Калибратор напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электротехни в частности к калибраторам переменного нвпряжения, и может быть использовано при построении Информационно-измеритель ных систем и систем автоматического контроля и управления. Известен калибратор напряжения, со держащий заааюший генератор, управляющий элемент, источник опорного напряжения, цифференциалшый компаратор и усилитель. Это устройство представ- ляет собой совокупность задаюшего генератора и стабилизатора напряжения переменного тока. Выходное напряжение в эт устройствах стабилизировано (не зависит от колебаний напряжения задающего генератора), а его значение управляется значением напряжения опорного источника Г1 l. Недостатком является невозможность использования этого устройства при необ ходимости прецизионного задания выходного переменного напряжения с заданным и легко управляемым спектром, а также для задания набора выходных напряжений представляюших собой гармсяические составляющие сигнала с напередзаданным спектром. Наиболее близким К изобретению по технической сущности является калибратор напряжения, содержащий источник onopioro напряжения, к выходу которого подключен вход ключа, интегратор, к выходу которого подключен «фиксатор уровня, линейный детектор, выходом соединенный с входом интегратора, блок управлени соответствующие выходы которого подключены к управляющему входу ключа, фиксатора уровня и управляемого генератора, а вход блока управления соединен с первым входным выводом tS. Спектр сигнала этого устройства связан с его формой. Форма сигнала создаер ся в управляемом генераторе. Практические возможности создания сигналов сложной формы в значительной степени ограни чены с возрастанием сложности сигнала (чего требует усложнение заданного спект ре сигнала). Получить набор напряжений, представляющих собой гар сжические составляющие сигнала с напередзаданным спектром, и легко перестраивать соотношения между амплитудами гармонических составляющих, а также их фазовью сдвиги невозможно, -чтб ограничивает фун ционалЫ1ые возможности известного устройства. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей калиёратора напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в калибратор напряжения, содержащий источник опорного напряжения, к выходу которого подключен вход ключа, интегратор, к выходу которого подключен фиксат ор уровня, линейный детектор, выходом соединенный с входом интегратора, блок управления, соответствующие выходы которого подключены к управляющим входам ключа, фиксатора уровня и управляемого генератора, а вход блока соединен с первым входным выводом, введены блок счетчиков, блок запоминания и блок цифроаналогового преобразования, причем блок счетчиков включен между i выходом управляемого генератора и первым входом бло-ка запоминания, а управляющий вход бло ка счетчиков подключен к соответствуй щему выходу блока управления, вторсА вход блока запоминания соединен с вторым входным выводом, а выходы - с соответствующими управляющими входами блока цифроаналогового преобразования, вход которого соединен с выходом фиксатора уровня, а выходы - с соответствующими выходными выводами, при этом выход ключа подключен к ввеценжшу дополнительному входу интегратора, а вход линейного детектора соединен с первым выходным выводом. На фиг. 1 представлена структуртая схема предлагаемого калибратора напряжения; на фиг. 2 - пример пост1 оения устройства управления. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, к выходу которого подключен ключ 2, интегратор 3, к выходу которого подключен фиксатор 4 уровня, линейный детектор 5, подключенный к интегратору 3, блок 6 управления, подключенный к ключу. 2, фиксатору 4 уровня и к, первому входному выводу, управляемый генератор 7, подключенный к блоку 6 управления, блок. 8 счетчиков, подклвэтенный к управляемому генератору 7 и блоку 6 управления, блок 9 запоминания, подключённый к выходу блока 8 счетчиков и к второму входному выводу, блок 10 цифроаналогового преобразования, подключенный к выходу 4 1ксатора 4 уровня, к выходам устройства н к выходу блока 9 зэпомсшания, ключ 2 подключен к интегратору 3. Вход линейного детектора 5 подключен к пегому выходному выводу. Управляемый генератор 7 содержит генератор И тактов импульсов и управляемый целитель 12 частоты. Блок 9 запоминания содержит запоминающие узлы 13, бдок 10 цифроаналогового преобразования I содержит цифроаналоговые преобразователи 14, Блок 6 управления содержит включенные последовательно преобразователь 15 кода во временной интервал, счетчик 16 нмбульсов и дешиф ратор 17, а тшсже пр1ас1бразователь 18 ходоЁ. JBxpa преобрв31 «атеЛЁ 15кода во временной ннте|мвал и вхоп ; прею зазователя IS Аоасйпбакяючвны к входу бл ка 6 ynpasneaia, являющемуся шреым вхсхшым вывоаом. Выходы преобразован теля 1 в кодов подключены к блоку 8 счетчиков, к генератору 11 тактовых импульсов и к управляемому делителю 12 частоты. Вход счетчика 16 импульсов подключен к гене раTORT 11 тактовых импульсов. Выход преобразователя кода во временной интервал подключен к ключу 2, а выход дешифратора 17 к входу фиксатора 4 уровня. Источник опорного напряжения представляет собой стабилизированный источ ник напряжения постоянного тока, который подключается К входу интегратора 3 через.ключ 2, когда на управляющий вход последнего поступает управляющий сигнал (интервал времени )Т., с блока 6 управления. Фиксатором 4 уровня служит динамическое запоминающее устройство (схема вьйорки-хранения), которое производит выборку и запоминание выход ного напряжения интегратора 3 (фиксацию уровня) в момент прихода коротког управляющего импульса l с блока уп. равления. Линейный детектор 5 (его рол может выполнять в зависимости от требований конкретного применения, одно- нлн двухпопупериодичной выпрямитель, амплитудный детектор, детектор средних или действующих значений напряжения) осуществляет преобразования выход- iaoro переменного напряжения в постоянное или пульсирующее напряжение, поступающее на вход интегратора. Структура линейного детектора 5 и интегратора 3 такова, что изменение напряжения на выходе интегратора 5 в результате интегрирования напряжения Eg сяюрюго источника 1 противоположно по знаку изменению такового в резульtaTS интегрирования выходного напряжения линейного детектора 5. Управляемый генератор 7 состоит из генератора 11 тактовых импульсов, частота которого может устанавливаться управляю щим сигналом с блока 6 управления. Q управляемого целителя 12 частоты, коэффициент деления которого также может устанавливаться сигналом от блока управления. Блок 8 счетчиков представляет собой в общем случае набор счет чиков импульсов, например двоичных, начальная предустановка которых осуществляется сигналом от блока 6 управления Блок 9 запоминания представляет собой набор запсниинающих устройств 13, роль которых могут выполнять оперативнью, постоянные или перепрограммируемые запоминающие устройства. Устройсг)Ва 13 в общем случае имеют две группы основных входов - вхо.ды выбора предела (эта группа входов подключена к блоку 8 стетчиков) и входы записи информации в .ячейки памяти (в случае использования постотнных запоминающих устройств эта группа входов отсутствует). На входах запоминающих устройств 13 устанавливается кои. в зав1юимости от содержимого выбранных кодом адреса ячеек памяти. Блок Ю цифроаналогового преобразования содержит набор множительных пифроаналоговых преобразова гелей 14, имеющих аналогичный вход, на который подается напряжение, и группу цифровьк кодов, на которые подается код, например, параллельный двоичный код. На выходе каждого цифроаналогового преобразователя 14 устанавливается напряжение, пропорцисщальное произведению входных напряжений и кода. На вход блока 6 управления .являющийся пе|юым входным выводом, поступае тсигнал (например, код) управления (установки) выходного напряжения, частоты и сдвига фаз выходных напряжений калибратора напряжения. Преобразователь 15 кода во временной интервал формирует управляющий импульс, длительность которого пропорциональна коду установки выходного напряжения калибратора. Счетчик 16 импульсов производит подсчет импульсов с генератора тактовых импул сов. Дешифратор 17 формирует короткий импульс выборки для фиксатора 4 уровня. Преобразователь 18 кодов преобразует входной код установки частоты и установки сдвига фаз в код управления блоком 8 счетчиков, генератором 11 такто« вых импульсов и управляемым делителем 12 частоты (т.е. осуществляет роль интерфейсапре об разует,например, число-импульсный или двоично-десятичный код павоичный). Калибратор работает циклично. Циклы зацаются импульсами выборки TL, формируемыми блоком 6 управления и поступающими на фиксатор Л уровня. За время каждого цикла блоком управления формируется один интервал времени Т , открывающий ключ 2. Интервал времени зависит от вхоцного сигнала, например, поступающего на вход блока 6 управления. Счетчики импульсов блока 8 счетчиков подсчиты.вают импульсы с выхоца управляемого генератора 7. Выходной код каждого счетчика блока 8 иэменяется, в результате чего осуществляется опрос адресов ячеек запоминающих устройств 10, на выходах которых последовательно появляются коды, занесенные в ячейки памяти. Набор кодов, занесенный в ячейки памяти каждого запоминающего устройства 13, прецставляет собой набор значения кусочно- ступенчато-аппроксимированной кривой. На выходах цифроаналоговых преобразователей 14 блока Ю цифроаналогового пре.образоваяия формируются, таким образом, переменные напряжения. Мгновенные значения этих напряжений, представляющие собой ординаты ступеней кусочно-ступенчато-аппроксимированных кривых, пропорциональных произведению входного напряжения цифроаналоговых преобразователей 14 и соответствующег входного кода. Цикл работы калибратора равен или кратен периоду переменного напряжения на выходе, подключенном к входу линейного детектора 5. Следует заметить, что в общем случае напряжение на любом из выходов калибратора может быть постоянным. Для этого содержимое соответствующего запоминающего устройства 13 должно быть таким чтобы при его циклическом опросе по всем адресам его выходной код оставался неизменным. По истечению п цикл работы среднее значение выходного напряжения калибратора на выходе, подклю ченном к линейному детектору 5 (назов этот выход первым) станет равным -d-fl) и ыхсро 1ВЬ1Х Ср п - длительность цикла, т.е. период импульсов выборм ки - среднее значение рассмат1ВЫХ ср О риваемого выходного напр жения перед началом перв го цикла работы; «k у ФУ и К..«„ - коэффициенты передачи фиксатора 4 уровня и цифроаналогового преобразователя 14, соответственно; хронирующие элементы интегратора 3. Из (1) видно, что при выполнении условия IQI 1 при достаточно большом п (т.е. в установившемся режиме) среднее значение выходного напряжения станет равным и- . 1 вЬ1х Ср со -jЭто выражение представляет собой уравнение преобразования калибратора для его первого выхода. При этом, если интервал времени Т сформирован пропорционально входному сигналу (например, коду), то выходное напряжение на первом выходе калибровано входным сигналом по среднему значению. При этом в уравнение преобразования не входят коэффициентЬ) передачи таких блоков как интегратор 3, фиксатор 4 уровня и цифроаналоговый преобразователь 14, подключенный к первому вькопу калибратора напряжения, что позволяет при сравнительно невьюоких требованиях к долговременной стабильности и линейности коэффициентов передачи этих локов получать выходное напряжение на первом выходе с достаточно высокой точностью. Уравнение преобразования калибратора по каждому из остальных выходов, т.е. по i -му выхоi 2,п ) имеет вид ML 1 Bfaix ср мгновенное значение напряжения на i -м выходе;. К и К - .(соэффициенты передачи ци4ьроаналоновых преобразователей 14 соответственно, под;ключонных к выходу (J, и (Jj; gj,, ; числа (коды), поступающие на цифровые входы соответствующих цифроаналоговых преобразователей 14. Таким образом, предлагаемый калибратор напряжения формирует ряд напряжений на п выходах. Напряжение на первом выходе и. . стабилизировано (калибровано) по среднему значению. Мгновенные значения напряжения на всех других выходах Ug щ,,, ..., -n бь(X стабилизированы относительно среднего значения напряжения lebrx Форма и частота напряжения на каждом из выхоаов задается коцом, заносимым (или зашитым постоянно) в запо минающее устройство блока 9 запоминания Частота каждого из напряжений устанавливается путем заданий опорной частоты генератора 11 тактовых импульсов, коэффициентом перецачи управляемого целителя 12 частоты и структурой блока 8 счетчиков. Фазовые савиги всех напряжений устанавливаются путем прецустановки в заданное состояние соответствующего счетчика импульсов блока 8 счетчиков или с помощью кодов запоминающих УСТРОЙСТВ 13 блАкГор L.,,-L --:::rM ..т-- . J IV IVJ вать все выходные напряжения на простом аналоговом сумматоре, то можно получить переменное напряжение сложной формы, у которого задана либо форма, либо коэффициент гармоник, либо спектр с учетом как амплитуд гармоник, так и их фаз.. В результате область применения предлагаемого калибратора довольно широка, поскольку он может использоваться 2 в следующих случаях: как калибратор постоянного напряжения; калибратор перемен10151 ного напряжения синусоидальной или сло;;.ной формы (в Качестве измерительного генератора сигнала, например, для калибровки или поверки вольтметров, .«измерителей нелинейных искажений или цЙ устройств); калибратор переменного напряжения сложной формы с заданным спектром и стабилизированной первой гармоникой (в качестве источника калибровочного сигнала, например, для калибровки или поверки анализаторов спектра или селективных вольтметров); калибратор двух переменных напряжений с заданным фа сдвигом, амплитудой и формой зовым сдвигом, амплитудой и формой .вочного сигнала, например, для фeзoмelw ров или фазочувствительных вольтмет Все введенные блоки просты, выпускаются в микроэлектронном исполнении, надежны, цешевы. Предлагаемый калибратор легко автоматизируем, что делает его применимым в автоматизированных истемах измерения, контроля или управения. В то же время, при сравнип льой простоте, калибратор достаточно высооточен.

КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содерисавднй источник опорного напряжения, к вьгхоцу которого подключен вход ключа интегратор, к выходу которого подключен -фиксатор урговня, линейный детектор, вь1ходом соециненный с входом интегратора-, блок управления, соответСТвутошие выходы которого подключены к управляющим входам ключа, фиксаторе уровня и управляемого генератора, а вход блока управления соеоинен с первым входным выводом ,отличаюший - с я тем, что, с целью .расширения функциональных возможностей, в него введены блок счетчиков, блок запоминания и блок цйфроаналогового преобразования, причем блок счетчиков включен между выходом управляемого генератора и первым входом блока запоминания, а управляющий вход блока счетчиков подключен к соответствующему выходу блока управления, второй вход блока запоминания соединен с вторым входным вывоi дом, а выходы - с соответствующими управляющими входами блока, цифроанало- (Л гового преобразования, вход которого соединен с выходом фиксатора уровня, а выходы - с соответствующими выходными выводами, при этом выход ключа подключен к введенному дополнительному входу интегратор, а вхоц линейного детектора соединен с первым выходным ел выводом. 05

к блоку 2

фЛ IS

Усг,Шых1.

f&9

15

eittaii

Уст/

/

Упл

KS/togt/f2

К локув

i/ne. си

КдмкуП

ипо.ГТИ

Частота 9 о ГТИ

rS/ioKU //

Фиг 2

Кблоку

IKdf Ж

/7

16