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного технического результата, заключаются в следующем.

В разнообразных условиях радиотехнической практики одним из самых востребованных приборов является многопредельный вольтметр переменного тока, сохраняющий в широком диапазоне низких и высоких частот большое входное сопротивление и достаточно высокую точность измерений. Выработка навыков эксплуатации таких вольтметров является одной из приоритетных сторон учебного процесса ряда дисциплин радиотехнических направлений подготовки.

Электронный вольтметр позволяет измерять среднеквадратическое значение переменного напряжения произвольной формы с возможностью отсчета значений с помощь стрелочного индикатора и подачи выходного напряжения постоянного тока на внешние устройства для дальнейшего исследования.

Устройство содержит входной разъем 1, позволяющий подключить внешний источник сигнала к входному блоку 2, содержащему последовательно соединенные входной делитель напряжения и преобразователь импеданса, при этом переключатель 8 пределов позволяет изменять параметры входного делителя напряжения и отключать преобразователь импеданса при работе устройства на определенных пределах измерения. Далее сигнал подается на вход блока 3 усиления-аттенюации, состоящего из широкополосных входного и промежуточных усилителей, аттенюатора и широкополосного выходного усилителя, при этом блок управления 9 в зависимости от положения переключателя 8 пределов воздействует на подключение или отключение входного и промежуточного усилителей, а также управляет работой аттенюатора и подключением или отключением блока 11 компенсации шума, влияющего на работу преобразователя 5 среднеквадратического значения сигнала. Также подключение или отключение к схеме входного усилителя блока 3 зависит от положения переключателя пределов 8. Между блоками 3 и 5 при работе на определенных пределах измерения может вводиться фильтр 4 нижних частот, что осуществляется вручную с помощью тумблера 10. Выходной сигнал устройства, представляющий собой напряжение постоянного тока, подается на стрелочный миллиамперметр 6, а также поступает на выходной разъем 7.

Входной делитель напряжения и преобразователь импеданса, составляющие входной блок 2 и управляемые переключателем 8 пределов, служат для изменения пределов измерения и создания высокого входного сопротивления измерительного прибора и согласования с последующими блоками. Усилители, входящие в состав блока 3 усиления-аттенюации предназначены для повышения чувствительности при измерении малых напряжений. Преобразователь 5 среднеквадратического значения сигнала преобразует среднеквадратическое значение измеряемого напряжения в постоянное значение, измеряемое магнитоэлектрическим прибором - миллиамперметром 6.

Для достижения возможности работы электронного вольтметра в составе комплекса измерительного оборудования, объединенного локальной сетью, в вольтметр вводятся последовательно соединенные между собой следующие блоки. Блок 12 согласования предназначен для создания большого входного сопротивления, изменения величины электрического сигнала в заданное число раз путем выбора пределов измерения, ослабления помех, а также преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянный тока. С выхода блока 12 согласования измеряемый сигнал подается на блок 13 обработки информации, включающий в себя в качестве ключевого устройства аналого-цифровой преобразователь, преобразующий форму представления сигнала в цифровую. К выходу блока 13 подключен блок 14 передачи информации, содержащий микроконтроллер, позволяющий реализовать передачу данных в беспроводную локальную сеть посредством Wi-Fi интерфейса.

Введение возможности подключения вольтметра к локальной сети, объединяющей различные измерительные устройства, позволит автоматизировать процесс сбора и обработки информации, а так же фиксировать в программной части измерительного комплекса изменения физического положения регуляторов или нажатий клавиш на измерительном приборе, так как данные с измерительных приборов и/или установок имеют возможность предаваться посредством Wi-Fi-технологий на персональную электронную вычислительную машину (ПК) или другое устройство с соответствующим программным обеспечением, а также выходом в Интернет.

К тому же введенная возможность позволит отслеживать с помощью локальной сети критические параметры, при которых потенциально возможен выход элементов лабораторной оборудования из строя, так при фиксации данного критического значения система сможет отправить команду на блок автоматов, отвечающий за электропитание лабораторной установки, при этом программная часть ПК будет продолжать работать.

Таким образом, указанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующих условий:

- устройство, воплощающие заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования как в радиоизмерительной технике при контроле и наладке разнообразных радиотехнических устройств и средств связи, а также при вычислении частотных характеристик широкополосных устройств, обследовании шумовых устойчивых сигналов и т.д., проводимых в научно-исследовательских и учебных целях;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств;

- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Список литературы

1. Милливольтметр В3-38. Паспорт. 1988 г.

2. Микровольтметр В3-57. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1990 г.

Изобретение относится к области измерения электрических величин, в частности к вольтметрам, используемым при контроле и наладке разнообразных радиотехнических устройств и средств связи, а также при вычислении частотных характеристик широкополосных устройств, обследовании шумовых устойчивых сигналов и т.д., проводимых в научно-исследовательских и учебных целях. Ко входу входного блока подключаются последовательно соединенные блок согласования, блок обработки информации и блок передачи информации, содержащий микроконтроллер с Wi-Fi интерфейсом. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей электронного вольтметра за счет введения возможности работы измерительного устройства в составе комплекса оборудования, объединенного локальной сетью. 1 ил.

Электронный вольтметр, содержащий входной разъем, позволяющий подключить внешний источник сигнала к таким последовательно соединенным блокам, как входной блок, блок усиления-аттенюации, фильтр нижних частот, который в зависимости от положения тумблера может исключаться из тракта прохождения сигнала, далее сигнал подается на вход преобразователя среднеквадратического значения сигнала, имеющего два выхода, к одному из которых подключен стрелочный миллиамперметр, другой заканчивается выходным разъемом, также в состав устройства входит перестраиваемый переключатель пределов, позволяющий изменять параметры и внутреннюю структуру входного блока и блока усиления-аттенюации, кроме того, в состав устройства входит блок управления, получающий сигнал от переключателя пределов и блока усиления-аттенюации и вырабатывающий сигнал управления внутренней структурой блока усиления-аттенюации и сигнал, позволяющий подключить блок компенсации шума в состав преобразователя среднеквадратического значения сигнала при работе на определенных пределах измерений, отличающийся тем, что к входу входного блока подключаются последовательно соединенные блок согласования, блок обработки информации и блок передачи информации, содержащий микроконтроллер с Wi-Fi интерфейсом.