Цифровой вольтметр среднеквадратичного значения Советский патент 1983 года по МПК G01R19/25 

триггере, формирователе импульсов, коммутаторе, делителе частоты и двух переключателях разрядности, двух счетчиках, первые входы которых соединены с первым входом блока умножения частоты, с первыми входами триггера и делителя частоты, второй вход которого соединен с вторым входом блока умножения частоты, третий вход которого подключен к второму входу первого счетчика, третий вход которого соединен с выходом первого переключателя разрядности, а выход - к второму входу

триггера, выход которого соединен с первым выходом блока умножения частоты и с входом формирователя импульсов, выход которого подключен к третьему входу триггера и к второму входу второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом второго переключателя разрядности, а первый выход - с вторым выходом, блока умножения частоты, второй выход - с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты,в выход - к третьему выходу блока умножения частоты. .

1. ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ, содержащий блок умножения частоты, тактовыя генератор, генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И,, два элемента ИЛИ и преобразователь аналог - код, выход которого через блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный его вход - с ВХОДНОЙ шиной и с входом блока определения периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определения диапазона чйстот, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия в условиях априорной неопределенности сигнала, в него введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выхрдом блока определения периода и с .вторым входом первого элемента И, а выход - соответственно с первым входом четвертого элемента И и через формирователь импульсов - с первым входом блока умножения частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импульсов, третий вход через , третий элемент ИЛИ - соответственно с выходами первого и четвертого элементов И, первый выход - с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и третий выходы - соответственно с вторым и третьим входами блока определения диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, второй выход - с четвертым входом первого И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при этом третий выход блока определения периода подключен к четвертому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход котос рого соединен с тактовыми вxoдa и преобразователя аналог - код и блока обработки, а второй вход - к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй вход с выходом второго элемента ИЛИ, причем второй Вход четвертого элемента И и пятый вход первого элемента И подключены к входу разрешения запуска. I 2. Цифровой вольтметр по п. 1, отличающийся тем, что блок определения диапазона выполнен на трех триггерах и элементе И, первый вход которого подключен к первому входу блока определения диапазона, второй вход - к выходу первого триггера, а выход - к входу второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока определения диапазона, второй выход которого подключен к выходу третьего триггера, второй и третий входы блока определения диапазона соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров. 3. Цифровой вольтметр по п. 1, отличающийся тем, что блок умножения частоты выполнен на.

Изобретение относится к электро измерительной технике и предназначено для измерения среднеквадратич ного значения напряжения. Известен вольтметр среднеквадратичного значения, содержащий логарифмический усилитель, блок обра ботки, линейный детектор, интеграторы j индикатор, квадратор, блоки выделения переменной составляющей и коэффициента поправки . Недостатком известного устройст ва является ограниченный диапазон бочих частот. Известно также устройство для измерения среднеквадрг тичного значения напряжения произвольной форм содержащее преобразователь напряжения в частоту, селектор периода, блок управления, переключатель, кл счетчик, схему совпадения кодов и блок индикации 2j. Недостаток такого устройства со тоит в том, что его рабочий диапазон частот ограничен звуковой областью, Кроме того, известен цифровой вольтметр среднеквадратичного значения, содержащий преобразователь аналог - код (декады), блок обрабо ки, блок индикации, блок определения периода (схема перехода через О), блок определения диапазона, блок умножения частоты ( частотнозависимое устройство), тактовый генератор, генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ, причем информационный вход преобразовател аналог - код подключен к входу вол метра и к входу блока определения периода, а выход соединен с информационным входом блока обработки, выход которого подключен к входу блока индикации, первый выход блок определения периода соединен с первым входом блока определения диапазона, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И Гз. Недостатком данного устройства является малая степень автоматизации, так как для измерения постоянных напряжений требуется их предварительное распознавание человекомоператором с последующим ручным управлением и выбором параметров режима. Цель изобретения - повышение, быстродействия в условиях априорной неопределенности сигнала. Поставленная цель -достигается тем, что в цифровой вольтметр среднеквадратичного значения, содержащий блок умножения частоты, тактовый , генератор , генератор импульсов, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ., преобраэователь аналог - код, выход которого через блок обработки соединен с входом блока индикации, а информационный его вход - с входной (оиной и с входом блока определения периода, первый выход которого соединен с первым входом блока определения диапазона частот, первый выход которого связан с первым входом первого элемента И, введены четвертый элемент И, третий элемент ИЛИ и триггер, вход которого соединен с вторым выходом блока определения периода и с вторым входом первого элемента VI, а выход - соответственно с первым входом четвертого элемента И и через формирователь импульсов с первым входом блока умножения частоты, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора и с входом генератора импульсов, третий вход через третий элемент ИЛИ - соответственно с выхода ми первого и четвертого элементов И, первый выход - с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И, а второй и тре-. тий выход - соответственно с вторым и. третьим входами блока определения диапазона частот, первый выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, второй выход с четвертым входом первого элемента И и с вторыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при этом третий выход блока опг ределения цэриода подключен к четвертому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первы входом первого элемента ИЛИ, выход которого связан с тактовыми входами преобразователя аналог - код и блока обработки, а второй вход к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй вход - с выходом вт орого элемента ИЛИ, причем второй вход четвертого элемента И и пятый вход первого элемента И подключены к входу разре шения запуска. Блок определения диапазона выполнен на трех триггерах и элемент И, первый вход которого подключен первому входу блока определения ди апазона, второй вход - к выходу пе вого триггера, а выход - к входу второго триггера, выход которого соединен с первым выходом блока определения диапазона, второй выхо которого подключен к выходу третье триггера, второй и третий входы бл ка определения диапазона соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров. Блок умножения частоты выполнен триггере, формирователе импульсов, коммутаторе, делителе частоты и двух переключателях разрядности, двух счетчиках, первые входы которых соединены р первым входом блок умножения частоты, с первыми входа триггера и делителя частоты, второ вход которого соединен с вторым входом блока умножения частоты, тр тий вход которого подключен к второму входу первого счетчика, трети вход которого соединен с выходом первого переключателя разрядности, а выход - к второму входу триггера выход которого соединен с первым выходом блока умножения частоты, с врсодом формирователя импульсов, выход которого подключен к тре тьему входу триггера и к второму входу второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом Bioporo переключателя разрядности, а первый выход - с вторым выходом блока умножения частоты, второй выход - с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, а выход - к третьему выходу блока умножения частоты. На фиг. 1 показана функциональная схема цифрового вольтметра среднекв ратичного значения; на i фиг. 2 и 3 - блоки определения диапазона и умножения частоты соответственно. Цифровой вольтметр сраднеквадратичного значения содержит преобраэователь 1 аналог - код, блок 2 обработки, блок 3 индикации, блок 4 определения периода, блок 5 определения диапазона, блок б умножения частоты, тактовый генератор 7, генератор 8 импульсов, формирователь 9 импульсов, четыре: элемента И 10, три элемента ИЛИ 11 и триггер 12. Информационный вход преобразователя 1 аналог - код подключен к входу вольтметра и к входу блока 4 определения перкода, а выход соединен с информационным входом блока 2 обработки, выход которого подключен к входу -блока 3 индикации, первый выход блока 4 определения периода соединен с первым .входом блока 5 определения диапазона, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И 10. Вход триггера 12 соединен с вторым выходом блока 4 определения периода и с четвертым входом первого элемейта И 10, а выход подключен к первому входу четвертого элемента И 10 и через формирователь 9 импульсов к первому входу блока 6 умножения частоты, второй вход последнего соединен с выходом тактового генератора 7 и входом генератора 8 импульсов, третий вход блока б Умножения частоты подключен к выходу третьего элемента ИЛИ 11, первый выход соединен с третьими входами первого, третьего и четвертого элементов И 10, а второй и третий выходы подключены соответственно к второму и третьему входам бдока .5 определения диапазона, второй выход последнего соединен с вторым входом первого элемента И 10 и вторыми входами второго элемента ИЛИ 11 и третьего элемента И 10, первый вьдход подключен к первым входам второго элемента ИЛИ 11 и третьего элемента И 10, третий выход блока 4 определения периода - к четвертому входу третьего элемента И 10, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 11, первый вход второго элемента И 10 подключен к выходу генератора 8 импульсов, второй вход - к выходу второго элемента ИЛИ 11, а выход соедийен с вторым входом первого алемент ИЛИ 11, выход которого подключен к тактовым входам преобразователя 1 аналог - код и блока 2 обработки, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ 11 соединены соответственно с -выходами первого и четверто го элементов И10, второй вход четвертого элемента И 19 и пятый вход первого элемента И 10 подключены к входу разрешения запуска вольтметра. Блок 5 определения диапазона, /(фиг, 2} содержит три триггера ;13-1 - 13-3 и элемент И 14,причем первый вход элемента И 14 подключен к первому входу блока, второй вход соединен с выходом первого триггера 13,. а выход подключен к входу второго триггера 13, выход последнего соединен с первым выходом блок второй выход которого подключен к выходу третьего триггера 13, второй и третий входы блока соединены соответственно с входами первого и третьего триггеров 13. . Блок б умножения частоты ( фиг. З содержит два счетчика 15-1 и 15-2, триггер 16, формирователь IJ импуль сов, коммутатор 18, делитель 19 час тоты и два переключателя 20.1 и 20.2 рг зрядности, причем первый вход блока подключен к первым входа счетчиков 15-1 и 15-2 триггера 16 . и делителя 19 частоты, второй вход последнего соединен с вторым входом блока, третий вход блока подклю чен к второму входу первого счетчика 15-1, выхбд которого подключен к второму входу триггера 16, выход по леднего соединен с входом формирова теля 17 импульсов, выход которого подключен к третьему входу триггера 16 и второму входу второго счетчика iS-iJ, первый выход последнего соеди нен с первым входом коммутатора 18, второй вход которого подключен к вы ходу делителя 19 частоты, выходы пе вого 20-1 и второго 2р-2 переключателей разрядности соединены с треть ми входами первого и второго счетчиков 15-1 и 15-2 соответственно, выход коммутатора 18, второй выход второго счетчика 15-2 и выход триггера 16 подключены к первому, второму и третьему выходам блока соответственно. Работа цифрового вольтметра осуществляется в условиях априорной неопределенности относительно частотного диапазона входного хзигнала, а также неопределенности относительно класса входных сигналов, которые могут быть переменными периодическими и постоянными, поэтому с самого начала (до начала первого периода и если он будет) при помощи введенных чет вертого элемента И 10, третьего элемента ИЛИ 11 и триггера 12 вольтметр функционирует как бы в предположении, что входной постоянн ный, и если это не так, то с начвлом первого периода с помощью формирователя 9 импульсов приводится в исходное состояние блок 6 умножения частоты. Первоначально в блоке 6 умножьния частоты Эсшаются две уставки по частоте f и {в, причем величина {ц задается исходя иэ значения нижней границы частотного диапазона измеряемого переменного сигнала с учетом допустимого времени непрерывной работы вольтметра, а величина f - исходя из необходимого времени аналого-цифрового npeo6paaoBj5iния и требуемого для обеспечения заданной точности количества отсчетов на одном периоде входного сигнала, . После подачи разрешающего потенциа/ia на вход разрешения запуска вольтметра открывается по второму, входу четвертый элемент И 10, на первом входе которого также находится разрешающий потенциал с выхода триггера 12. Последовательность импульсов от тактового генератора 7 через блок 6 умножения частоты поступает на его третий вход через четвертый элемент и 10 и третий элемент ИЛИ 11. В блоке б умножения частоты определяется частота импульсов запуска преобразователя 1 аналог - код, при этом в зависимости от значения частоты первой гармоники входного периодического сигнала возможныТри варианта работы вольтметра. 1. Если41,5{ц 5-{б , де tx частота входного сигнала, то вольтметр работает следующим образом. С началом первого периода входного сигнала блок 4 определения периода по второму выходу переключает триггер 12, благодарячему с помощью формирователя 9 импульсов устанавливается ,в исходное состояние блок Ь умножения частоты, закрывается четвертый элемент И 10 и открывается первый элемент И 10. Последовательность импульсов с выхода блока б умножения частоты поступает на его третий вход через первый элемент И 10 и третий элемент ИЛИ 11. При этом начинает формироваться частота запуска преобразователя 1 аналог код до момента окончания первого периода входного сигнала, когда первый элемент И 10 блокируется по четвертому входу, что означает конец формирования Частоты запуска преобразователя 1 аналог - код. С началом второго периода входнрго сигнала открывается третий элв

мент И 10 и тактовые импульсы с выхода блока 6 умножения частоты че-ч рез третий элемент И 10 и первый элемент или 11 поступают на тактирование преобразователя 1 аналог код и блока 2 обработки. В течение второго периода входного сигнала осуществляется преобразование вход.ною аналогового сигнала в кодовую последовательность и вычисление в блоке 2 обработки среднеквада атичнохю значения, которое затем индицируется в блоке 3 индикации.

Благодаря пррведенным переключениям на тактирование преобразователя 1 аналог - код и блока 2 обработки через первый элемент ИЛИ 11 поступит последовательность импул сов со случайным периодсда следования от Генератора 8 импульсов, который выполнен в виде тактируекюго от тактового генератора 7 регистра сдвига, замкнутого в кольце сумматором по модулю два. В блоке 2 обработки на заданном заранее объеме выборки вычисляется среднеквадратичное значение входного высокочастотного периодического сигнала;

3,Если €ц , то входной сигнал может быть или периодическим переменным или постоянн ЛУ1. Когда входной сигнал периодический, работа вольтметра происходит слёдукхдим образом. При определении частоты запуска преобразователя 1 аналог код с второго выхода блока 6 умножения частоты сигнал переполнения поступит на второй вход блока 5 определения диапазона, по команде с второго выхода которого тактирование работы вольтметра будет осуществляться от генератора 8 импульсов. В TOiM случае, когда входной сигнал постоянный, блок 4 определения пег риоДа не сформирует сигнала на своем втором выходе и блок б умножения частоты будет функционировать

с помощью включенного четвертого

элемента И 10, При этом дальнейшая работа вольтметра будет осуществляться аналогично предыдущему случаю, т ..9. на втором выходе блока 6 умножения частоты будет сформирован сигнал переполнения, когорый произведет вьвиёописанные переключения. Таким образом обеспечивается автоматическое переключение режима работы вольтметра для измерения постоянных

0 напряжений. При этом измерение среднеквадратичного значения осуществляется на заданном объеме выборки так . же, как и при выполнении условия (2).

Блок б умножения частоты работа5ет следующим образом.

После первого переполнения пер- . вого счетчика 15 переключается триггер 16, после второго переполнения первого счетчика 15-1 опять

0 пepeклю iaeтcя триггер 16, при этом формируется импульс на формирователе 17 импульсов, добавляющий единицу к содержимому второго счетчика. 15-2 и возвращающий триггер

5 ,16 в предыдущее состояние. Код второго счетчика 15-2 управляет коммутатором 18, на второй вход котороро поступает сетка частот с делителя 19 частоты. При реализации счетчиков

0 15 и делителя 19 частоты с основанием 2 такое преобразование означает одновремеяное уменьшение содержимого счетчика, состоящего из первого счетчика 15-1 и триггера 16, в

5 два раза и увеличение периода запуска преобразователя 1 аналог - код также в два раза.

Уставки {ц и 5в задаются путем переключения разрядности первого и второго счетчиков 15 с по0мощью переключателей 20.

Блок Ь определения диапазонов по командс1м с блока 4 определения периода и с блока 6 умножения частоты осуществляет переключение ре5жимов работы вольтметра в зависимости от того, , какое из :словип (1), (2) или (3) выполняется в конкретномизмерении.. При выполнении условия Д1 ) после первого переполне0ния первого счетч,ика 15-1 переключается второй триггер 13, блокируя элемент И 14.

При выполнении условия (2) сигнал

5 конца первого периода с первого вы- . хода блока 4 определения периода через элемент И 14 переключит третий триггер 13, так как сигнал переклю- . чения второго триггера 13 с третье0го выхода блока 6 умножения частоты не будет сформирован и второй триггер 13 не заблокирует элемент И 14. В результате третий триггер 13 заблокирует по первым входам первый и третлй элементы И 10 и через второй

5

элемент ИЛИ 11 откроет второй элемент И 10.

При выполнении условия (3) сигнгш переполнения второго счетчика 15-2 переключит первый триггер 13, благодаря чему тактирование работы вольтметра будет осуществляться от генератора 8 импульсов.

Таким образом, введение четвертого элемента И 10,третьего элемента ИЛИ 11, триггера 12 и соответствующая организация связей обеспечивают повышение степени автоматизации работы вольтметра в условиях априорной неопределенности относительно частотного диапазона и класса вход,ных сигналов.

входг

бшоН