Устройство для выделения постоянной составляющей переменного напряжения Советский патент 1985 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при контроле средних значений сигналов, например, в установках технической диагностики различных промышленных объектов по спектральному составу шумов и вибраций.

Известно устройство для вьщеления постоянной составляющей переменного напряжения, содержащее последовательно включенные интегратор, ключ и нелинейный преобразователь, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления J.

Недостаток известного устройства связан с низкой точностью, обусловленной невозможностыо использования начального участка характеристики нелинейного преобразователя, которая, имея характер изменения, приближающийся к гиперболическому, располагается на данном участке в области бесконечно больших величин.

МаиЬолее близким к предлагаемому является устройство для пьщеления постоянной составляющей переменного напряжения, содержащее первый и второй интеграторы, сигнальные входы которых через первый и второй ключи соединены соответственно с общим входом устройства и выходом источника опорного напряжения, блок деления, входы которого соединены с выходами интеграторов, шину управления, подключенную к соответствующим клеммам управляющих входов обоих ключей, шину сброса, соединенную с соответствующими клеммами входов сброса обоих интеграторов 2 J.

Недостаток указанного устройства также проявляется в невысокой точности из-за погрешностей, свойственных аналоговому блоку, деления, и нестабильности параметров последнего

Целью изобретения является повышение точности измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для выделения постоянной составляющей переменного напряжения, содержащее первый и второй интеграторы, сигнальные входы которых через первый и второй ключи соединены соответственно с общим входом устройства и выходом источника опорного напряжения, шину управления, подключенную к соответствующим клеммам управляющих входов обоих ключей, шину

сброса, соединенную с соответствующими клеммами входов сброса обоих интеграторов, введены компаратор,экспоненциальньй преобразователь и третий ключ, а второй ключ выполнен двухпозиционным, причем входы компаратора подключены к выходам интеграторов, а выход - к управляющему входу экспоненциального преобразователя, третий ключ включен в цепь между выходом источника опорного напряжения и питающим входом экспоненциального преобразователя, одна из клемм управляющего входа третьего ключа соединена с шиной управления, а дополнительная секция второго ключа включена в цепь между входом и выходом второго интегратора.

а фиг. t представлена функциональная схема предлагаемого устройства для выделения постоянной составляющей переменного напряжения, на фиг.2временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство содержит интеграторы 1 и 2 (фиг.1), электронные коммутационные ключи 3-5, из которых ключ 4 является двухпозиционным, источник 6 опорного напряжения, компаратор 7, экспоненциальньв преобразователь 8, шину 9 управления, шину 10 сброса. В состав интеграторов 1 и 2 входят соответственно масштабные резисторы 11 и 12, операционные усилители 13 и 14, конденсаторы 15 и 16 обратной связи и электронные разрядные ключи 17 и 18. Экспоненциальный преобразователь 8 состоит из конденсатора 19, параллельно которому через электронный разрядный ключ 20 включен резистор 21. Сигнальные входы интеграторов 1 и 2 чере.з ключ 3 и одну из секций ключа 4 соединены соответственно с общим входом устройства и выходом источника 6 опорного напряжения, а их - с входами компаратора 7. Выход компаратора 7 подключен к управляющему входу экспоненциального преобразователя 8 (к управляющему входу разрядного ключа 20). Ключ 5 включен в цепь меяаду выходом источника 6 опорного напряжения и питающим входом экспоненциального преобразователя 8. Шина 9 управления подключена к соответствую1цим клеммам управляющих входов ключей 3-5, шина 10 сброса соединена с соответствующими клеммами входов сброса интеграторов 1 и 2 (управ31ляющих входов разрядных ключей 17 и 18). Другая секция ключа 4 включена в цепь между входом и выходом интегратора 2. Устройство работает следующим образом. Пусть на вход устройства поступает сигнал ид(фиг.2а). В исходном состоянии на шине 10 сброса установлено напряжение U (фиг.26) уровня логической единицы, а на шине 9 управления- напряжение Од (фиг.2в) нулевого уровня. Нижняя секция ключа 4 замкнута, ключи 3 и 5 разомкнуты. Напряжения на выходах интеграторов 1 и 2 отсутствуют (в приведенном примере реализации интеграторов 1 и 2 отсутствие напряжений на их выходах обеспечивается, например, замыканием разрядных ключей 17 и 18). Экспоненциальный преобразователь 8 находится в режиме хранения предыдущего результата измерения (этот режим обеспечивается, например, размыканием разрядного ключа 20) . В момент времени , характеризующий конец стадии подготовки к изи,„ на мерению, уровень напряжения шине 10 сброса изменяется с логической единицы до логического нуля. При этом разрядные ключи 17 и 18 размыкаются, однако напряжения на выходах интеграторов 1 и 2 остаются нулевыми В момент времени t на шину 9 управления подается управляющий импульс Ug уровня логической единицы, который поступает на управляющие входы ключей 3-5. В течение времени действия управляющего импульса Од длительностью T -fcj верхняя секция ключаi 4 замкнута, ключи 3 и 5 замкнуты. С момента времени i исследуемый сигнал и, , поступая на вход интегратора 1, интегрируется последним, в результате чего напряжение (фиг.2г) на выходе интегратора 1 из- не меняется согласно выражениюна

.. 1

U, .Ugdt

0) 1; - постоянная интегрирования интегратора 1, определяемая 55 как t 3 R Q , где . 1 - сопротивление масштабного резистора 11;

. ,+Т

(з)4

Us lU,c.t K,U,

СЯ 12 C,j - емкость конденсатора 15, Ь - время, отсчитанное от момента -t . Напряжение U выходе интегратора 2 с момента времени t изменяется линейно в соответствии с выражениемLJ - постоянная интегрирования интегратора 2, определяемая 0 г как t-j К, , где R., - сопротивление масштабного - г r nr f frrrry резистора 12; - емкость конденсатора 16 и - опорное напряжение на выходе источника 6. Напряжения (i , 0 с выходов интеграторов 1, 2 поступают на соответствующие входы компаратора 7. При выполнении условия и, Uj Сз на выходе компаратора 7 появляется напряжение U- (фиг.2,3) уровня логической единицы. С момента времени -t до момента времени t выходное напряжение (J / /ч СФиг.2 ) экспоненциального преобразователя 8 равно опорному напряжению источника 6, поступающему через замкнутый ключ 5. Напряжение U , сформированное компаратором 7, замыкает разрядный ключ 20 и вводит экспоненциальный преобразователь 8 в подготовитечьный режим. По окончании действия управляющего импульса (Jg в момент времени -tg ключи 3 и 5 размыкаются, а ключ 4 переключается в исходное состояние с замкнутой нижней секцией. В момент времени i напряжение U выходе интегратора 1 равно величиинтеграл-а напряжения сигнала 1)с время Т усреднения К тр- - коэффициент пропорциогде нальности. В момент времени -t напряжение Uj на выходе интегратора 2 определяется величиной - коэффициент пропорди нальности. С момента времени -tj в течение всего последующего времени напрежени и сохраняется неизменным и равным и (tj 1 , а напряжение О изменяется согласно выражению Ml) U-ia) 2()(i3) В момент времени 4 напряжения н входах компаратора 7 сравниваются (Vt3) .r И В последующие моменты времени напряжение и на его выходе устанавли вается на уровне логического нуля. При этом разрядный ключ 20 размыкае ся. После размыкания ключа 5 в момен времени i,, и до размыкания ключа 20 в момент времени -t (в интервале вр мени г5() конденсатор 19 экспоненциального преобразователя 8 разряжается через резистор 21 и зам нутый ключ 20 по экспоненциальному закону (.f, 12 t - постоянная времени цепи тде разряда конденсатора 19, определяемая как где Rji сопротивление резистора 21; С,д - емкость конденсатора 19, К моменту времени i U достигает величины .(,). сохраняясь неизменным в последующие моменты времени до нового цикла измерений, поскольку ключи 5 и 20 после момента i разомкнуты. Можно показать, что при равенстве С; 2 величина напряжения Ug(,J является выделенным значением постоянной составляющей переменного напряжения t/g за время Т усреднения 8(t/iПри необходимости вьщеления постоянной составляющей переменного: напряжения за другое время усреднения или проведения нового цикла усреднения сигнала в другом интервале времени производится сброс выходных напряжений интеграторов 1 и 2 путем подачи на шину 10 сброса в момент t, импульса уровня логической единицы. Повышенная точность вьщеления постоянной составляющей переменного напряжения предлагаемым устройством обеспечивается отсутствием в его конструкции нестабильного аналогового блока деления.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый и второй интеграторы, сигнальные входы которых через первый и второй ключи соединены соответственно с общим входом устройства и выходом источника опорного на- пряжеш я, шину управления, подключенную к соответствующим клеммам управляющих входов обоих ключей, шину сброса, соединенную с соответствующими клеммами входов сброса обоих интеграторов., отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены компаратор, экспоненциальный преобразователь и третий ключ, а второй ключ выполнен двухпозиционньпу, причем входы компаратора подключены к выходам интеграторов, а выход - к управляющему входу экспоненциального п реобразователя, третий ключ включен в цепь между выходом источника опорного напряжения и питающим входом экс- 3 Поненциального преобразователя, одна СЛ из клемм управляющего входа третьего ключа соединена с шиной управления, а дополнительная секция второго ключа включена в цепь между входом и выходом второго интегратора.