Способ преобразования напряжений с трансформацией временного масштаба Советский патент 1984 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерениях высокочастотных напряжений. Известен способ преобразования напр яжения с трансформацией временно го масштаба, заключающийся в формиро вании, стробирующих импульсов, засинхройизированнык с преобразуемым напряжением, стробировании преобра эуемого напряжения этими; импульсами запоминаний мгнов1енных значений в моменты времени стробирования высокочастотного напряжения и вьщеленйя огибающей низкочастотного напряжения. Пии з-том спектр высокочастотного напряжения трансформируется в область -НИЗКИХ частот l J. Недостатком данного способа является большая погрешность преобразов ания спектра, рбуслойленная найдентичностью дйодных характерист смесителя, нелинейностью диодных характеристик, нестабильностью, длиТ)вльности стробгимнульсов, а так же их амплитуд. Кроме того, температур ная погрешность непосредственно входит в результат преобразования. Наиболее близким к предлагаемому являемся способ преобразования напр жен с трансформав ией временного масштаба, заключакяцийся в формирова нии стробируюпшх импульсов, засин- хронизйроваййых с преобразуемым напряжением, формй-ровании. опорного на51ряжения, ио частоте .и форме совпадающего с йреобразованным напряже нием низкой частоте и засинхронизированаого с ним, суммировании его с преобразуемым напряжением, строби рбвании просуммированного напряженйя, за.поминании мгновенных значеНИИ переменного напряжения в момент времейи стробироваяия, вцделеиии огибающей преобразованного низкочас V тотного напряжения, изменении ампли туды и фазы опорного напряйкения отн сительно преобразованного низкочастотного напряжения до тех пор, , пока не будут равны нулю мгновенные Значения просуммированного напряжекия в моменты времени стробирования С 2.3. Недостатком известного способа являются большие трудности при преобразовании высокочастотного напряжеиия сложной формы, так как необходимо формировать опорное низкочас тотное напряжение, совпадающее по форме с преобразуемым высокочастот- ным напряжением. Для преобразования высокочастотных напряжений по известному способу необходимо или знать форму преобразуемого напряжения, что не всегда представляется возможным, или Трансформировать высокочастотный спектр преобразуемого напряжения в область низких частот стробоскопическим преобразователем. Далее на низкой частоте не представляет больших трудностей- сформировать опорное напряжение, совпадающее по форме с трансформированным высокочастотным спектром в область низких частот. Однако при этом резко -уменьшится точность преобразования , так как в результат преобразования .будет входить погрешность трансформациивысокочастотного спектра преобразуемого напряжения в область низких частот, т.е. погрешность стробоскопического преобразователя. Цель изобретения - повьш1ение точности преобразования напряжений сложной формы. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразоваг л -напряжений с трансформацией временного масш.таба, заключающемуся в формировании стробируищих импульсов, засинхронизиро.ванных с преобразуемым напряжением, стробировании просуммированного напряжения, запоминании мгновенных значений просуммированных напряжений в моменты време- ни стробирования, формируют N разнесенных во времени опорных импуль сов заданной длительности и засинхронизированных со стробирующими импульсами, суммируют каждый из этих опорных импульсов с преобразуемым напряжением, изменяют амплитуды опорных импульсов до тех пор-,- noica. мгновенные значения просуммированного напряжения в моменты времени стробирования не будут равны нулю, и по ним судят о преобразуемом напряжении. На фиг. I представлены временные диаграммы, поясняющие сущность способа; на фиг. 2 -блок-схема, устройс-гва, реализующего способ; на фиг. 3 - схема блока синхронизаг ции. .Способ осуществляют следующим образом. Для трансформации высокочастотного спектра в область низких частот 3 формируют строб-импульсы короткой длительности. Формируют N опорных импульсов, например, прямоугольно формы, разнесенных во времени, равном периоду Тр. следования стробимпульсов, и с частотой следования равной частоте преобразованного напряжения или кратной ей. Причем частоты следования преобразуемого напряжения fg , строб-импульсов f. и преобразованного низкочастотного j,p должны быть засинхронизированы и связаны соотношением пр . где fi - количество периодов Tg высокочастотного напряжения которое укладывается в периоде TC следования стро ..импульсов; Суммируюткаждый из сформирован. ных опорных импульсов -с преобразуемым напряжением. Просуммированное напряжение стробируется сформирован ными импульсами малой длительности. В моменты времени стробирования запоминают мгновенные значения просуммированного напряжения. Изменят амплитуды опорных импуль сов до тех nopj пока мгновенные значения просуммированного напряжения в момент времени стробирования не бу/1ут равны нулю, и по ним судят о преобразованном напряжении. На диаграмме (фиг. lot) показано преобразуемое высокочастотное J напряжение. Пунктирной линией показана огибающая низкочастотного напряжения , которая была бы получена при стробировании преобразуемого напряжения строб-импульсами с периодом повторения Tj. (фиг. 1 б) . На фиг. 1 в показаны N опорных импульсЬй, например, прямоугольной формы, разнесенных во времени, равном периоду Т следования стробимпульсов . Кроме того, период Т следования каждого из N опорных импульсов равен периоду Т„ преобра зованного напряжения низкой частоты или является кратным ему при многократном стробировании в одну точку Длительность t опорного импульса . равна 4trt 4 Т . Сформированные опорные импульсы амплитудой и. суммируются с мгновенными значениями преобразуемого высокочастотного напряжения fax - . . 1 ,...,N. Просуммированг ное напряжение (Jj стробируется импульсами малой длительности (строб-импульсами), причем они засинхронизироэаны с частотами следования преобразуемого напряжения .и сформированных onopfaix импульсов и отвечают соотношению (1 ). В момент времени стробиррвания сравнивается мгновенное значение преобразуемого высокочастотного напряжения и амплитуда U. N-ro опорного импульса и в случае их неравенства выделяется и запоминается р;азностное напряжение 4U (фиг. 1 Э) . Далее изменяют амплитуду Ц N-ro импульса до тех пор, пока это разностное напряжение ЛО,- не будет равно нулю, и так повторяют для каждого иа N-I оставщих-ся опорных импульсов.Каждая из амплитуд . и,сформированного N-ro опорного импульса несет информацию о мгновенном значении преобразуемого напряжения Ugj( , а их огибающая повторяет форму, преобразуемого напряжения (фиг. 1 г). Погрешность преобразования высокочастотного напряжения сложной формы в низкочастотное может достигать десятых долей процента и состоит из погрешности компенсации мгновенных значений преобразуемого напряже.ния амплитудами сформированных опорных импульсов, разнесенных во времени и в моменты времени стробирования, однако этапогрешность незначительна и определяется чувствительностью нуль-горгана, а также из погр ности, определяемой количеством выборок мгновенных значений, взятых в периоде преобразуемого напряжения; для уменьшения этой погрешности необходимо количество выборок увеличивать. Устройство для реализации предлагаемого способа содержит источник 1 опорного постоянного напряжения, N управляемых аттенюаторов 2, N ключей 3, сумматор 4,- стробоскопический преобразователь 5, нуль-орган 6, фильтр 7, блок 8 синхронизации, причем выход источника 1 опорного напряженияподключен к входам управляемых аттенюаторов 2, выход кадцогб из которых соединен через ключ 3 для каждого из-каналов соответственно с .N-M низкочастотным входом сумматора 4, вход всего устройства 51 подключен-к высокочастотному входу сумматора 4 и входу блока 8 синхрон зации, выход сумматора 4 соединен через стробоскопический преобразо: ватель 5 с входом нульгрргана 6, а через фильтр 7 с выходом всего устройства, N -выходов блока 8 синхронизации подключены соответственно к N входам ключей 3, а выход строб рующих импульсов блока 8 синхронизации соединен с вторым входом стробоскопического преобразователя 5. . Блок 8 синхронизации содержит смеситель 9, фазовый детектор 10, опорный генератор П, перестраиваемый генератор 12, формирователь 13 строб-импульсов, усилитель-ограничи тель 14, дифференцирующую цепочку 15, счетчик 16,, дешифратор 17, N элементов И-ИЛИ 18, элемент И-НЕ 19, линию 20 задержки, формировател 21 строб-импульсов,,однополюсный 1,N + 1)-позиционный переключатель 22 причем вход блока 8 синхронизации подключен через смеситель 9 к входу фазового детектора 10, вторым входо соединенного с генератором 11, а выходом подключенного через перестраиваемый генератор 12 и формирователь 13 строб-импульсов к другому входу смесителя 9, выход последне-г го подключен также через усилительограничитель 14 и дифференцирун)щую цепочку J 5 к входу .установки в ноль УС счбМика 16, счетный вход которого соединен с выходом генера тора 12, а выходы счетчика 16 . подключены к дешифратору 17, Ы выходов дешифратора 17 подключены, через элементы И-ИЛИ 18 к выходам блока 8 .синхронизации-, которые в свою очередьподключены через элемент И-НЕ 19, линкю:20 задержки фо;рмирователь 21 строб-импульсов к выходу стробирующих импульсов Вых си блока 8 синхронизации. .Кроме того, вторые входы элементов И-ИЛИ 18 соединяются через N полюсов переключателя 22 на корпус а третьи входы элементов И-ИЛИ 18 соединены между собой и подключ ются на корпус через (N+l пoлюc . переключателя 22. Кроме того, для развязки цепей по высокой частоте на входах ключе 3 включены относительно корпуса конденсаторы 23, а для развязки по низкой частоте на высокочастотном входе сумматора 4 - индуктивность 24{L). На принципиальной схеме возможной реализации(фиг. 2) выход сумматора 4 соединен с низкочастотными его входами через резистор 25-(Р,-) , ас высокочастотным - через первый допол нительный резистор 26 (, с jcopnyсом он соединен через второй дополнительный резистор 27(К,в); Блок 8 cинxpoI изaции работает следующим образом. . Входной высокочастотный сигнал сложной формы и с частотой следования fg поступает на вход блока 8 синхронизации. В блоке 8 синхронизации формируются импульсы для управления ключами 3 с частотой следования преобразованного напряжения, сдвинутые один относительно другого во времени, равном периоду TC следования строб-импульссов, а также импульсы короткой длительности (строб-импульсы)с, частотой следования f .Причем частоты gjj, „р засинхронизированы и отвечают условию (1 ). Для формирования этих импульсов в 8 синхронизации использована система фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, содержащая смеситель 9, фазовый детектор 10, опорный генератор 11, перестраиваемый генератор 12, формирователь 13 строб-импульсов и обеспечивающая трансформацию высокочастотного спектра в область низких частот, например „р 2.0 кГц. Преобразование высокочастотного сигнала, (-дц происходит в смесителе 9. Короткие стробирующие импульсы, которые управляют работой смесителя 9, вырабатывают формироззателем 13 строб-Импульсов. Частота следования стробирующих импульсов задается генератором 12, перестраиваемым напряжением с вькода фазового детектора 10, умножающего сигнал, промежуточной частоты fpp на сигнал с опорного генератора 11. Сформированный низкочастотный сигнал промежуточной частоты fnp снимается с выхода смесителя 9 и усиливается в усилителе-ограничителе 14, далее он, поступает на дифференцирующую цепочку 15. С выхода дифференцирующей Цепочки 15 снимаются импульсы короткой длительности 0, МКС и частотой следования. .7 . равной „р . Эти импульсы поступают на вход установки .в ноль УО счетчика 16. При поступлении этих импул сов счетчик 16 устанавливается в ноль. На счетньЙ вход счетчика 16 поступают импульсы с частотой следо вания fс причем f порядка 1 МГц, и снимаемые с выхода перет страиваемого генератора 12. При поступлении этих импульсов счетчик 16 суммирует их. При поступлении продифференцированного короткого импульса счетчик Г6 устанавливается в ноль, т.е.- осуществляется синхронное заполнение времени равнь1М :периоду Трр следования продифферен1 цированных .импульсов периодом Т. /следования строб-импульсов. Это поз воляет осуществлять выборку N-ro импульса длительностью TC с частотой следования fnp заСинхронизированного с .частотой fg,( .преобразу МОго напряжения. Такую выборку осуществляет дешифратор 17. С каждой его N-й шины снимается импульс цлительностью .Тр и с частотой повторения, fnp , причем импульс, снимаемый с его N +1-и шины, сдвинут относительно .N-й шины на время,равное Тс,т.е. формируются управ ляющие импульсы, разнесенные во ,врв мени ни TC и с частотой следования . fnp .-; Для обеспечения многократного стробирования в одну точку эти имПульсы поступают на элементы И-ИЛ 18; Такой режим осуществляется однополюсным (N+1)-позиционным переключателем 22, причем его выход ная клемма подключена на корпус. Например, на фиг. 3 переключатель 22 находится в положении., следова тельно, дано разрешение выхода импульсов с частотой следования „ и длительностью Т только По первому выходу блока 8 синхронизации. При положении переключателя 22 в одном из своих N-x пол.ожений дается разрешение На сравнение мгновенного значения преобразуемого напряжения и амплитуды сформированного опорного импульса. Если .переключатель 22 находится в положе нии N+1 , fo дается, разрешение выхо да импульсов с частотой следования f,p- и длительностью Т(. последовательно по каждому из N выходов ёлока 8 синхронизации. В этом поло18жении переключателя 22 дается разрешение .на съем информации. . Сформированные управляющие импульсы, снимаемые с вь1хода элемента И-ИЛИ 18, постзшают через элемент И-НЕ 19 и линию 20 задержки на формирователь 21 строб-импульсов. На .выходе формирователя 21 формируются короткие стробирующие импульсы длительностью 100-200 НС и с частотой следования .fnp . Эти импульсы и- поступают на выход стробирующих импульсов Вых си блока 8 синхронизации. / Таким образом, блок 8 синхронизации осуществляет формирование строби эующих импульсов засинхронизированных с преобразуемым напряжет нием, и формирует N разнесенных во времени управляющих импульсов определенной д пительности и засинхронизированных со стробирующими импульсами. V. .. ;,.-. ... ; . Устройство, реализующей способ преобразование напряжений с трансформацией временного масштаба, работает следующим образом. , Постоянное напряжение, снимаемое с источника I опорного напряжения, . поступает jta входы управляемых атте- . нюаторов 2. Казвдым из.них можно изменять значение постоянного напряжения. Это постоянное напряжение поступает на ключ 3. Далее, , управляющими импульсами, разнесенными во . времени и снимаемьши d выхода блока 8синхронизации, коммутируются ключи 3. На в ыходе ; этих ключей, т. . на каждом низкочастотном входе сумматора 4, формируются N разн:есенных во времени опорных импульсов определенной длительности, засинхронизированных со стробирующими импульсами и преобразуемым напряжением. Причем временной сдвиг равен периоду следования строб-импУЛьсов Tj, или является кратным,ему.при многократном стробировании. Длительность импульса может быть t , Т, а частота следования равна fnp .. В сумматоре 4 суммируют каждый из этих опорных импульсов с преобразуемым высокочастотным напряжением причем переключатель 22 находится н одном из своих N-X положений, поступающим на высокочастотный его вход. В , если Rt, RQI коэффициенты передачи по высокочас- Л 9 тотному и низкочастотному сигналам будут одинаковы. Просуммированное напряжение поступает на вход стробоскопическо преобразователя 5, где оно стробируется импульсами короткой длитель ности. В .момент времейи стробирова ния сравнивается мгновенное .значение преобразуемого высокочастотног напряжер я с амлитудой U N-ro опорн-ofo импульса. В случае их HejpaBeHCfBa запоминают мгновенное значение просуммированного напряже ния, т.е. вьщеляют и запоминает разностное напряжение U.J . О неравенстве мгновенного значения преобразуемого высокочастотного напряжения амплитуде N-ro опорно импульса судят по нуль-органу 6. Тогда изменяют амплитудуО. М-го импульса аттенюатором 2 до тех пор, пока это ра:зностное напряжени ДЦ- не будет равно, нулю, т.е. нуль-орган 6 будет показывать ноль Это говорит о том, что амплитуда (J. N -го опорного импульса равна мгновенному значению преобразуемог высокочастотного напряжения в моме времени стробирования. Разрешение на формирование N-ro onojpHoro импульса в данном случае дает переключатель 22, которыйнаходится в своем N положении. А для формирования N-1 оставшихся опорных импульсов переключатель 22 последовательно переводится в положение N -1. 110 Сформированные таким образом импульсы несут информацию о мгновенном значении пр.еобразуемого напряжения. Съем информации производится с выхода фильтра 7, который не пропускает преобразуемое высокочастотное напряжение, причем переключатель 22 находится в положении N+1. Частота следования сформированных опорных импульсов равна f , период повторения их-равен fpp, а амплитуды сформированных импульсов несут информацию о мгновенных значениях преобразуемого высокочастотного напряжения. Таким образом, устройство реали- зующее способ,.обеспечивает трансформацию высокочастотного спектра преобразуемого напряжения в область низких частот. Предлагаемый способ позволяет преобразовьшать высокочастотное напряжение сложной формы в низкочастотное. При этом точность преобразования высока, так как .происходит компенсация мгновенных значений высокочастотного напряжения амплитудами сформированных опорных импульсов, -разнесенных во времени в моменты времени стробирования. Погрешность преобразования высокочастотного напряжения сложной формы в основном опеределяется количеством выборок мгновенных значений в периоде преобразуемого напряжения -и может достигать десятых долей процентов.

бло/( син ронизаци/и 8

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАП ЯЖЕНИЙ С ТРАНСФОРМАЦИЕЙ ВРЕМЕННОГО МАСШТАБА, заключающийся в. формировании стробирующих импульсов, засин.хронизированных с преобразуемым напряжением, стробировании просуммированного напряжения, запоминании ..мгновенных аначений просуммированных напряжений в моменты времени стробирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования напряжений сложной формы, формируют N разнесенных во времени опорных импульсов заданной длительности и засинхронизированных со стробирующими импульсами, суммируют каждый из этих опорных импульсов с преобразуемым напряжением, изменяют амплитуды опорных импульсов до тех пор, пока мгновенные значения § просуммированного напряжения в моменть времени стробирования не будут W равны нулю, и по ним судят о преобразуемом напряжении.

вбМ С1

фиг.З