Способ измерения амплитуды переменного напряжения инфразвуковой частоты и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01R19/04 

Изобретевде относится к электро- иэмерениям и может быть использованс в приборах для измерения амплитуды напряжения инфразвуковой частоты.

Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения влияния соот- ношения медду уровнем опорного напряжения и величиной измеряемого напряжения.

На фиг. приведены временные диаграммы, поясняющие сущность способа измерения амплитуды переменного напряжения; на фиг. 2 - функциональная схема устройства для. осуществления способа; на фиг. 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Способ измерения амплитуды переменного напряжения инфранизких час10

15

ратора 1 соединен с -входом ждущего мультивибратора 12, выход которого подключен к входу триггера 13 и первыми входами первого 14 и второго 15 логических элементов 2И. Выход усилителя-ограничителя 3 соединен с. вторым входом первого логического элемента 2И I 4,выход которого подключен к входу я.чейки 11 безвентильного счетчика по модулю.на три..Выход второго компаратора 2 соединен с вторым входом второго логического элемента 2И 15, выход которого подключен к управляющему входу первого Ллюча 6. Выход триггера 13 подключен к управляющему входу второго ключа 7.

Сущность способа измерения амплитуды переменного напряжения инфранизкой частоты заключается в том, что тот заключается в том, что с полувол- 20 :Сравнивают измеряемое напряжение

и sinSlt с опорным переменным напряжением Uo sinJJt высокой частоты (() . Сравнение производят для полуволны измеряемого напряжения вблизи его 25 нулевого значения (фиг. 1 а). Поскольку измеряемое напряжение близко к постоянному (фиг. 16) на интервале, равном полупериоду опорного напряженой измеряемого напряжения сравнивают переменное опорное напряжение высокой частоты вблизи нулевого уро.вня измеряемого напряжения, определяют изменение интервала времени, в течение которого опорное напряжение в двух соседних периодах превышает измеряемое, определяют период измеряемого напряжения и умножают упомянутое изменение интервала времени .на период измеряемого напряжения и на постоянный коэффициент, равный половине произведения амплитуды опорного напряжения на квадрат его частоты.

Устройство для измерения амплитуды переменного напряжения инфранизкой частоты содержит первый компаратор 1, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй - с общей шиной, второй компаратор 2, первый вход которого подключен к входной шине, а второй - к входу усилителя - огра- . ничителя 3 и выходу источника 4 переменного, опорного напряжения высокой частоты, генератор 5 тактовых импульсов, выход которого соединен с входами первого 6 и второго 7 управляемых ключей, счетчик 8 импульсов с индикатором. Вход счетчика 8 импульсов соединен с выходом умножителя 9 число-импульсных кодов, один вход которого подключен к выходу второго ключа 7 , а другой - к выходу реверсивного счетчика 10 импульсов, первый и второй управляющие входы которого подключены к выходам ячейки 1t без- вентильного счетчика по модулю на три, а управляющий вход - к выходу первого ключа 6.Выход первого компания, то интервалы времени

30

к -Ч Чи-Ч,

35

л

Isi.- J и„.

40

45

Изменение интервалов времени, в течение которых соседние полуволны опорного напряжения превьш1ают измеряемое, .

cos Щ (2те+ )

(Г Гд1п Я(2Ж+Ь)

С учетом того, что иЗ .получают

cos 4 (2flK+ и.)2

(2ТГК+ I )1,

следовательно, 41Г

д

CAJ . ОП

отсюда

50

Ч

д-о-Гу, 4119.

:гл

55

или

где

т.

и

f -д.

п W

г „

2ТТ S

частота опорного напряжения;°

период измеряемого напряжения .

5

ратора 1 соединен с -входом ждущего мультивибратора 12, выход которого подключен к входу триггера 13 и первыми входами первого 14 и второго 15 логических элементов 2И. Выход усилителя-ограничителя 3 соединен с. вторым входом первого логического элемента 2И I 4,выход которого подключен к входу я.чейки 11 безвентильного счетчика по модулю.на три..Выход второго компаратора 2 соединен с вторым входом второго логического элемента 2И 15, выход которого подключен к управляющему входу первого Ллюча 6. Выход триггера 13 подключен к управляющему входу второго ключа 7.

Сущность способа измерения амплитуды переменного напряжения инфрания, то интервалы времени

30

к -Ч Чи-Ч,

л

Isi.- J и„.

Изменение интервалов времени, в течение которых соседние полуволны опорного напряжения превьш1ают измеряемое, .

cos Щ (2те+ )

(Г Гд1п Я(2Ж+Ь)

С учетом того, что иЗ .получают

cos 4 (2flK+ и.)2

(2ТГК+ I )1,

следовательно, 41Г

д

CAJ . ОП

отсюда

Ч

д-о-Гу, 4119.

:гл

или

и

f -д.

п W

где

т.

г „

2ТТ S

частота опорного напряжения;°

период измеряемого напряжения .

Произведение --.

представляет

собой постоянный заранее изве стный коэффициент, так как U и f известны.

Устройство для измерения амплитуды переменного напряжения инфранизкой частоты работает следующим образом.

Первый компаратор 1 формирует при переходе измеряемого напряжения через нуль импульс на11ряжения (фиг. Зв) длительность которого равна длительности полупериода измеряемого напряжения (фиг. За). Одновременно на вы- ходе ждущего мультивибратора 12 формируется импульс длительностью больше трех, но меньше четырех периодов опорного напряжения высокой частоты (фиг. Зб),формируемого источником 4 опорного напряжения. Под воздействием ждущего мультивибратора 12 триггер 13 формирует импульс с длительностью, равной периоду измеряемого напряжения, задержанный на длительность им- пульса мультивибратора 12. Выходной импульс триггера 13 открьшает управляемый ключ 7, который пропускает импульсы с выхода генератора 5 тактовых импульсов на второй вход умножителя 9 число-импульсных кодов. Таким образом, число импульсов, поступающих на этот вход умножителя 9, соответствует длительности периода измеряемого напряжения Т . Выходной импульс ждущего мультивибратора 12 поступает также на первые входы логических элементов 2И 14 и 15, логический элемент 2И 15 формирует импульс управления ключом 6 при поступлении на его второй вход сигнала от второго компаратора 2, возникающего при превышении амплитуды опорного переменного напряжения над амплитудой изме-- ряемого напряжения. Таким образом, ключ 6 пропускает на счетный вход реверсивного счетчика 10 импульсы от генератора тактовых импульсов 5 в интервалы времени, в которые амплитуда опорного напряжения превышает амплитуду измеряемого напряжения.

Усилитель-ограничитель 3 формирует прямоугольные импульсы, соответствующие полуволнам опорного напряжения, полярность которых совпадает с полярностью измеряемого напряжения при их сравнении (фиг. Зд), а логический элемент 2И 14 пропускает с выхода усилителя-ограничителя 3 на вход

ячейки 11 безвентильного счетчика по модулю на три импульса, совпадающие с выходным импульсом ждущего мультивибратора 12. Ячейка II не пропускает на выход первый из входных импульсов . Второй импульс ячейка 1 пропускает на первый выход и на первый управляющий вход реверсивного счетчика 10, а третий - на второй выход и на второй управляющий вход реверсивного счетчика воздействием импульса на первом управляющем входе реверсивный счетчик 10 суммирует импульсы на его счетном входе, а под воздействием импульса на втором управляющем входе - вычитает из суммы количество импульсов, поступающих в это время на счетный вход. Таким образом, число импульсов, определяющее выходной код реверсивного счетчика 10, соответствует изменению интервала времени, в течение которого амплитуда соседних полуволн опорного напряжения превышает амплитуду измеряемого напряжения.

В результате перемножения входных сигналов умножитель 9 число-им- пульсных кодов формирует сигнал, соответствующий произведению упомянутого изменения временных интервалов на период измеряемого напряжения, который измеряется счетчиком 8. Поскольку величина измеряемого сигнала пропорциональна числу тактовых импульсов за период Т путем установки соответствующего значения периода тактовых импульсов можно обеспечить умножение результата на любой постоянный известньй коэффициент, .в данном случае на половину произведения амплитуды опорного напряжения на квадрат его частоты.

Экспериментально установлено, что погрешность преобразования не превышает 0,6%. Таким образом, снижается зависимость точности преобразования от соотношения уровней порогового и измеряемого напряжений и тем самым обеспечивается повьш1ение точности.Кроме того одноканальная структура устройства также способствует повыпению точности.

Формула изобретения

1 . Способ измерения амплитудь переменного напряжения инфразвуковой частоты, заключающийся в сравнении опорного напряжения с полуволной измеряемого напряжения и измерении интервала времени по результатам сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в качестве опорного напряжения используют переменное напряжение высокой частоты, сравнение осуществляю вблизи нулевого значения измеряемого напряжения, измеряют изменение времени превьшения опорным напряжением измеряемого в двух соседних периодах опорного напряжения, определяют период измеряемого напряжения, умножают упомянутое изменение времени на период измеряемого напряжения и на постоянньш коэффициент, равный половине произведения амплитуды опорного напряжения на квадрат его частоты.

2. Устройство для измерения амплитуды переменного напряжения инфра- звуковой частоты, содержащее первый компаратор, первый вкод которого соединен с входной шиной, второй компа- ратор, усилитель-ограничитель, триггер, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами первого и второго управляемых ключей и счетчик импульсов с индикатором, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности, в него дополнительно введены источник переменного опорного напряжения высокой частоты, ждущий мультивибратор, первый и второй логические элементы 2И, ячейка безвентильного счетчика по модулю на три, реверсивный счетчик

o

5

0

5

0

5

импульсов и умножитель число-импульсных кодов, при этом второй вход первого компаратора подключен к общей шине, а его выход - к.входу ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом триггера и первыми входами логических элементов 2И, первый вход второго, компаратора подключен к входной шине, а второй вход - к выходу источника переменного опорного напряжения и входу усилителя- ограничителя, выход которого подключен к второму входу первого логического элемента 2И,выход второго компаратора подключен к второму входу второго логического элемента 2И, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика импульсов, выход первого логического элемента 2И соединен с входом ячейки безвентильного счетчика по модулю на три, первый выход которой подключен к первому управляющему входу реверсивного счетчика импульсов, а второй выход - к его второму управляющему входу,выход реверсивного счетчика импульсов подключен к первому входу умножителя число-импульсных кодов, второй вход которого подключен к выходу второго ключа, управляющий вход которого подключен к выходу триггера, а выход умножителя число-импульсных кодов соединен с входом счетчика импульсов .

Uoh Stntat

t

U.f

Изобретение относится к области электроизмерений. Может быть использовано в приборах для измерения амплитуды напряжения инфразвуковой частоты. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается уменьшением влияния соотношения между уровнями опорного и измеряемого напряжений на точность преобразования . Согласно данному способу с полуволной измеряемого напряжения сравнивают переменное опорное напряжение (ОН) высокой частоты, определяют измерение интервала времени, в течение которого ОН в двух соседних периодах превышает измеряемое. Определяют период измеряемого напряжения и умножают упомянутое изменение интервала времени на период измеряемого напряжения и на постоянный коэффициент, равный половине произведения амплитуды ОН на квадрат его частоты. Работа устройства, реализующего способ, поясняется по функциональной схеме устройства и временным диаграммам в описании изобретения. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. (Л