Стробоскопический цифровой измеритель с автоматической коррекцией нелинейности преобразователя Советский патент 1986 года по МПК G01R13/02 

1218333

регистре на п разрядов и обнуление

информации на 2 в блоке 13 усредне- регистра после каждого цикла накоп- ния приращения используется сдв«г в ления. 1 ил.

резистивных делителей. При делении .

1

10

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть . использовано в автоматизированных

стробоскопических измерителях.

Целью изобретения является повыше- 5 ние точности измерения. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.

Устройство состоит из блока 1 автосдвига и формирования строб-импульсов, стробоскопического смесителя 2, усилителя 3 расширенного сиг- нала, интегратора 4 со сбросом предыдущего приращения, аналого-цифрового преобразователя 5, блока 6 вычис-. лений, цифроаналогового преобразователя 7 цепи коррекции, переменного

аттенюатора 8 цепи прямой связи, переменного аттенюатора 9 цепи обратной св-язи, цифроаналогового преобра- 20 зователя 10 цепи обратной связи,сумматора 11 приращений, переменного аттенюатора 12 цепи коррекции, блока 13 усреднения приращений, коммутатора 14, блока 15 выбора корректи- рованного значения сигнала, блока 16 выбора корректированного приращения, сумматора 17, блока 18 формирования корректируемых кодов, дешифратора 19

адреса блока, регистра 20 управле- . 30 кия режимами записи и коррекции, регистра 21 управления блоком автосдвига и регистра 22 управления блоком усреднения приращений.

Первый вход блока 1 автосдвига и 35 Формирования .строб-импульсов соединен С шиной сигналов синхронизации, а первый выход - с первым входом стробоскопического смесителя 2, второй вход которого соединен с шиной ис- 40 следуемого сигнала, а выход - с входом усилителя 3 расширенного сигнала. Первый выход блока 6 вычислений соединен с шиной выходного отображаемого сигнала. Регистр 20 управления 45 режимами записи и коррекции первым выходом подключен к третьему входу

блока 15 выбора корректированного значения сигнала, вторым - к третьему входу блока 16 выбора корректированного приращения, третьим шиной - ко входу блока 18 формирования корректируемых кодов, четвертым шиной - к третьему входу коммутатора 14, а первый вход подключен к первому выходу дешифратора 19 адреса блока, второй выход которого соединен с первым входом регистра 22 управления блоком усреднения приращений, третий вход - с первым входом регистра 21 управления блоком автосдвига, а вход соединен ШИНОЙ с третьим выходом блока 6 вычислений. Четвертый выход блока 6 вычислений подключен шиной на вторые входы регистра 22 управления блоком усреднения приращений,

: регистра 20 управления режимами записи и коррекции, регистра 21 управления блоком автосдвига, выход которого ПО шине соединен с вторым входом

.блока 1 автосдвига и формирования строб-импульсов, второй выход которого подключен к второму входу интегратора 4 со сбросом предыдущего, приращения, соединенного первым входом с выходом усилителя 3 расширенного сигнала, а выходом - со входом аттенюатора 8 цепи прямой связи, выход которого подключен ко входу аналого- цифрового преобразователя 5. Выход аналого-цифрового преобразователя 5 шиной соединен с первым входом блока 13 усреднения приращений, второй вход которого шиной соединен с выходом регистра 22 управления блоком усреднения приращений, а выход - с первым входом коммутатора 14, первый выход которого шиной подключен к первому входу блока 16 выбора корректированного приращения, выход которого оп1ной соединен со вторым входом коммутатора 14, а второй выход коммутатора 14 шиной подключен ко вхо.SZ. сумматора 11 прира1цений, выход

3

сумматора 11 приращений шиной соединен со входом цифроаналогового преобразователя 10 цепи обратной связи, с первым входом блока 6 вычислений и с первым входом блока 15 выбора корректированного значения сигнала, выход которого шиной соединен с втог рым входом блока 6 вычислений. Второ вход блока 6 вычислений шиной подключен к первому входу сумматора 17, выход которого соединен со вторым входом блока 15 выбора корректированного значения сигнала, а выход блока 18 формирования корректируемых кодов шиной подключен к второму входу блока 16 выбора корректированного приращения, к второму входу сумматора 17 и ко входу цифроаналогового преобразователя 7 цепи коррекции, выход которого подключен ко входу аттенюатора 12 цепи коррекции, выход которого соединен с третьим входом стробоскопического смесителя 2. Четвертый вход стробоскопического смесителя 2 соединен с выходом аттенюатора 9 цепи обратной связи, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 10 цепи обратной связи.

Аттенюаторы 8,9 и 12 выполнены на базе резистивных делителей.

Сумматор 11 приращений - сумматор типа 133ИМЗ, выход котор-ого подключен к регистру, например 133ИР13, а выход регистра соединен с вторым входом сумматора (блок суммирует и хранит в регистре поступающую информацию) .

Блок 13 усреднения приращений - схема аналогична сумматору 11 приращений, но для деления информации на 2 используется сдвиг в регистре на п разрядов и обнуление регистра после каждого цикла накопления.

Коммутатор 14 собран на мультиплексоре типа 533KII13.

Блоки 15 и 16 выбора корректированного значения сигнала и приращения организованы на ОЗУ типа К541РУ2 при этом адресная шина ОЗУ является первым входом блока выбора, а шина записи данных - вторым входом, информация о истинном значении сигнала хранится по адресу, код которого есть значение нескорректированного сигнала.

Сумматор 17 - микросхема типа 133ИМЗ.

to

20

18333 f

Блок 18 формирования корректируемых кодов выполнен на универсальном счетчике 533ИЕ7, который считает пос-; тупающие на его вход импульсы, вырабатывая на выходе коды ступенчатого пилообразного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы синхронизации поступают на вход блока 1 автосдвига и формирования строб-импульсов. На выходе блока 1 строб-импульсы, автоматически сдвигаемые во времени относитель- но сигнала синхронизации (сдвиг идет

., пачками импульсов в режиме усреднения приращений и по каждому следующему импульсу в обычном режиме), поступают на первый вход стробоскопического смесителя 2, где они считывают сигнал, поступающий на второй вход смесителя. На третий вход смесителя 2 приходит сигнал обратной связи, поэтому с выхода смесителя 2 сигнал, амплитуда которого пропорци-, ональна приращению сигнала на втором входе смесителя, подается на вход усилителя 3 расширенного сигнала. После усиления сигнал приращения интегрируется в интеграторе 4, который обнуливается перед поступлением информации. Полученное с выхода интегратора 4 значение приращения с помощью аттенюатора 8 приводится к динамическому диапазону аналого-цифрового преобразователя 5, и с выхода

35 преобразователя 5 код считанного при- ращения подается в блок 13 усреднения приращений, который в зависимости от сигналов управления, поступающих из регистра 22, суммирует информацию о приращениях и вычисляет среднее значение приращения (при этом блок 1 автосдвига и формирования строб-импульсов по сигналам, поступающим из регистра 21, организует

режим стробирования в одной точке); Запись управляющих кодов в регистры 21 и 22 производится блоком 6 вычислений, а обращение к регистру 20 идет по сигналам с дешифратора 19,

50 который управляется блоком 6 вычислений. Среднее значение приращения через коммутатор 14 суммируется в сумматоре 11 приращений со значением сигнала, запомненного при считывании

55 предыдущего значения, и новое значение сигнала с выхода сумматора 11 приращений подается в блок 6 вычислений и через цифроаналоговый пре30

40

образователь 10 обратной связи аналоговая величина этого напряжения, нормализованная аттенюатором 9 цепи обратной связи, подается в цепь обратной связи смесителя 2.

Таким образом, за первый цикл, последоёательно считывая сигнал, блок 6 вычислений получает информацию о всех точках нескорректированного измеренного сигнала и переводи устройство в режим автоматической калибровки.

При этом во втором цикле блок 6 вычислений выбирает точку на сигнале (например точку, в которой первая производная сигнала имеет минимальное значение) и по сигналу с регистра 21 переводит блок 1 авто- сдвига в режим стробирования этой точки. Затем блок 18 формирования корректируемых кодов формирует корректируемые коды в зависимости от кода группы разрядов регистра 20 (например), если регистр 20 управляет блоком 18 по I разряду и на этом разряде при стробировании каждой .точки появляется 1, а блок 18 выполнен на счетчике, то на выходе блока 18 формируются коды ступенчатого пилообразного напряжения), а код, записанный в другом разряде регистра 20, включает блок 16 выбора корректированного приращения в режи записи корректируемых значений. Корректируемый код подается для записи

.в блок 16 и одновременно через циф- роаналоговый преобразователь 7 цепи коррекции аналоговая величина, со ответствующая этому коду, подается

.на четвертый вход смесителя 2, где преобразуется в величину приращения соответствующего этому коду. Средня величина приращений, полученная за п измерений, с выхода блока 13 через коммутатор 14 подается в блок 16, где ему ставится в соответствие истинный код. Так как в режиме записи выход блока 16 не Дает сигнала на сумматор 11, то на выходе сумматора 11 поддерживается напряжение, соответствующее значению сигнала в

.точке калибровки, и при работе корректируемый код с блока 18 преобразуется в значение приращений. Так11м образом, в блоке 16 записывается таблица соответствия истинных значе.ний кодов приращений и их величин, полученных на выходе стробоскопичес0

5

0

5

кого блока. Блок 18 вырабатывает как- положительные, так и отрицательные значения кодов приращений, заполняя всю матрицу блока 16. Поэтому за второй цикл в блоке 16 копится информация о всех возможных приращениях сигнала и об истинных значениях- этих приращений.

В третьем цикле идет режим записи таблицы корректируемых значений сигнала. Пр« этом блок 1 автосдвига продолжает режим стробирования в выбранную в предыдущем цикле точку калибровки, а блок 18 формирования кодов повторно формирует корректируемые коды, которые на сумматоре 17 суммируются с кодом пришедшего от блока 6 вычислений значением сигнала в выбранной точке калибровки и сумма подается на выход блока 15 для записи. Регистр 20 переводит блок 15 выбора корректированного значения сигнала в режим записи, а блок 16 - режим коррекции. При этом каждому значению приращения с выхода блока 13 в. блоке 16 ставится в соответствие скорректированное значение приращения и эта величина выдается на вход блока 16.. Выход блока 16 через коммутатор 14 подключен к сумматору 11 приращений, а поэтому через цифро- аналоговый преобразователь 10 и аттенюатор 9 замыкается петля обратной связи, и каждое значение напряжения коррекции с выхода цифроана- логового преобразователя 7 отрабатывается петлей обратной связи и на выходе сумматора 11 изменяется величина сигнала с изменением величины корректирующего кода с блока 18. Таким образом, каждому значению сигнала с выхода сумматора 17 ставится в соответствие преобразованный сигнал на выходе сумматора 11, и эта таблица соответствия записывается в блоке 15. Запись, как и прежде, идет как на положительных, так и на отрицательных значениях кодов с выхода блока 18 (т.е. как вверх от значения сигнала в точке калибровки, так и вниз) на весь динамический диапазон цифроаналогового преобразователя 10.

0

5

0

5

0

За третий цикл в блоке 15 появля- ется информация о всех возможньгх значениях сигналов на выходе сумматора 11 и соответствующих им скорректированных значениях.

В четвертом цикле осуществляется режим измерения входного сигнала с коррекцией статических и динамических нелинейностей. При этом стробоскопическая часть устройства работает так же, как и в первом цикле, но коммутатор 14 подключает в.ыход блока усреднения приращений 13 к блоку 16, который каждому значению приращения на своем входе ставит в соответствие скорректированное значение. Последнее подается на сумматор 11, а каждому значению сигнала на выходе сумматора 11 блок 15 ставит в соответствие скорректированно значение сигнала,, которое с выхода блока 15 подаетс я в блок 6 вычислений. В блоке 6 вычислений запоминаются скорректированные значения сигнала.

В режиме коррекции нелинейностей устройство может находиться как угодно долго, пока не появится необходимость в повторной калибровке (например, при изменении-исследуемого сигнала или при изменении козффицентов отклонения преобразователя или просто через определенное время). При этом для повторной калибровки необ- ходимо повторить все четыре цикла, описанные вьше. Запись коэффициенто . в режиме автоматической калибровки и, как следствие, коррекция нелинейностей осуществляется адаптивно к режиму работы преобразователя, что увеличивает точность коррекции ста- тической нелинейности преобразователя. Остаточная полная погрешность предлагаемого преобразователя не превосходит 1% (дальнейшее увеличение точности ограничивается лишь способом подключения ЦАП цепи коррекции к смесителю).

Формула изобретения

Стробоскопический цифровой измеритель с автоматической коррекцией нелинейности преобразователя, содер жащий блок автосдвига и формирования стробимпульсов, первый вход которого соединен с шиной сигналов синхронизации, а первый выход - с первым входом стробоскопического смесителя, второй вход которого сое- динен с шиной исследуемого сигнала, а выход - с входом усилителя расширенного сигнала, аналого-цифровой

10

15

20

5

5

0

5

0

5

0

преобразователь, цифроаналоговый преобразователь цепи коррекции и блок вычислений, первый выход которого соединен с шиной выходного отображаемого сигнала, отличающийся тем, что, с целью по- вьш1ения точности измерения, он снабжен переменными аттенюаторами цепи прямой связи, цепи обратной связи и цепи коррекции, интегратором со сбросом предыдущего приращения, цифро- аналоговым преобразователем цепи обратной связи, блоком усреднения приращений, сумматором приращений,коммутатором, блоком выбора корректированного приращения, блоком, выбора корректированного значения сигнала, сумматором, блоком формирования корректируемых кодов, дешифратором адреса блока, регистром управления блоком автосдвига, регистром управления блоком усреднения приращений и регистром управления режимами записи и коррекции, первый выход которого соединен с третьим входом блока выбора корректированного значения сигнала, второй выход - с третьим входом блока выбора корректированного приращения, третий выход шиной - с входом блока формирования корректируемых кодов, четвертый выход шиной - с третьим входом коммутатора, а первый вход - с первым выходом дешифратора адреса, второй выход которого соединен с первым входом регистра управления блоком усреднения приращений, третий выход - с первым входом регистра управления блоком автосдвига, а вход шиной - с третьим выходом блока эычис - лений, четвертый выход которого соединен шиной с вторыми входами регистра управления блоком усреднения приращений, регистра управления режимами записи и коррекции и регистра

управления блоком автосдвига, выход которого соединен шиной с вторым входом блока автосдвига и формирования строб-импульсов, вторым выходом соединенного с вторым входом интегратора со сбросом предыдущего при ращения, первый вход которого соединен с выходом усилителя расширенного сигнала, а выход - с входом переменного аттенюатора цепи прямой связи, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, соединенного выходом шиной с

9 .121833310

первым входом блока усреднения при-ходом соединенного с первым входом

ращений, второй вход которого соеди-сумматора, выход К9торого соединен

нен шиной с выходом регистра управ-с вторым входом блока выбора коррекления блоком усреднения приращений,, тированного значения сигнала, а втоа, выход - с первым входом коммута-рой вход шиной - с выходом блока

тора, первь й выход которого соединенформирования корректируемь1х кодов,

шиной с первым входом блока выборавторым входом блока выбора корректирокорректированного приращения, вто-ванного приращения и входом цифроаналорой вход - с выходом блока выбораю гового преобразователя цепи коррекции,

корректированного приращения, а вто-выход которого соединен с входом перой выход - с входом сумматора при-ременного аттенюатора цепи коррекращений, выход которого соединенции, выходом соединенного с третьим

шиной с входом цифроаналогового пре-входом стробоскопического смесителя,

образователя цепи обратной связи, сis четвертый вход которого соединен с

первым входом блока вычислений и свыходом переменного аттенюатора цепи

первым входом блока выбора коррек-обратной связи, входом соединенного

тированного значения сигнала, выходс выходом цифроаналагового прекоторого соединен шиной с вторымобразователя цепи обратной свявходом блока вычислений, вторым вы-20

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит блок 1 автосдвига и формирования стробимпуль- сов, стробоскопический смеситель 2, усилитель 3 расширенного сигнала. интегратор 4-со сбросом предыдущего приращения, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 13 усреднения пр и- ращения,коммутатор 14,блок 16 выбора корректируемого приращения, переменные аттенюаторы 8,9 и 12 цепи прямой и обратной связи и цепи коррекции соответственно, цифроаналоговые пре- образователи 7 и 10 цепи коррекции и обратной связи соответственно, сумматор 11 приращения, блок 18 формирования корректируемых кодов, регистр 20 управления режимами записи и коррекции, сумматор 17, блок 15 выбора корректированного значения сигнала, блок 6 вычислений, дешифратор 19 адреса блока и регистры 21 и 22 управления блоками автосдвига и усреднения приращения соответственно. Аттенюаторы выполнены на базе i (Л ю 00 СР со со