Калибратор переменного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к калибраторам переменного напряжения, и может быть использовано при построении информационно-измерительньк систем и систем автоматического контроля и управления. Известен калибратор переменного напряжения, содержащий задающий генератор, к выходу которого подключен регулирующий элемент, дифференциальньй компаратор, усилитель, источник опорного напряжений, схему выборкихранения, линейньй детектор, ключ и. счетчик импульсов. Данное устройство позволяет получать амплитудно-мо/ улированное налря жение, значения сигнала несущей и модулирующей частоты которых калибро ваны по амплитудному либо действующему значению СИ . не обесОднако устройство печивает стабилизации. следователь но, и установки с высокой точностью заданной формы (значений) огибающей выходного сигнала, что не позволяет калибровать его . спектр, так как спектр выходного сигнала калибратора однозначно свя зан с формой его огиёанщей. I Наиболее близким к изобретению по технической сущности является калибратор переменного напряжения, содержащий последовательно сбёдайенные задающий генератор, регулирующий эле мент с дискретно управляемым коэффициентом передачи и усилитель мощност выход которого подключен к выходной клемме и к входу измерительного преобразователя, выходом соединенного с одним из входов схемы сравнения, а также ключ,подключенный к выходу схемы сравнения, источник опорного напряжения, запоминающий элемент и счетчик импульсов 21 . Известный калибратор не может быть использовандля получения амплитудно модулированного по произвольно задан ному закону переменного напряжения, дискретные значения огибагацей которого (амплитудные значения несущего колебания) могут существенно отличаться друг от друга в каждый полупериод несущего колебания и при этом должны быть стабилизированы и заданы с высокой точностью, что дает воз можность из исходного колебания прецизионной формы волны, например, синусоидального колебания, представляющего собой чисто гармонический сигнал, путем его амплитудной модуляции получать на выходе калибратора испытательные сигналы, имеющие наперед заданный в широкой полосе частот,легко перестраиваемый и калибрированный с высокой точностью спектр. Отработка корректирующего воздействия, сформированного в соответствии с заданным значением амплитуды несущего колебания в один, например К-й, его период (полупериод) будет происходить уже в последующий (К+1)-и период (полупериод) несущего колебания, когда амплитудное значение несущего колебания должно быть уже другим и может существенно отличаться. Кроме того, процесс отрабртки заданного значения амплитуды выходного сигнала в известном устройстве происходит за несколько периодов несущего колеба- ;ния. Т.е. из-за ограниченного быстродействия системы стабилизации калибратор не обеспечивает стабилизации, а следовательно, и установки с высокой точностью заданных значений (формы) огибающей выходного амплитудномодулированного сигнала, что не позволяет кабровать его спектр. Таким образом, недостатком известного устройства является невозможность его использования для- получения испытательных сигналов, имею1цих наперед заданный в широкой полосе частот,легко перестраиваемый и калибрированный с высокой точностью спектр путем амплитудной модуляции исходного колебания пр ецизионной формы волны. В результате функциональные возможности известного устройства в значительной степени ограничены. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей калибратора переменного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в калибратор переменного напряжения, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, регулирующий элемент с дискретно управляемым коэффициентом передачи и усилитель мощности, выход которого подключен к выходной клемме и входу измерительного преобразователя, выходом соединенного с одним из входов узла сравнения, а также ключ, подключенный к выходу узла сравнения, источник-опорного напряжения, запоминающии элемент и счетчик импульсов, введены блок суммирования, аналогоцифровой преобразователь, сдвиговые регистры, опорный цифроаналог.овый; преобразователь, блок запоминания, блок выделения нулей сигнала, блок временного сдвига и усилитель, причем блок суммирования первыми входами подключен к выходам аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом запоминающего элемента, вторыми входами - к управляю щим входам регулирующего элемента с дискретно управляемым коэффициентом передачи и к выходам сдвиговых регистров, а выходами - к входам сдви говых регистров блок запоминания пер вым входом подключен к клемме для подключения источника управляющего сигнала, вторым входом - к выходу счетчика импульсов,/а выходом - к первому входу опорного цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения а выход - с другим входом узла сравнения, введенный дополнительный выход задающего генератора через блок выделения нулей сигнала подключен к входам синхро низации сдвиговых регистров, входу счетчика импульсов и входу блока вре менного сдвига, первым выходом соеди ненного с входом управления ключа, а вторым выходом - с входом .синхронизации запоминающего элемента, сигнальный вход которого через усилитель подключен к выходу ключа. На фиг. 1 представлена структурная схема калибратора переменного напряжения; на фиг. 2 - пример построения блока вьщеления нулей сигнала; на фиг, 3 - пример построения блока вре менного сдвига; на фиг.А -временные диаграммы, поясняющие работу калибра тора переменного напряжения. Калибратор переменного напряжения содержит задающий генератор 1, первый выход которого через последовательно соединенные регулирующий элемент 2 с дискретно управляемым коэффициентом передачи и усилитель 3 мощности подключен к выходной клемме 4 и к входу измерительного преобразова теля 5, выходом соединенного с первым входом узла 6 сравнения, второй вход которой через опорный цифроаналоговый преобразователь 7 подключен к вы-I ходу источника 8 опорного напряжения 11 1 а выход через последовательно соединенные ключ 9, усилитель 10 и запоминающий элемент 11 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 12, выходами подсоединенного к первым входам блока 13 суммирования, вторые входы которого подключены к управляющим входам регулирующего элемента 2 с дискретно управляемым коэффициентом передачи и к выходам сдвиговых регистров 14, а выходы - к входам сдвиговых регистров 14, блок 15 выделения нулей сигнала, входом соединенный с вторым выходом задающего генератора 1, а выходом подключенный к входам синхронизации сдвиговых регистров 14 к входу счетчика 16 импульсов и к входу блока 17 временного сдвига, первый выход которого соединен с входом управления ключа 9, а второй выход - с входом синхронизации запоминающего элемента 11, а также блок 18 запоминания, первым входом подключенньй к входу калибратора кода установки закона модуляции, вторым входом к выходу счетчика 16 импульсов, а выходом - к другому входу опорного цйф-и роаналогового преобразователя 7. Блок 15 вццеления нулей сигнала (фиг. 2) содержит усилитель-ограничитель 19, формирователи импульсов по положительному 20 и отрицательному 21 перепаду сигнала и схему ИЛИ 22,. Блок 17 временного сдвига (фиг.З) содержит генератор 23 тактовых и myльсов, делитель 24 частоты, счетчик 25 импульсов, одновибратор 26, счетчик 27 импульсов, триггер 28, схему И 29 и формирователи 30 и 31. Задающий генератор 1 представляет собой, например, RC - генератор, формирующий гармонический сигнал преци- 3ионной формы, регулиру1ощий элемент 2 с дискретно управляемым коэффициентом передачи - управляемый цифровым кодом многоразрядный делитель напряжения, измерительный преобразователь 5 - двухполупериодный выпрямитель, формирующий модуль.выходного сигнала калибратора, запоминаюп1ий элемент 11схему выборки хранения аналоговых сигналов,с помощью которой происходит выборка и запоминание (фиксация уровня) выходного напряжения усилителя 10 в момент прихода управляющих импульсов ,на вход синхронизации, блок 13 сумми рования - комбинационный многоразряд11ный сумматор двоичных чисел.Сдвиговы регистры 14 предназначены для хранен кодов управления коэффициентом передачи регулирующего элемента 2 и последовательной подачи их на входы управления элемента 2 синфазно с выходным сигналом задающего генератора 1. При этом код управления в виде параллельного двоичного кода снимается с выходов последних разрядов сдвиговых регистров 14 при сдвиге за писанной в регистрах 14 информации на один разряд. Блок I8 запоминания представляет собой оперативное, постоянное, либо перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство. Запоминающее устройства в общем случае имеют две группы основных входов: входы задания адреса ячеек памяти, в которых хранится информация (эта группа входов подключена к выходу счетчика 16 импульсов) , и входы записи информации в ячейки памяти (при использоваНИИ постоянных запоминающих устройст эта группа входов отсутствует). На входы записи,подключе|шые;к входу калибратора, подается сигнал управле ния в виде кода. При этом в ячейки .памяти блока 18 заносится набор I кодов амплитудных значений формируемого на выходе калибратора а.мш1 тудно-модулированного сигнала в каждый полупериод его несущего колебани т.е. набор кодов дискретных значений огибакщей выходного сигнала калибратора, задающий закон его модуляции. Число разрядов сдвиговых регистров 14 равно числу используемых ячеек памяти блока 18 запоминания. Калибратор переменного, напряжения работает следующим образом. На вход регулирунидего элемента 2 с дискретно управляемым коэффициентом передачи с первого выхода задающего генератора .1 подступает пре цизиойнбй формы гармонический сигнал (фиг.4а), на группу цифровых входов управления подается код управления коэффициентом передачи, который снимается с вы ходов последних разрядов сдвиговых регистров 14. Изменение коэффициента передачи регулирующего элемента 2 происходит в моменты перехода через нуль выходного сигнала задзкяцего генератора 1 и осуществляется в резуль тате сдвига записанных в регистрах 14 кодов управления на один разряд. 16 Для этого с.второго (вспомогательного) выхода задающего генератора 1 снимается сигнал, синфазный сигналу на его первом (основном) выходе, и подается на вход блока 15, на выходе которого формируются короткие импульсы (фиг. 4г) в моменты перехода входного сигнала через нуль. Эти импульсы поступают на входы синхронизации регистров 14 и тактируют сдвиг информации в них на один разряд. Сигнал с выхода регулирующего элемента 2 через усилитель 3 .мощности поступает на выходную клемму калибратора 4. Счетчик 16 импульсов подсчитьшает импульсы с выхода блока 15.Выходной код счетчика 16 изменяется и задает адрес ячеек памяти блока 18. В результате происходит последовательный опрос содержимого ячеек памяти блока 18 запоминания, в которые занесен набор кодов, задающий закон модуляции выходного сигнала задаклцего генератора 1 и представлякщий собой набор кодов амплитудных значений формируемого на выходе калибратора амплитудномодулированного сигнала в каждый полупериод его несущего колебания, т.е. набор кодов дискретных значений огибающей выходного сигнала калибратора. Коды, записанные в ячейках памяти, последовательно появляются на выходе блока 18 и поступают на цифровой вход опорного цифроаналогового преобразователя 7, на опорный вход которого подается напряжение постоянного тока с выхода источника 8 опорного налряжения. При этом на выходе преобразователя 7, подключенного к второму входу узла 6 сравнения, периодическими циклами происходит развертка формируемого с помощью преобразователя 7 опорного сигнала (фиг.4д),который используется в качестве модулирующего сигнала. На первый вход узла 6 сравнения подается, сигнал (фиг.4в)с выхода -измерительного преобразователя 5, формирующего модуль выходного сигнала калибратора. С помощью ключа 9, который управляется импульсами с первого выхода блока 17 временного сдвига (фиг. 4е), берутся короткие по длительности, намного меньшей,чем длительность полупериода несущего колебания, выборки из выходного сигнала узла 6 сравнения в моменты времени, когда сигнал на выходе калибра7. 1 тора (фиг. 46) принимает свои амплитудные значения, равные значениям огибающей. С этой целью блок 17 осуществляет сдвиг на полпериода импуль сов с выхода блока 15. С помощью запоминающего элемента 11, фиксация уровня входного сигнала которого эасинхронизирована с моментами взятия выборок из выходного сигнала узла 6, происходит запоминание усиленного с помощью усилителя ГО и расширенного при этом по длительности импульсного сигнала рассогласования, сформированного на выходе ключа 9. Импульсы управления фиксацией уровня входного сигнала запоминающего элемента I1 поступают на его синхронизирующий ; вход с второго выхода блока 17.Сформированное на выходе запоминающего элемента 11 в каждый полупериод несущего колебания постоянное напряжение (фиг. 4ж) пропорционально сигналу рассогласования и измеряется ана,дого-цифровым преобразователем 12. Пусть в первом цикле развертки опорного сигнала(фиг.4д) код управления на цифровых входах регулирующего эле мента 2 равен нулю.Тогда выходное на ряжение калибратора фиг.4б)также ра но нулю, а сигнал рассогласования равен значениям опорного сигнала.При этом происходит последовательное счи тывание значений опорного сигйала и заполнение разрядов сдвиговых регистров 14. К концу первого цикла развертки в последних разрядах сдвиговых регистров 14 будет находиться информация о значении выходного сигнала калибратора, которое необходимо установить в первый полупериод его несущего колебания, а в первых разрядах - информация о значении выходного сигнала калибратора, которое необходимо установить, в последний полупериод его несущего колебания.С второго цикла развертки опорного сиг нала считываемый в каждый полупериод несущего колебания сигнал рассогласования будет соответствовать тому коду управления, который в это время сформирован на выходах последних раз рядов сдвиговых регистров 14. Код уп равления коэффициентом передачи регу лирующего элемента 2 суммируется с соответствующим ему кодом сигнала рассогласования в блоке 13 суммирова ния и поступает на входы первых рязрядов сдвиговых регистров 14. Под 1 действием тактовых импульсов с выхода блока 15 код управления с введенной поправкой переписывается в регистры 14 в первые их разряды, и в последующем цикле этот код с HjiyanoM соответствукмцего ему полупериода несущего колебания вновь появляется на выходах последних разрядов сдвиговых регистров 14 и воздействует на управляющие входы регулирующего элемента 2. При этом происходит отработка сформированного в предыдущем цикле сигнала коррекции. Т.е. считывание сигнала рассогласования и операция отработки корректирукмцего воздействия, направленного на уменьшение этого сигнала рассогласования, происходит в один и тот же (например, К-й) полупериод несущего колебания, причем считывание сигнала рассогласования происходит в один цикл развертки опорного сигнала, а операция отработки корректирующего воздействия - в последующем цикле в соответствующем ему полупериоде несущего колебания. При этом инерционность системы стабилизации, обусловленная задерлской отработки корректирующего воздействия (в отличие от известных устройств) не влияет на точность установки заданных амплитудных значений формируемого на выходе калибратора амплитудно-модулированного сигнала в каждый отдельно взятый полупериод его несущего колебания . В процессе стабилизации значений выходного сигнала калибратора информация, записанная в сдвиговых регистрах 14, изменяется за счет поправок,обусловленных разницей между амплитудными значениями выходного сигнала и опорного сигнала,используемого в качестве додулирующаго в моменты времени взятия выборок. Через несколько циклов развертки опорного сигнала (фиг.4д)амплитудные значения формируемого выходного сигнала калибратора (фиг. 4б) в каждый полупериод его несущего колебания становятся равными значениями опорного сигнала, а сигнал рассогласования при этом стремится к нулю (фиг.4ж), В результате происходит установка дискретных значений огибающей выходного сигнала калибратора равными заданными . Блоки 1-3, образующие прямой тракт формирования выходного сигнала калибратора, могут быть выполненными неточными, а дискретные значения огибающе выходного сигнала не зависят от нестабильности их коэффициентов передач а также от нестабильности по амплитуде исходного колебания, снимаемого с первого выхода задающего генератора 1 , При необходимости получить на выхо де калибратора сигнал, амплитуда которого является постоянной, в ячейки памяти блока 8 запоминания заносятся одинаковые коды значений амплитуды. В результате при последовательном опросе содержимого ячеек памяти блока 18 на выходе опо эного цифроаналогово преобразователя 7 формируется постоянный уровень опорного сиг нала. Блок 15 выделения нулей сигнала (фиг. 2) работает следующим образом. Входной сигнал блока 15 с помощью усилителя-ограничителя 19 усиливается и ограничивается по амплитуде.Из положительных и отрицательных перепадов выходного сигнала усилителя I9 с помощью формирователей 20 и 21 соответственно, которые представляют собой одновибраторы, формируются короткие импульсы, совпадающие с момен тами перехода через нуль выходного сигнала задающего генератора 1. Эти импульсы суммируются на выходе схемы ШШ 22 и поступают на выход блока 15 Блок 17 временного сдвига (фиг.З) осуществляет сдвиг во времени на пол .периода последовательности импульсов с выхода блока 15 и формирование импульсов управления ключом 9 и запоминающим элементом 11. Импульсы с выхода генератора 23 тактовых импульсов через делитель 24 частоты на два поступают на о,четнь1й вход счетчика 25 импульсов. Счетчик 25 периодически сбрасьшается в нулевое состояние импульсами с выхода блока 15, поступающими на вход установки в нулевое состояние счетчика 25 с некоторой задержкой через одновибратор 26.Выходные импульсы блока 15 поступают также на вход управления предустановкой счетчика 27 импульсов и на вход установки в единичное состояние триггера 28. При этом код счетчика 25, перед тем как он сбрасывается в нулевое состояние, переписывается в счетчик 27, а выходной сиг нал триггера 28 разрешает прохождение тактовых импульсов генератора 23 через схему И 29 на счетный вход счетчика 27.При этом код счетчика 27 списывается.После того,как через полпериода следования выходных импульсов блока 15 произошло списывание .кода счетчика 27,на его выходе формируется импульс, который запускает формирователи 30 и 31 выходных импульсов управления з.апо. минающим элементом 11 и ключом 9 соответственно. Выходный импульс счетчи. ка 27 устанавливает также в исходное нулевое состояние триггер 28, запрещающий при этом прохождение через схему И 29 на счетный вход счетчика . 27 тактовых импульсов генератора 23. Таким образом, калибратор обеспечивает стабилизацию и задание с высокой точностью амплитудных значений формируемого на выходе калибратора амплитудно-модулированного сигнала в каждый отдельно взятый полупериод его несущего колебания. При зтом форма несущего колебания в каждый полупериод не искажаете; является строго заданной и определяется формой исходного колебания. Это дает возможность из исходного колебания прецизионной формы волны, например, синусоидального колебдния, представляющего собой чисто гармонический сигнал, за счет его амплитудной модуляции получать на выходе калибратора различные испытательные сигналы, имекяцие заданный в широкой полосе частот, легко перестраиваемый и калибрированный с высокой точностью спектр. В результате этого функциональные возможности предлагаемого калибратора расширеььСпектр формируемого на входе калибратора сигнала определяется формой несущего колебания, которая является строго заданной, и законом амплитудной модуляции. Изменяя закон модуяции, что легко может быть осущестлено при записи ячейки памяти блоа запоминания нового набора кодов искретных значений огибающей выходого сигнала калибратора, можно устаовить любой наперед заданный спектр игнала калибратора. В частном случае при законе модуляии, когда амплитуда несущего колебаия в каждый его полупериод поперемено принимает одно из двух фиксированых значений, выходной сигнал капиб11.111503112

ратора содержит только основную и вые- разцового источника сигналов с калибшие гармоники. При этОм калибратор - рованным коэффициентом нелинейных исможет быть использован в качестве об- кажений.

КАЛИБРАТОР ПЕРЕМЕННОГО НА11Р51ЖЕНИЯ, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, регулируюпщй элемент с дискретно управляемым коэффициентом передачи и усилитель мощности, выход которого подключен к выходной клемме и входу измерительного преобразователя, выходом соединенного с одним из входов узла сравнения, а также ключ, подключенный к выходу узла сравнения, источник опорного напряжения, запоминающий элемент и счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены блок суммирования, аналого-цифровой преобразователь, сдвиговые регистры, блок запоминания, опорный цйфроаналоговый преобразователь, блок выделения нулей сигнала, блок временного сдвига и усилитель, причем блок суммирования первыми входами подключен к выходам аналогово-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом запоминающего элемента, вторыми входами - к управляющим входам регулирующего элемента с дискретно управляемым коэффициентом передачи и к выходам сдвиговых .регистров, а выходами - к входам сдвиговых регистров, блок запоминания первым входом подключен к клемме для подключения источника управляннцего сигнала, вторым входом - к выходу счетчика импульсов, а выходом - с первому вхо(Л ду опорного, цифроаналогрвого преобразователя, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход - с другим входом узла сравнения, введенный дополнительный выход задаххцего генератора через блок выделения нулей сигнала подключен к входам синхронизации СП сдвиговых регистров, входу счетчика о ;Импульсов и входу блока временного DO сдвига, первым выходом соединенного с входом управления ключа, а вторым выходом - с входом синхронизации запoмин aющeгo элемента, сигнальный -вход которого через усилитель подключен к вЬкоду ключа.

I

/V.

У РФс1г.1

,J6,17

Фиг. 2