Измеритель отношения амплитуд двух синусоидальных напряжений Советский патент 1986 года по МПК G01R19/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитудно-частотных характеристик четьфех- полюсников.

Цель изобретения - повьшение точности измерения.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, на фиг. 2 - пример реализации блока управления; на фиг.З - временные диаграммы работы блока управления.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 коммутаторы, усилитель 3 с детектором, третий коммутатор 4, блок 5 выборки-хранения, дифференциальный усилитель 6, управляе- Ю.1Й генератор 7 кодов, источник 8 опорного напряжения, цифроаналого- вый преобразователь (ЦАП) 9, блок 10 управления, блок П оперативной памяти, вычислительный блок 12, первый 13 и второй J4 входы и выход 15 устройства.

Измеряемые напряжения U, и Ug . подаются на входы коммутатора 1, выход которого соединен с первым входом коммутатора 2, к второму входу которого через ЦДЛ 9 подключен источник 8 опорного напряжения. Выход коммутатора 2 через усилитель 3 с детектором соединен с входом коммутатора 4, первый выход которого через блок 5 выборки-хранени соединен с первым входом дифферен- хщального усилителя 6, а второй выход - с вторым входом последнего. Выход дифференциального усилителя 6 подключен к первому входу управляемого генератора 7 кодов, выход которого соединен с вторым входом ЦАП 9 и первым входом блока t1 оперативной памяти, причем выход последнего соединен с информационным входом вычислительного блока 12 Выходы блока 10 управления подключены к управляющим входам коммутаторов 1,2 и 4, блока 5 выборки-хранения, управляемого генератора 7 кодов, блока П оператманой памяти И; вычислительного блока 12.

Блок управления содержит D-триг геры 16 и 17, элементы И 18-20,элементы НЕ 21-22, О-триггеры 23 и 24, а также генератор 25 тактовых импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Измерение отношения напряжений производится за четыре такта.

, В первом такте блок 10 управления обеспечивает подключение напряжения и, на вход усилителя 3 с детектором. Результат U( преобразования запоминается в блоке 5 выборки-хранения и определяется выражением

0,г-и,-Ц,, (1)

где К - коэффициент передачи усилителя 3 в первом такте.

При наличии нелинейности амп- дитудной характеристики усилителя 3 и неравномерности его амплитудно- частотной характеристики коэффициент его передачи является функцией

амплитуды и частоты сигнала на входе усилителя 3

Н5э(и.,ыл1, (-)

0

5 где К,,-, номинальное значение коэффициента передачи усилителя 3,

,(и,, щ) - относительная погрешность коэффициента передачи усилителя 3 при амплитуде входного сигнала и, и частоте сигнала м,,

Во втором такте напряжение U источника 8 опорного сигнала с частотой со, через ЦДЛ 9 поступает на второй вход дифференциального уси- ли тел я 6, на первь й вход которого поступает напряжение Uj. с выхода блока 5 выборки-хранения. Напряжение с выхода дифференциального усилителя 3 при наличии разрешающего сигнала от блока Ю управления на управляющем входе управляемо- то генератора 7 кодов производит изменение выходного кода этого блока и, соответственно, коэффициента передачи ЦАП 9 до выравнивания значений напряжений U и вхо- дах дифференциального усилителя 6. Выходной код NJ управляемого, генератора 7 кодов по окончании второго такта зaпo aiнaeтcя в блоке 11 оперативной памяти. При этом напряжение 5 и4- на втором входе дифференциального усилителя 6 в конце второго такта, определяется выражением

Uz.- и,- (3)

где К „j - коэффициент передачи ЦАП 9 в конце второго такта.

N,

92 М,

HS,(N,,co, ()

(, (5)

где N, и N - управляюпщй код и

максимальное значение кода на входе ЦАП 9; ,) Wo) - относительная погрешность коэффициента передачи ЦАГГ 9 при управляющем коде N, и частоте сигнала ш. Из выражений (l-)(5), пренебрегая погрешностью выравнивания напряжений и, и и., можно записать

ы.и&з(ЦьЦИ1 - , .8,(N,,w,n-D.S,(U,.coo)l

В третьем такте производится запоминание в блоке 5 выборки-хранения напряжения U,.являющегося результатом преобразования усилителем 3 напряжения и, определяемое по аналогии с и,- выражением

. Uj.--U2- H- 5(U.t)- (7)

«

В четвертом такте по аналогии с вторым производится уравновешивание ;этого напряжения и запоминание кода N в блоке 11 оперативной памяти .

Nm W,-N -

(S,lUi,w,)

i + L(H,,u. D48j{U,,M

По окончании четвертого такта вычислительный блок 12 по команде от блока 10 управления проводит вычисле ние отношения кодов N, и Ng, которое с учетом малых значений относительных погрешностей имеет вид N, и, г

-jj; iJ - 4 9lN,.,(N,,Uo),,.(U,,u«)- S3itJna)c,)45(Ui,u,)l5. (9)

Как следует из выражения (9), первая составляющая погрешности предлагаемого устройства определяется нелинейностью ЦАП 9, которая на фиксированной частоте сигнала может быть сведена с помощью известных технических решений, например индуктивных делителей, к пренебрежимо малой величине. Вторая и третья составляющие погрешности предлагаемого устройства определяются нелинейностью участка U, Uj ампли

15036

тудных характеристик усилителя с детектором на частотах входного со и опорного Qg сигналов. В соответствии с изложенным выражение (9) 5 можно записать как

,(N«.-,-/.l

,0 где (У-; j - частотная неравномерность нелинейное-, ти амплитудной характеристики усилителя с детектором. Перегруппировав члены вьфажения

15

(9), получаем

I

5.ф,1м.,со,)-8Л«,.со,Х,(и,.а).Ь

.20 ,,,(U,,co,-S,(U,.COo)lV (11)

Отсюда по аналогии с выражением (Ю) можно записать

W. и, г „ /ы« и,

Nl-IT/

р W ип

(12)

где

л /Ы, (J,

«1 ; иГГ

отклонение частот

ной характеристи- 30 ки усилителя с

детектором при изменении амплитуды входного

:сигнала.

35 Из выражений (Ю) и (12) следует

л о /и, ОИ (со, У

- 4-o; j 4475 Ual(13) Ui (14)

В сравнении со значениями пог- рещности амплитудной характеристики усилителя с детектором или не- 45 равномерности его амплитудно-частотной характеристики рассматриваемая погрешность является величиной следующего порядка малости.

Блок управления работает следую- 50 щим образом.

При отсутствии сигнала Пуск на выходе Q триггера 23 формируется сигнал О, запрещакяций работу триггеров 16, 17 и 24. Сигнал О с 55 выхода; Q триггера 24 формирует на выходах элементов И 18-20 сигнал о. При поступлении сигнала Пуск на выходе Q триггера 23 появляется

сигнал 1, разрешающий формировани выходных сигналов блока управления в соответствии с диаграммой на фиг. Выходные сигналы блока управления поступают на обозначенные в скобках блоки измерителя отношения по схеме на фиг.1.

В режиме однофазового измерения отрицательным перепадом сигнала Ujg( с выхода элемента И 19 обеспечиваются перевод триггера 23 в состояние О на выходе Q и останов работы схемы.

Блок управления обеспечивает возможность проведения циклических измерений путем подачи.на вход Пуск сигнала О, непрерывного на время проведения циклических измерений.

Формула изобретени

Измеритель отношения амплитуд двух синусоидальных напряжений, содержащий первьш коммутатор, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, блок управле- ния, первый выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора, вычислительный блок выход которого является вьпсодом устройства, а первый вход подключен к второму выходу блока управления, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель и усилитель с детектором, отличающийс я тем, что,с целью повышения точ- измерения, в него дополнительно введены второй и третий комму- таторы, блок выборки-хранения, управляемый генератор кодов, цифро- аналоговый преобразователь и блок оперативной памяти, причем выход первого коммутатора соединен с первым входом второго коммутатора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, к первому входу которого подключен источник опорного напряжения, выход второго коммутатора через усилитель с детектором подключен к входу третьего коммутатора, первый выход которого связан с первым входом блока выборки-хранения,.выход которого соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с вторьм выходом третьего коммутатора, а выход - с первым входом управляемого генератора кодов, выход которого связан с вторым входом цифроаналогового преобразователя и первым входом блока оперативной памяти, выход которого подключен к

второму входу вычислительного блока, третий выход блока управления подключен к управляющему входу второго коммутатора, четвертый - к управляющему входу третьего коммутатора, пятый - к второму входу блока выборки-хранения, шестой - к второму входу управляемого генератора кодов, а седьмой - к второму входу блока- оперативной памяти.

Редактор А. Огар

Заказ 903/53Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фи&.2

Фиг.}

Составитель В.Савинов

Техред Т.Тулик. Корректор С.Шекмар

Изобретение может быть использовано для измерения амплитудно-частотных характеристик четьгрехполюсни- ков. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит коммутаторы 1,2 и 4, усилитель 3 с детектором, блок 5 выборки-хранения, дифференциальный усилитель 6, управляемый генератор 7 кодов, источник 8 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 9, блок Ю управления, блок 11 оперативнрй памяти, вычислительный .блок 12, входы 13 и 14 и выход 15 устройства. В описании даны математические формулы для определения кодов управляемого генератора кодов, временные диаграммы работы блока 10 управления и приведен пример его реализации. 3 нл. (Л с /