Устройство для определения средних значений сигналов (его варианты) Советский патент 1985 года по МПК G01R19/00 

входов дифференциального усилителя, другой вход которого подключен к выходной шине и к выходу гиперболического преобразователя, а выход к первому сигнальному входу ключа, второй сигнальный вход ключа, соединен с выходом аналогового запоминающего блока, а выход - с сигнальным входом второго интегратора.

90271

выход второго интегратора подключен к входу гиперболического преобразователя и к сигнальному входу аналогового запоминающего блока, а вход сброса - к шине сброса, управляющие входы первого интегратора, аналогового запоминающего блока и второй управляющий .вход ключа соединены с шиной управления.

1. Устройство для определения средних значений сигналов, содержащее первый интегратор, гиперболический преобразователь, входную и выходную шины, шины управления и сброса, первый ключ, блок управления, соединенный первым выходом с шиной управления, вторым входом с шиной сброса, а выходом с первым управляющим входом первого ключа, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений, быстродействия и технологичности изготовления, а также снижения габаритов и массы, в него введены дифференциальный усилитель, аналоговый запоминающий блок, второй интегратор, второй ключ, а первый ключ выполнен трехпозиционным, причем выход первого интегратора соединен с одним из входов дифференциального усилителя, другой вход которого подключен к выходной шине и к выходу гиперболического преобразователя, а выход - к первому сигнальному входу первого ключа, второй сигнальный вход первого ключа соединен с вьгходом аналогового запоминающего блока, а выход - с сигнальным входом второго интегратора, сигнальный вход первого интегратора через второй ключ подключен к входной шине, вькод второго интегратора соединен с входом гиперболического преобразователя и с сигнальным входом аналогового запоминающего блока, входы сброса обоих интеграторов подключены к шнне сброса, а управляющие входы аналогового запоминающего блока, второго ключа и второй управляющий вход первого ключа соединены с шиной управления. 2. Устройство для определения средних значений сигналов, содержа-. щее первый интегратор, сигнальный вход которого подключен к входной шине,гиперболический преобразователь, выходную шину, шины управления и сброса, ключ, блок управления, соединенный первым входом с шиной управления, вторым входом с шиной сброса, а выходом с первьм управляющим входом ключа, отличающееся Tehi, что, с целью повышения точности измерений, быстродействия и технологичности изготовления, а также снижения габаритов и массы, в него введены дифференциальный усилитель, аналоговый запоминающий блок, второй интегратор, а электронный ключ выполнен трехпозиционным, причем выход первого интегратора соединен с одним из

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования, например, в установках технической диагностики по спектральному составу шумов при сокращенном объеме данных. Цель изобретения - повьшение точности измерения , быстродействия и технологичности изготовления, а также снижение габаритов и массы. На фиг.1 представлена функциональная схема первого варианта пред лагаемого устройстваi на фиг.2 а-ж временные диаграммы сигналов на выходах отдельных составных блоков; на фиг. 3 и 4 - возможные конструктивные реализации гиперболического преобразователя; на фиг.5 - конструктивная реализация аналогового запоминающего блока на фиг.6 - фун циональная схема второго варианта предлагаемого устройства. В состав первого варианта .устрой ства (фиг.1) входят интеграторы 1 и 2, дифференциальный ус1«1итель 3, гиперболический преобразователь 4, блок 5 управления, представляющий собой генератор импульсов с внешней синхронизацией и обеспечивающий . задержку генерируемых импульсов относительно импульсов синхронизаци аналоговый запоминакяций блок 6, трехпозиционный ключ 7, ключ 8, входная шина 9, выходная шина 10, шина 11 управления и шина 12 сброса В состав второго варианта устройства (фиг.2) входят те же блоки за исключением ключа 8. В первом варианте устройства (фиг.1) первый вход блока 5 управления соединен с шиной 11 управлеНИН, второй вход с шиной 12 сброса, а выход - с первым управляющим входом ключа 7. Выход интегратора 1 соединен с одним из входов дифференциального усилителя 3, другой вход которого подключен к выходной шине 10 и гиперболического преобразователя 4, а выход - к первому сигнальному входу ключа 7. Второй сигнальный вход ключа 7 соединен с выходом аналогового запоминающего -блока 6, а выход - с сигнальным входом интегратора 2. Сигнальный вход интегратора 1 через ключ 8 подключен к входной шине 9. Выход интегратора 2 соединен с входом гиперболического преобразователя 4 и с сигнальным входом аналогового запоминающего блока 6. Входы сброса , интеграторов 1 и 2 подключены к шине 12 сброса, а управляющие входы аналогового запоминающего блока 6, ключа 8 и второй управляющий вход ключа 7 соединены с шиной 11 уп- равления. Во втором варианте устройства (фиг.6) имеют место те же функциональные связи составных блоков, за исключением связей интегратора 1, сигнальный вход которого соединен непосредственно с входной шиной 9, а управляющий вход подключен к шине 11 управления. В одной- из возможных модификаций гиперболический преобразователь 4 может быть вьшолнен, например, в виде последовательно включенных преобразователя 13 (фиг.З) напряжения в частоту следования импульсов и преобразователя 14 периода следования импульсов в напряжение. В другой модификации гиперболический преобразователь 4 может состоять из последовательно включенр1ых прео разователя 15 (фиг,4) напряжения в период следования импульсов и преобразователя 16 частоты следования импульсов в напряжение. Аналоговый запоминающий блок 6 может быть вьшолнен, например в ви ,последовательно включенных конденсатора 17 (фиг.5) и ключа 18, общий вывод которых является выход ным выводом блока 6. При этом сигнальный и управляющийвходы ключа 18 служат одноименными входами бло ка 6. Устройство по первому варианту (фиг.1)работает.следующим образом. В.исходном состоянии на шине 11 управления установлено напряжение нулевого уровня, и на шине 12 сбро са - напряжение уровня логической 1. При этом на выходе блока 5 управления устанавливаемся напряже ние нулевого уровня, в результате чего ключ 7 оказывается в нейтраль ном положении, при котором его вых не коммутирован ни с одним из сигнальных входов. Напряжение на вы ходах интеграторов 1 и 2 отсутствует из-за наличия управляющих напряжен на их входах сброса (фиг.2.,м). В момент времени Ьц характеризующий конец стадии подготовки к измерению, уровень напряжения на шине 12 сброса изменяется с логиче кой 1 до логического О (фиг.25 При этом напряжения на выходах интеграторов 1 и 2 сохраняются нулевыми. В момент времени t на шину 11 управления подается управляющий импульс напряжения уровня логической 1 (фиг.2Ь), который поступае на первый вход блока 5 управления, на управляющий вход-аналогового запоминающего блока 6, на второй управляющий вход ключа 7 и на управляюпщй вход ключа 8. В течение времени действия управляющего импульса длительностью Т ключ 7 с момента г, переключается из нейтрального в первое рабочее состояние, при котором его выход замыкается с первым сигнальным вхо дом. Под действием сигнала на управляющем входе аналоговый запоминающий блок 6 обеспечивает равенство потенциалов.на втором сигнальном входе ключа 7 и на выходе интегратора 2. В приведенном примере реализации аналогового запоминающего блока 6 (фиг.5) равенство потенциалов реализуется, например, замыканием ключа 18. Ключ 8с момента i( замыкается, подключая сигнальный вход интегратора 1 к входной шине- 9. С момента i, исследуемый сигнал (jg (фиг.2а), поступая с входной шины 9 на вход интегратора 1, интегрируется последним, в результате чего напряжение на выходе интегратора 1 с момента i| изменяется согласно формуле и,, 1 1, - постоянная -интегрирования интегратора 1; i, - время, отсчитанное от момента it. С выхода интегратора 1 напряжение 11( поступает на входы дифференциального усилителя 3, ключа 7, . интегратора 2 и гиперболического преобразователя 4, образующих замкнутую цепь автоматического слежения выходного напряжения на шине 10 за напряжением на первом аналоговом входе дифференциального усилителя 3, являющемся входом перечисленной группы блоков. По окончании действия управляющего импульса на шине 11 управления (следовательно, и на первом входе блока 5 управления, на втором управляющем входе ключа 7, на управляющем входе запоминающего блока 6 и на управляющем входе ключа В) в .момент 2 ключ 7 переключается в нейтральное положение, при котором его выход не скоммутирован ни с одним из сигнальных входов. Ключ 8 размыкается, а аналоговьп запоминакнций блок 6 переводится в режим хранения выходного напряжения. В примере реализации (фиг.5). этот режим обеспечивается размыканием ключа 18. При этом потенциал конденсатора 17 сохраняется неизменным. В момент iy напряжение на выходе интегратора 1 равно величине

интеграла напряжения сигнала Ш за время усреднения Т:

т

(2)

UA l lbsJb jUgJt,

И сохраняется неизменным (фиг.24) Напряжение на выходе интегратора 2 в момент определяется величиной

(3)

МУ .

Ji

где и - константа, определяемая коэффициентом передачи блока 4,

и/ - напряжение на выходе ана

.логоврго запоминающего

блока 6.

Спустя временной интервал задержки ,о|. после окончания управляющего импульса на первом входе блока 5 управления, последний с момента времени

(4)

формирует на своем выходе, импульс напряжения уровня логической едийицы (фиг.2 ) до момента времени

(5)

длительностью

л

..-kT

01А

где k - масштабный коэффициент, выбираемый из условий быстродействия устройства. Сформированный блоком 5 импульс напряжения поступает на первый управляющий вход ключа 7. В течение действия данного импульса с момента ij ключ 7 переключается из нейтрального во второе рабочее положение, при котором его выход соединяется с вторым сигнальным входом...

При этом выход аналогового запоминающегр блока 6 подключается к iaxoSy интегратора 2, обеспечивая Ё момента ij линейное изменение напряжения на его выходе:

lla(.),

(7)

где 2. постоянная интегрирования интегратора 2,

Напряжение U д,, на выходе ги-. перболического преобразователя 4 и на выходной шине 10 изменяется с момента т. в соответствии с вьфажением

fi

(8)

. и,

zUH..

uw U ч t- 3 J

В момент времени i, отстоящий от момента времени на величину

€.Ц-1,.кт-г,д,

5 значение напряжения Ug, определяется как

(9)

и

)

Подставив в выражение (9) знаение Ug из выражения (3), получаем

АU, (10)

и.

Jlfulllb r . -Г- эо,

-()

и

I г .

Подставив в выражение (10) значение и ИЗвыражения (2), получаем30.Т (11)

л

L-i

и«Н.

,кТ-С,о1

Если выбратьSj С,ад С , то вьфажение (11) для выходного напряжения Нейк сводится к виду ..

м ()

Uebi.. I ° .

Из вьфажения (12) следует, что величина напряжения , на выходе гиперболического пр.еобразователя 4 и на выходной шине 10 в момент времени окончания импульса напряжения с выхода блока 5.управления пропорциональна среднему значению исследуемого сигнала Ug за время усреднения Т.

С момента времени ключ 7 возвращается в нейтральное положение, при котором его выход не скоммутирован ни с одним из сигнальных входов, и напряжение , выходной шине 1Q сохраняется в течение

времени индикации , (фиг.2е). Ь

При необходимости выделения среднего значения сигнала Ug за другое время усреднения или произведения нового цикла усреднения сигнала в другом интервале времени производится приведение интегратора 1 и 2 к начальным нулевым условиям, что реализуется путем подачи на шину 12 сброса в момент времени импульса напряжения уровня логической 1 (фиг.2&)который поступает на второй сбросовы вход блока 5 управления и на входы сброса интеграторов 1 и 2. При это напряжения на выходах интеграторов 1 и 2 падают до нулевого уровня. Если время отключения ключа 7 меньше времени реакции дифференциального усилителя 3 в цепи сброс интегратора 1, то выходная информация устройства не, искажается, Устройство по второму варианту (фиг.6) повторяет работу устройств по первому варианту за исключением работы интегратора 1 в интервале времени от t, до Ь-г , В данном случае интегратор 1 находится в сброшенном состоянии при отсутстви импульса управления на его управляющем входе. 718 По отношению к известному техническому решению предлагаемое устройство имеет более высокую точность, поскольку используемый гиперболический преобразователь 4 реализует более точную гиперболическую зависимость выходного напряжения от входного, не зависящую от времени, вследствие того, что в предлагаемом устройстве отсутствует неопределенность в моментах времени формирования выходного напряжения, обратно пропорционального входному. Применение гиперболического преобразователя 4 в цифровом исполнении позволяет существенно повысить технологичность изготовления устройства и снизить его габариты и вес. Отсутствие в процессе работы предлагаемого устройства отдельной операции по выборке результирующего напряжения, пропорционального среднему значению исследуемого сигнала, обеспечивает высокое быстродействие .

фаг.З

ФагЛ