Стохастический преобразователь действующего значения напряжения Советский патент 1983 года по МПК G01R19/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при построении измерительных преобразователей среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное. Известны преобразователи напряжения, основанные на стохастичеркоэргодическом преобразовании сигнала. Эти устройства содержат два преобразователя напряжение-вероятность на входы которлх подается преобразуемое напряжение Ug и подключенный к выходам логический элемент И, реализующий операцию логического умножения. На выходе элемента И образуется последовательность иМпульсов, которые с помощью формирователя нормируются по длительности и усредняют |ся фильтром. Включенная на выходе фильтра корнеизвлекающая схема осуществляет операцию извлечения квадра ного корня. В результате выходное напряжение устройства пропорционал1зно действующему значению выходного напряженияС1 Недостатком этих устройств являет ся низкая точность преобразования, вызванная ограниченным числом усредняемых импульсов. Увеличение числа этих импульсов резко снижает быстродействие устройства. Известен преобразователь.действую щего значения напряжения, выполненный по методу неявного вычисления. Устройство содержит время-импульсное множительное устройство, к входу которого подключена Входная шина, а выход через усредняющий фильтр подключен к управляющему входу мнохсительного устройства. Выходное напряжение фильтра пропорционально дей ствующему значению входного сигнала Г Недостатком известного устройства является то, что при обеспечении заданной точности преобразования необходимо осуществить определенное число дискретных выборок и это снижает быстродействие устройства, и заданная точность обеспечивается только в диапазоне низких частот входного сиг нала. С увеличением частоты входного сигнала значительно снижается точност преобразования. Целью изобретения является повыше ние точности преобразования в широко частотном диапазоне. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь,содержащий ком паратор, первый вход которого соединен, с входной шиной и входом ключа, выход которого соединен с входом фильтра низких частот, дополнительно введены соединенные последователь но генератор тактовых импульсов, генератор псевдослучайных чисел И цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым . входом компаратора, а также элемент совпадений, формирователь и соединенные последовательно вычитающее устройство и интегратор, причем выход генератора тактовых импульсов и выход компаратора соединены со входами элемента совпадений, выход которого через формирователь соединен с управляющим входом ключа, а выход фильтра нижних частот подключен к первому входу вычитающего устройства, второй вход которого соединен с выходной шиной, выходов интегратора и входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя. На чертеже представлена функциональная схема стохастического преобразователя действующего значения напряжения. Преобразователь содержит компаратор 1 напряжения, цифроаналоговый преобразователь 2 напряжения, генератор 3 псевдослучайных чисел, генератор 4 тактовых импульсов, элемент 5 совпадений, формирователь 6 импульсов по длительности, ключ 7, фильтр 8 низких частот, вычитающее устройство 9 и интегратор 10 причем первый вход компаратора 1 соединен со входной шиной преобразователя и входом ключа 7, выход которого через фильтр 8 низких частот соединен с первым входом вычитающего устройства 9, второй вход которогр соединен с ВХОДОГУ опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 2, выходной шиной и выходом интегратора 10, к входу которого подключен выход вычитающего устройства 9, управляющий вход ключа 7 соединен через формирователь 6 с выходом элемента 5 совпадений, первый вход которого соединен с выходом компара- . тора 1, а второй вход - с выходом генератора 4 тактовых импульсов и входом генератора 3 псевдослучайных чисел, выходы которых соединены со входами цифроаналогового преобразователя 2, выход которого соединен со втодагм входом компаратора 1. Преобразователь работает следующим образом. Преобразуемое напряжение (J noc-ryпает на первый вход ксмпаратора 1, на второй вход которого подается опорное псевдослучайное напряжение, в котором имеет место равновероятное распределение амплитуд в диапазоне О - , где UQJ - опорное напряжение цифроаналогового преобразователя 2. Это достигается с помощью последовательно включенных генератора 3 псевдослучайных чисел, обеспечивающего получение случайных двоичных чисел с равномерным распределением, и цифроаналогового преобразователя 2, причем в качестве опорного напряхссния последнего в предлагаемом устройство используется выходное напряжение UQ. интегратора, Работа преобразователя синхронизируется импульсами генератора 4 с оп ределенной тактовой частотой. , . Если напряжение входного сигнала Ug превышает значение выходного сиг нала цифроаналогового преобразовател 2, то на выходе ког паратора 1 вы рабатывается логический уровень 1 Этот уровень подается на вход элемента 5 совпадений. При поступлении на другой вход элемента 5 совпадени тактовых импульсов , с генератора 4 а выходе формирователя 6 формирует ря импульс с нормированной длитель ностью. Вероятность, появления этого импульса равна Поскольку 1 шульсное напряжение управляющем входе ключа 7 определяется зависимостью, °где оС - постоянный коэффициент то среднее значвиие напряжения на выходе фильтра 8 равно Ф где 1 - постоянный коэффициент про порциональности. Напряжение и поступает на вход вычитающего устройства 9, на другой вход которого поступает выходное на пряжение интегратора 10. Выходное напряжение вычитающего устройства 9 равно 8V и Напряжение (J изменяется no зако Bb x |JUey, де Т - постоянная времени интегатора 10. Из уравнения (2) следует одставив (3) и (1) при условии, что 8Гф«Г, остоянная времени фильтра олучают &ЫХ , c3tвых в установившемся режиме вых olt и тогда из последнего уравнения получают ex . ( где |b Vk6L- постоянный коэффициент пропорциональности. Из формулы (4)следует, что выходное напряжение интегратора 10 прямо пропорционально входному напряжению преобразователя. Таким образом, в устройстве обеспечивается линейная характеристика преобразования действующего значения . входного напряжения. При этом формирование стробирующего напряжения длн управления ключом осуществляется стохастическим методом путем использования новых элементов: цифроаналогового преобразователя 2, генератора псевдослучайных чисел 3, генератора тактовых импульсов 4, элемента 5 совпадений и формирователя импульсов 6. Такой принцип формирования управляющего напряжения ключа 7 позволяет обеспечить заданную точность преобразования в более широком частотном диапазоне входных сигналов. Вместе с тем, за счет использования в качестве опорного напряжения цифроаналогового преобразователя выходного напряжения устройства U удается уменьшить влияние свойсРтвенной стохас,тическо-эргодическим преобразователям методической погрешности из-за конечного числа усредняемых импульсов.

СТОХАСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий компаратор, первый вход которого соединен со входной шиной и входом ключа выход которого соединен с sxojtfoM фильтра низких частот ,отл и ч а ю щи йс я тем, V-J 1:€:.1:1;К)ЗйАМ « Гъ;:г 0р г ъ1:г 0- ,« П5 -;:,,:- 5Г;.чй Ы C-fi.. что, с целью повышения точности преобразования в широком частотном диапазоне, в него дополнительно введены соединенные последовательно генератор тактовых импульсов, гене.ратор псевдослучайных .чисел и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым входом компаратора , а также элемент совпадений, фоЕ ирователь и соединенные последовательно вычитающее устройство и интегратор, причем выходы генератора тактовых импульсов и компаратора соединены со входами элемента совпадений, выход которого через формирователь соединен с управляющим .входом ключа, а выход фильтра ниж- ; них частот подключен к первому вхоО) ду вычитающего устройства, второй вход которого соединен с выходной шиной, выходом интегратора и входом опорного напряжения цифроаналого- вого преобразователя.