Цифровой измеритель уровня Советский патент 1985 года по МПК H04B3/46 

ляется вход элемента НЕ, а инверсные выходы первого и второго триггеров смены знака подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу второго элемента И.

1. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ по авт. св. № 361527, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерений путем устранения ошибок при переключении диапазонов уровней измеряемого сигнала, в него введен блок установки кода, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы и первый и второй выходы которого соединены соответственно с выходом второго опорного Логарифмического преоб разователя, с управляющим выходом узла.выбора чувствительности, со счетчиком диапазо1;ов, с импульсным, потенциальным и дополнительным выходами и с первым и вторым дополнительными входами времяцифрового преобразователя, третий дополнительный вход которого соединен с вькодом второго опорного логарифмического преобразователя, а времяцифровой преобразователь содержит последовательно соединенные генератор счетных импульсов, элемент И, счетчик импульсов и триггер переполнения, последовательно соединенные дешифратор и ищщкатор, а также формирователь импульсов сброса и т риггер незаподнения, при этом выходы разрядов счет чика импульсов подключены к соответствующим входам дешифратора, выход формирователя импульсов сброса подключен к входам установки нуля счетчика импульсов и триггеров переполнения и незаполнения, выходы которьк являются соответственно импульсным и потенциальным выходами времяцифрового преобразователя, дополнильным выходом, входом и первым, вторым . и третьим дополнительными входами которого являются соответственно выход формирователя импульсов сброса, второй вход элемента И, объединенный с входом установки единицы триггера незаполнения, первый и второй входы ,. СО установки кода счетчика импульсов и вход формирователя импульсов сброс са. 1. . - .--- . : 2. Измеритель по п. 1, о т л и- чающийся тем, что блок уста- новки кода содержит формирователь импульсов установки, первый и второй триггеры смены знака, элемент НЕ, |i элемент ИЛИ и первый и второй элеGb менты И, при этом выход формировате00 ля импульсов установки, вход которого является первым входом блока установки кода, подключен к первым вхо- . дам первого и второго элементов И, вторые входы и выходы которых являются соответственно третьим и четвер тым входами и перйым и вторым выхода;МИ блока установки кода, вход и выход :элемента НЕ соединены со счетными входами соответственно первого и второго триггеров смены знака, объединенные входы установки нуля которых являются пятым входом блока установки кода, вторым входом которого яв

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в технике проводной связи для измерения уровня сигнала.

По основному авт. св. № 361527 5 известен цифровой измеритель уровня, содержащий управляемьй усилитель, детектор, управляющий мультивибратор измерительный логарифмический преобразователь напряжения во временной интервал, времяцифровой преобразователь со счетчиком импульсов, узел выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, первый и второй опорные логарифмические преобразователи, 5 узел вычитания временных интервалов и коммутатор сигналов переключения, причем выход управляющего мультивибратора соединен одновременно с входом измерительного логарифмического пре- 20. образователя и с входами первого и второго опорных логарифмических преобразователей, ВЫХОДЫ трех логарифмических преобразователей подключены к соответствзтощим входам узла вычи- 25 тания временных интервалов, кроме того, выход второго опорного логарифмического преобразователя соединен с зондирующим входом коммутатора сигналов переключения, к импульсному 30 и потенциальному входам которого подключен через времяцифровой преобразователь выход узла вычитания временных интервалов, а выходы коммутатора сигналов переклнзчения подключены IJ соответствующим входам узла выбора чувст вительности со счетчиком диапазонов, управляющий выход последнего дновременно подключен к входам зла вычитания .временных интервалов 40 коммутатора сигналов переключения, к запретным входам которого подклюены соответствующие выходы узла выбора чувствительности со счетчиком иапазонов i 45

Недостатком известного цифрового измерителя уровня является невысокая

достоверность результатов измерения вследствие ошибок, обусловленных процессом автоматического переключения диапазонов уровней измеряемого сигнала, из-за чего возникает необходимость специально оговаривать в инструкциях, как именно при этом отсчитьгоать показания, в противном случае это приводит к значительным ошибкам. Особенно этот недостаток проявляется при измерении быстроизменяющихся уровней, приводящих к частому переключению диапазонов В этих случаях отсчет показаний цифрового индикатора значительно затрудняется, вероятность ошибки при отсчете увеличивается. Для получения достоверных результатов измерений требуется дополнительное время, что приводит, в конечном итоге, к снижению производительности труда.

Цель изобретения - повьшение достоверности результатов измерений путем устранения ошибок при переключении диапазонов уровней измеряемого сигнала.

Цель достигается тем, что в цифровой измеритель уровня, содержащий управляемый усипитель, детектор, управляющий мультивибратор, измерительньй логарифмический преобразователь нацряжения во временной интервал, времяцифровой преобразователь со счетчиком импупьсов, узел выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, первый и второй опорные логарифмические преобразователи, узел вычитания временных интервалов и коммутатор сигналов переключения, причем выход управляющего мультивибра-. тора соединен одновременно с входом измерительного логарифмического преобразователя и с входами первого и второго опорных логарифмических преобразователей, выходы трех логарифмических преобразователей подключены к соответствующим входам уела нычитання временных интервалов, кроме того, выход второго опорного логарифмического преобразователя соединен с зондирующим входом коммутатора сигналов переключения, к импульсному и потенциальному входам которого подключен через времяцифровой преобразователь выход узла вычитания временных интервалов, а выходы коммутатора сигналов переключения подключены к Соответствующим входам узла выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, управляющий выход последнего одновре менно подключен к входам узла вьгчита ния временных интервалов и коммутато ра сигналов переключения, к запретным входам которого подключены соответствующие выходы узла выбора чувст вительности со счетчиком диапазонов введен блок установки кода, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы и первый и второй выходы которого соединены соответственно с .выхо дом, второго опорногологарифмическог преобразователя, с управляющим выходом узла выбора чувствительности со счетчиком.диапазонов, с импульсным, потенциальным и дополнительным выходами и с -первым и вторым дополни тельными входами времяцифрового преобразователя, третий дополнительный вход которого соединен с выходом второго опорного логарифмического преобразователя, и времяцифровой преобразователь содержит последовательно соединенные генератор, счетных импульсов, элемент И, счетчик импуль сов и триггер переполнения, последевательно соединенные дешифратор и ин дикатор, а также формирователь импульсов сброса и триггер незаполнения, при этом выходы разрядов.счетчика импульсов подключены к соответствующим входам дешифратора, выход формирователя импульсов сброса подключен к входам установки нуля счетчика импульсов и триггеров переполнения и незаполнения, выходы которы являются соответственно импульсным и потенциальным выходами времяцифрового преобразователя, дополнительным выходом, входом и первь1М, вторым и -третьим дополнительньми входами которого являются соответственно выход формирователя импульсов сброса второй вход элемента И, объединённый с входом установки единицы триг104гера незаполнения, первый и второй входы установки кода счетчика импульссов и вход формирователя нмпульЬов сброса. Блок установки кода содержит формирователь импульсов установк., первый и второй триггеры смены знака, элемент НЕ, элемент ИЛИ и первый и второй элементы И, при этом выход формирователя импульсов установки, вход которого является первьм входом блока установки кода, подключен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы и выходы которых являются соответственно третьим и четвертым входами и первым и вторым выходаьш блока установки кода, вход и выход элемента НЕ соединены со счетными входами соответственно первого и второго триггеров смены знака, объединенные входы установки нуля которых являются пятым входом блока установки кода, вторым входом которого является вход элемента НЕ, а инверсные выходы первого и второго триггеров смены знака подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу второго элемента И. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предпагаемого цифрового измерителя уровня; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип е.го работы. Цифровой измеритель уровня содержит управляемый усилитель 1, детектор 2, управляющий мультивибратор 3, измерительный логарифмический преобразователь 4 напряжения во временной интервал, времяцифровой преобразователь 5 со счетчиком импульсов, узел 6 выбора чувствительности со счетчиком диапазонов, первый 7 и второй 8 опорные логарифмические преобразователи, узел 9 вычитания временных интер валов, коммутатор 10 сигналов переключения и блок 11 установки кода содержащий формирователь 12 импульсов установки, первый 13 и второй 14 триггеры смены знака, элемент НЕ 15, элемент ИЛИ 16 и первый и второй элементы И 17 и 18, а времяцифровой преобразователь 5 содержит элемент И 19, генератор 20 счетных импульсов, счеТчик 21 импульсоЬ, формирователь 22 импульсов сброса, дешифратор 23, индикатор 24, триггер 25

переполнения- и триггер 26 незаполнения.

Цифровой измеритель уровня работает следующим образом.

Измеряемый сигнал подается на 5 вход цифрового измерителя уровня, усиливается управляемым усилителем 1, преобразуется детектором 2 в постоянный и поступает на вход измерительного логарифмического прёобразова- теля 4, управляемого циклозадающим управляющим мультивибратором 3 (диаграмма 1 , -фиг. 2). Этим же управляющим мультивибратором 3 управляются первый 7 и второй 8 опорные логарифмические преобразователи.

На измерительньй вход первого опорного логарифмического преобразователя 7 подается опорное напряжение UY, соответствующее нижней гра- 20 нице диапазона уровней измеряемого сигнала, а на измерительный вход второго опорного логарифмического преобразователя 8 - опорное найряение Uj- Измерительным и опорными 25 логарифмическими преобразователя 4, 7 л 8 соответственно формируются выходные 1шпульсы длительностью 11 цх 2, м cj (фиг. 2, диаграммы 2, 3, 4). Разностьо - D, выбирается экви- 30 валентной диапазону уровней измеряемого сигнала .

Длительность импульса связана с уровнем измеряемого- сигнала логарифмической зависимостью, длительйос-35 ти С, и с2 - фиксированные, их длительность определяется соответственно опорными напряжениями U ; и U.

Импульсы , 1 поступают на соответствующие входы узла 9 вьгаита- 40 ния временных интервалов, в котором логическими схемами, формируется импульс или импульс З-х щ 2, диаграммы 5 , 6 ). Формирование импульсов o или ,( 45 определяется сигналом знака, поступающим на узел 9 вычитания временных интервалов от узла 6 выбора чувствительности.

I ,.

Сочетание измерительного и двух 50 опорных логарифмических преобразователей 4, 7 и 8 с узлом 9 вычитания временных интервалов позволяет уменьшить погрешность преобразования .напряжения во временной интервал. 55

С выхода узла 9 вычитания временных интервалов, в зависимости от того, сигнал знака равен 1 или О,. импульс - л (обозначим его через t;j ) поступает на вход времяцифрового преобразователя 5, в котором с помощью элемента И 19 происходит заполнение этого импульса высокочастотными импульсами генератора 20 счетных импульсов. Число счетных импульсов, прошедшее за время 7 , подсчитывается счетчиком 21 импульсов, которьй предварительно перед началом измерения сбрасывается в исходное нулевое состояние импульсом сброса формирователя 22. Импульсы сброса (фиг. 2, диаграмма ) формируют формирователем 22 при запуске его по переднему фронту импульсами второго опорного логарифмического преобразователя 8. Вход формирователя 22 является третьим дополнительным входом времяцифрового преобразователя.

После подсчета числа счетных импульсов, соответствующего уровню измеряемого сигнала, счетчик 21 принимает определенное состояние, которое дешифрируется депифратором 23. Сигналы дешифратора поступают на индикатор 24, который отображает цифровой эквивалент зфовня измеряемого сигнала.

В зависимости от уровня входного измеряемого сигнала могут иметь место три случая:

г, О 1 .

л /л л ч I - при невыбранном 6. JL«

I диапазоне уровней;

0,-,- J - при выбранном диапазоне уровней.

В первом случае на вход времяцифрового преобразователя 5 импульс j, не поступает, а значит его счетчик 2 импульсов будет находиться в нулевом состоянии. Нулевое состояние счетчика определяется схемой дешифрации нулевого состояния, реализованной на триггере 26 незаполнения, на вход установки О которого поступает импульс сброса формирователя 22, а на вход установки 1 - сигнал t Выходной сигнал триггера 26 является выходным потенциальным сигналом незаполнения времяцифрового преобразователя 5.

Во втором, случае счетчик 21 импульсов времяцифрового преобразователя 5 переполняется. Это состояние счетчика определяется триггером 25 переполнения, на счетный вход которого поступает выходной сигнал старшего разряда счетчика 21, а на вход установки нуля - импульс сброса формирователя 22. Выходной сигнал триггера 25 является выходным импульсным сигналом переполнения времяцифрового преобразователя 5., .

Наличие выходных сигналов незаполнения и переполнения на выходе времяцифрового преобразователя 5 свидетельствует о невыбранном диапазоне измерения. Сигналы незаполнения и переполнения поступают соответственно на потенциальный и импульсньй входы коммутатора 10 сигналов переключения На этот же коммутатор 10 с узла 6 выбора чувствительности поступает сигнал знака, а также зондирунхций сигнал с выхода второго опорного

:логарифмического преобразователя 8. В результате логического взаимодействия входных сигналов коммутатора 10 в нем формируются сигналы переключения поступающие на суммирующий или вычитающий вход счетчика диа пазонов узла 6 выбора чувствительности. Под действием сигналов переключения, поступающих на суммирующий вход, диапазоны зфовней переключаются в направлении уменьшения . - Чувствительности управляемого усилителя 1, а под действием сигналов,

(поступающих на вычитающий вход, диапазоны уровней переключаются в направлении увеличения чувствительноети.

Диапазоны переключаются до тех пор, пока не будет выбран соответствующий диапазон. При этом будут отсутствовать сигналы незаполнения и переполнения на соответствующих выходах времяцифрового преобразователя 5 и будет иметь место упомянутый третий случай: Otty cj-t.

Управление чувствительностью происходит ступенчато (подйапазонно) под действием сигналов узла 6 выбора чувствительности. Эти сигналы также используются для формирования сигнала зндка, что, в частности, может быть осуществлено следующим образом.

Обозначим через N - число диапазонов уровней, которые использзпотся при измерении положительных уровней, т.е. превьппающих О дБ, а через М число диапазонов, используемых при измерении отрицательных уровней, т.е ниже О дБ. Эти диапазоны подсчитываются счетчиком диапазонов узла о в процессе их переключения. Определенное состояние этого счетчика соответствует выбранному диапазону. Число состояний счетчика диапазонов узла 6 равно N+M диапазонов. Все состояния от 1 до N объединяются одной логической схемой ИЛИ узла 6, а состояния от 1 до М - другой схемой ИЛИ узла 6. Наличие единичного сигнала, на выходе первой схемы ИЛИ узла 6 свидетельствует о положительном знаке измеряемого уровня, а наличие такого сигнала на выходе второй схемы ИЛИ узла 6 - об отрицательном знаке.

Если величина уровня измеряемого сигнала (уровень сигнала слишком мал или велик) выходит за пределы измерения прибора, то необходимо прекратить поступление сигналов переключения на вход счетчика диапазонов узла 6, зафиксировав таким образом состояние, соответствующее максимальной или минимальной чувствительнобти управляемого усилителя 1. Для этой цели служат сигналы, поступающие с N-ro и М-го вькодов узла 6 выбора чувствительности.

По окончании измерения, т.е. после окончания импульсаЗ 2 , формирователем 12 формируется с некоторой задержкой импульс установки кода (фиг.2 диаграмма 8). Задержка этого импуль-. са необходима для учета окончания

, - -у....

процессов счета импульсов в счетчике 21, в узле 6выбора чувствительности, а также процесса формирования сигнала знака.

Шпульс установки с формирователя 12 поступает на первый вход второго элемента И 18, на второй вход которого поступает сигнал незаполнения. При наличии на третьем входе этого элемента сигнала разрешения, импульс установки с его выхода (фиг. 2, диаграмма 11) поступает . на второй дополнительный вход времяцифрового преобразователя 5, который устанавливает в счетчике импульсов этого преобразователя такой код, при котором в каждом десятичном разряде отображается после измерения индикатором 24 1Ц1фра 9. Следует заметить, что сигнал разрешения, поступакяций с выхода элемента ИЛИ 16 на третий вход второго элемента И 18, имеет место лишь для случая, когда 9 не было смены знака (фиг. 2, диаграм ма 10), т.е. когда на счетных входах первого 13 и второго 14 триггеров не было перепада сигнала с О в 1 или с 1 в О. Первый 13 и второй 14 триггеры в начале каждого цикла измерения устанавливаются в исходное состояние импульсом сброса, поступающим с дополнительного выхода времяцифрового преобразователя 5, соединенного с выходом формиро вателя 22. При смене знака (фиг. 2, диаграмма 12) установка в счетчике 21 кодов 9 не требуется, так как в этом случае измеряемый сигнал проходит через точку О дБ и, следовательно, О дБ и должен отображаться. Для этой цели с помощью первого триггера 13 (фиг. 2, диаграмма 13О или элемента НЕ 15 и второго триггера 14, а также элемента ИЛИ 16 (фиг. 2, диаграмма 140 формируется сигнал запрета, поступающий на третий вход второго элемента И 18, который исклю чает появление на его выходе (фиг.2 10 диаграмма 15) импульса установки кода, а значит, и установку кода 9 в счетчике 21 импульсов. Импульс установки кода с формирователя 12 также поступает на второй вход первого элемента И 17. При наличии на его втором входе разрешающего сигнала переполнения на его выходе (фиг. 2, диаграмма 9 ) появляется импульс установки кода, поступающий ня первый дополнительный вход времяцифрового преобразователя 5 и устанавливающий в его счетчике 21 такой код, который фиксируется в этом счетчике в момент возникновения сигнала переполнения. Этот код деШифрируется, при этом отображается индикатором 24 соответствующее этому коду число.. Технико-экономическая эффективность цифрового измерителя уровня заключается в устранении ошибки при , отсчете показаний цифровых индикаторов и тем самым в порьшении достоверности результатов измерений.