Измеритель времени установления выходного напряжения цифроаналоговых преобразователей Советский патент 1986 года по МПК H03M1/66 

12366

налом с блока 4 управления запускается задающий генератор 1, обеспечивающий периодическую смену кодовой комбинации на цифровых входах ЦА11 2, Исследование переходного процесса, подаваемого на входы нуль-органов 75, 8, осуществляется путем их стробирова1шя, начиная с момента времени t., заведомо превьшающего время установления и перемещения строб-импульса по временной оси к началу пе-- реходного процесса до момента срабатывания одного из нуль-органов 7, 8

I

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения динамических параметров преобразователь- галх устройств, в частности для изме- рения времени установления выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей .

Целью изобретения является повы- шение точности измерения за счет ис- ключения погрешности обусловленной синфазной помехой и повьшение помехоустойчивости за счет исключения ложных срабатываний нуль-органов„

На фиг.1 представлена блок-схема измерителя времени установления выходного сигнала цифроаналогового преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграм1.1ы его работы; на фиг.З - схема формирователя кодов; на фиг.4 схема блока управления,

Устройство (фиг,1) содержит зада- ютдай генератор 1, формирующий управляющий сигнал цифровых входов контролируемого цифроаналогового преобра- зователя 2,, форш1рователь 3 кодов, блок 4 управления, суммирующий блок 5, ключ 6. первый 7 и второй 8 нуль- органы, элемент ИЛИ 9, интегратор 10 первый 11 и второй 12 счетчики им- пульсов, первый 13 и второй 14 триггеры, формирователь 15 строб-импульса, элемент 16.запрета, блок 17 измерения длительности импульса, клеммы 18-21 подключения контролируемого цифроаналогового преобразователя 2 к устройству, причем первьп и второй

2

при превышении допустимого отклонения исследуемого процесса до установившегося значения; Формирование и перемещение строб-импульса реализуется блоком 15, Счетчики 11, 12, триггер 13 и элемент запрета 16 служат для надежного определения момента достижения значения границы зоны допуска, при достижении которой длительность импульсов на выходе триггера 14s измеренная в блоке 17, будет равна времени установления ЦДЛ. 1 3, п. , 4 ил.

(противофазные) выходы задающего генератора 1 подключены к входам формирователя 3 кодов, выход которого подключен к выходной клемме 18 устройства Входная клемма 59 устройства соединена с первым входом суммирующего блока 5, Выход, суммирующего блока 5 подключен к входам первого 7 и второго 8 нуль Органов и через ключ 6 - к входу интегратора 10, выход которого связан с вторым входом суммирующего блока 5, Выходы нуль-органов 7 и 8 через элемент ИЛИ 9 подключены к счетному входу первого счетчика 1I импульсов, выход которого соединен с S-входом первого триггера 13, второй выход задающего генератора 1 соединен с первым входом фор мирователя 5 строб-импульса и S- входом второго триггера 14. Выход формирователя строб-импульса 15 соединен с управляющими (стробирующими входами первого 7 и второго 8 нуль- органов, с R-входом второго триггера 14 и счетгшм входом второго счетчика 12 импульсов. Выход второго счетчика 12 импульсов подключен к обнуляющему входу первого счетчика 11 импульсов и к второму входу элемента 16 запрета, первый вход которого соединен с выходом первого триггера 13, Выход элемента 16 запрета подключен к второму входу формирователя 15 строб-импульса. Выход второго триггера 14 соединен с входом блока 7 измерения длительности импульсов . Первый выход блока 4 управлеия связан с входом задающего генеатора 1, обнуляющим входом второго четчика 12 и входом первого триггеа 13, а второй и третий выхода - с правляющими входами ключа 6 и фор- 5 ирователя 3 кодов.

Формирователь строб-импульса 15 (фиг.З) содержит генератор 22 пилообразного напряжения, нуль-орган 23, ормирователь 24 импульса, формиро- to ватель 25 порогового напряжения, причем запускающий вход генератора 22 пилообразного напряжения соединен с одним из выходов задающего генератора 1. Выход генератора 22 пилообраз- t5 ного напряжения подключен к первому входу нуль-органа 23, второй вход . которого соединен с выходом формиро- вателя 25 порогового напряжения. Вход формирователя 25 порогового на- 20 пряжения соединен с выходом элемента 16 запрета. Выход нуль-органа 23 подключен к входу формирователя 24 им- пульсов, выход которого связан с входами сброса генератора 22 пилообраз- 25 ного напряжения, R-входам трнггер-а 14, со стробирующими входами нуль-органов 7 и 8 и счетным входом счетчика 12 импульсов.

Схема формирователя 3 кодов со- Q стоит из переключателей на два положения . Сигнал на каждый цифровой вход формируется с помощью двух последовательно включенных переключателей. Такая комбинация включения переключателей позволяет формировать на каждом цифровом входе контролируемого преобразователя либо динамический (меняющийся во времени) сигнал с одного из двух противофазных выходов задающего генератора, либо статический сигнал логического О, по- стоянный на все время измерения.

Схема блока 4 управления (фиг.4) состоит из двух последовательно вклю- ченных ждущих мультивибраторов 26 и 27. Ждущий мультивибратор 26 обеспечивает формирование управляющего сигнала дпя замыкания ключа 6 и запуска задним фронтом своего импуль- 50 са ждущего мультивибратора 27. ЛСду- ций мультивибратор 27 формирует управляющие сигналы дпя запуска передим фронтом своего импульса задаюего генератора 1, установку в О зад-55 ним фронтом своего импульса триггера 13 и обнуления счетчика 12 импульсов .

35

40

5

to t5 20 25

Q 0 5

35

0

Суммирующий блок 5 может быть выполнен на одних резисторах (поскольку выходные напряжения контролируе™ мого преобразователя 2 и интегратора 10 разнополярньт) и1гн на резисторах и широкополосном операционном усилителе.

В качестве нуль-органов 7 и 8 используются стробируемые компараторы напряжения, например такие, как компараторы в интегральном исполнении 597СА 1. В качестве формирователя .25 порогового напряжения может быть использован интегратор,-выходное напряжение которого меняется дискретно (имеет ступенчатую форму) под действием выходного импульса элемента 16 запрета, появляющегося в момент переполнения счетчика I2 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

18 соединяют с клеммой 20, а клемму 19 - с 21, при этом контролируемый цифроаналоговый преобразователь 2 подключается к измерителю времени установления.

В исходном состоянии задающий генератор заторможен и на одном из его выходов присутствует напряжение, соответствующее логической единице цифровых входов контролируемого цифро- аналогового преобразователя 2, а на другом - логическому нулю. Формирователь 3 кодов позволяет сформировать произвольную комбинацию входного воздействия на цифровые входы, соответствующую любой точке характеристики контролируемого преобразователя 2, что обеспечивает контроль времени установления в любой точке его характеристики и при смене любых смежных кодовых комбинаций. Так, например, если необходимо измерить время установления полной шкалы цифроаналогово- го преобразователя 2, т.е. время с момента подачи на все его цифровые входы логической единицы до момента установления выходного сигнала преобразователя 2 до установившегося уровня с погрешностью tl/2 единицы младшего разряда, в исходном состоя- НИИ с помощью формирователя 3 кодов и блока 4 управлеьшя все цифровые входы подключаются к выходу задающего генератора , на котором присутствует напряжение, соответствующее логической единице.

Если требуется определить время установления при включении, например всех разрядов, кроме старшего, стар- 11ГИЙ разряд с помощью формирователя 3 кодов подключается на все время проведения измерительной операции к логическому нулю остальные разря- дь - к выходу задающего генератора 1 с логической единицей в исходном состоянии. В случае измерения времени установления при смене смежных кодовых комбинаций, например, при смене кода 011...1 на 100...О, в исходном состоянии цифровой вход старшего разряда контролируемого преобразователя 2 с помощью формирователя 3 кодов подключается к выходу задающего генератора 1, имеющего логический ноль, остальные разряды - к выходу задающего генератора 15 имеющего логическую единицу.

Следовательно, в исходном состоянии выходной сигнал цифроаналогово- го преобразователя 2 соответствует установившемуся его значению в проверяемой точке характеристики.

По команде оператора Пуск происходит запуск ждущего мультивибратора 26 в блоке 4 управления (фиг.4) выходной импульс которого замыкает ключ 6 (фиг.1). При этом выходное напряжение контролируемого цифроана- логового преобразователя 2, поступая через суммирующий блок 5 и ключ 6 на вход интегратора 10, вызывает увеличение абсолютного значения его выходного напряжения, полярность которого противоположна полярности выходного напряжения контролируемого преобразователя 2, В результате результирующий сигнал на выходе суммирующего блока начинает уменьшаться. По окон- чггнии переходного процесса установившееся значение выходного напрялсения контролируемого преобразователя 2 полностью компенсируется выходным напряжением интегратора 10 и на выходе суммирующего блока 5 устанавливается напряжение близкое к нулю и равное смещению нуля интегратора 10 По окончании длительности импульса ждущего мультивибратора 26 блока управления ключ 6 размыкается и зад- ним фронтом выходного импульса ждущего мультивибратора 26 происходит , запуск ждущего мультивибратора 27

0

5

0

5

0

5

5

0

5

блока 4 управления. Передним фронтом выходного импульса ждущего мультивибратора 27 блока 4 управления происходит запуск задающего генератора , обеспечивающего периодическую (с определенной частотой) смену кодовой комбинации на цифровых входах контролируемого преобразователя 2.

Так, для приведенных выше примеров в первом случае периодически меняются кодовые комбинации 111 ... 1 - -000...О, во втором случае 011...I- , 000. ..О,в третьем случае 011...1 - 100...0.

При этом с частотой задающего генератора 1 происходит периодическое изменение выходного .сигнала контролируемого преобразователя 2(фиг.2б). А поскольку в исходном :состоянии искомое установившееся значение выходного .сигнала преобразователя 2 было скомпенсировано выходным сигналом интегратора iO (и сигнал компенсации после ключа 6 поддерживается интегратором 10 постоянным), исслещуемьгй пефеходный процесс на выходе су1Ф1ирующего блока 5 располагается относительно нулевой линии независимо от выбранной контролируемой точки и наклона характеристики контролируемого преобразователя 2. Выходной сигнал суммирующего блока 5 подается на входы стробируемых нуль-, органов 7 и 8, один из которых (с учетом коэффициента преобразования суммирующего блока 5) имеет порог срабатывания, превьшающий значение + 1/2 единиць младшего разряда ь кон- тролрфуемого преобразователя 2, а другой - превышающий - -1/2й .

Частота задающего генератора выбирается таким образом, чтобы длительность его имЦульсов Т/2 (на; фиг.2а), формирующих искомое установившееся значение выходного сигнала контролируемого преобразователя 2, превьш1ала максимальное измеряемое знач€1Ние времени установления. Исследование переходного процесса, подаваемого на входы нуль-органов 7 и 8, осуществляется путем их стробирова- ния, начиная с. момента времени t; , заведомо превышающего время установления, и перемещения строб-импульса по временной оси к началу переходного процесса до момента срабатывания одного из нуль-органов 7 и 8 при превьшгении 1/2д отклонения исследуемого процесса от установившегося значения. Формирование и перемещение строб-импульса осуществляется следующим образом.

Передним фронтом импульса задающего генератора 1, совпадающим с началом переходного процесса, происходит запуск генератора, 22 пилообразного напряжения, возрастающий сигнал которого (фиг,26) поступает на один из входов нуль-органа 23. В момент превьшения пилообразньм напряжением порогового напряжения, формируемого формирователем 25 порогового напряжения, нуль-орган 23 срабатывает и с помощью формирователя 24 импульсов обеспечивает формирование строб-импульса. Крутизна ВЫХОДНОГО сигнала генератора 22 пилообразного напряжения и значение начального порогового напряжения нуль-органа 23 выбираются таким образом, что строб-импульс в начальный момент расположен на временной оси на участке заведомо установившегося переходного процесса выходного сигнала контролируемого преобразователя 2. Поэтому значение исследуемого сигнала, поступающего на нуль-органы 7 и 8 в момент строб-импульса, находится в зоне допуска в нуль-органы 7 и 8 не срабатывают. При этом первый счетчик 11 импульсов остается в обнуленном состоянии, а первый триггер 13 - в нормализованном, обеспечивая возможность прохождения импульсов с выхода второго счетчика 12 импульсов через элемент 16 запрета на формирователь 25 порогового напряжения .

Строб-импульсы с частотой сканирования переходного процесса (т.е. .с частотой задающего генератора 1) заполняют предварительно обнуленный второй счетчик 12 импульсов. При приходе N-ro импульса происходит переполнение второго счетчика 12 импульсов и импульс переполнения через элемент 16 запрета поступает на формирователь 25 порогового напряжения, уменьщая пороговое значение напряжения нуль-органа 23 на величину &U. При крутизне V выходного сигнала генератора 22 пилообразного напряжения это приведет к перемещению момента срабатывания нуль-органа 23, а, еледовательно, и момента формирования строб-импульса к началу переходного

ди

процесса на величину At - . Кроме того, импульс переполнения второго счетчика 12 импульсов обнуляет первый счетчик 11 импульсов, после чего происходит исследование характеристики в новой точке переходного процесса. Если и в этой точке переходной про- :

цесс находится в зоне допуска/ по окончании N повторяющихся переходных процессов вновь происходит переполнение второго счетчика 12 импульсов и перемещение строб-импульса по временной оси на ut к началу переходного процесса. Перемещение строб-импульса будет происходить до тех пор, пока переходной процесс приблизится к границе зоны допуска (по- ложительному или отрицательном зна- чению). При этом в зависимости от полярности отклонения исследуемого сигнала от устанрвившегося значения начинает срабатывать один из нуль- органов 7 или 8, заполняя своими вы- ходн1з1ми импульсами первый счетчик

11импульсов. Если срабатывание нуль- органов 7 и 8 неустойчивое, нерегулярное и за N переходных процессов . не превысит числа N/2 (что возможно

в случае воздействия на нуль-органы 7 и 8 различного рода помех, шумов и т.д., накладываемых на исследуемый сигнал, особенно проявляемых при приближении переходного процесса к зоне

допуска), переполнение первого счетчика 11 импульсов не происходит и импульс переполнения второго счетчика

12импульсов по окончании N сканирований переходного процесса, обнуляя

первый счетчик 11 импульсов, перемещает строб-импульс еще на величину At, обеспечивая устойчивое срабатывание одного из нуль-органов 7 и 8, что является признаком достижения переходным процессом границы зоны допуск а.

В этом случае число срабатываний одного из нуль-органов 7 или 8 до окончания очередного цикла N сканирований переходного процесса превысит число N/2, что приводит к переполнению первого счетчика 11 импульсов, выходной импульс которого опрокидывает первый триггер 13, запрещая

прохождение импульса переполнения

второго счетчика 12 импульсов на формирователь 25 порогового напряжения. По окончании цикла сканирования импульс переполнения второго счетчика 12 импульсов, обнуляя первый счетчик И импульсов, не проходит на формирователь 25 порогового напряжения, что сохраняет неизменным уровень срабатывания 1гуль-органа 23, а, следовательно, и расположение строб-импульса на временной оси. При возвращении звдущего мультивибра тора 27 блока 4 управления (фиг.4) в исходное состояние задним фронтом его выходного импульса происходит обнуление второго счетчика 12 импульсов и нормализация первого триггера 13, после чего процесс Измерения может быть повторен . При периодическом повторении циклов сканирования устойчивое сра- батьгоание нуль-органов 7 или 8 обеспечит неизменное положение строб- .импульса на временной оси, момент по явления которого и является моментом окончания переходного процесса исследуемого сигнала.

Поскольку моменты запуска и нормализации второго триггера 14 определяются соответственно передним фронтом импульсов задающего генератора 1, совпадающим с началом исследуемого переходного процесса, и строб-импульсом, периодическое появление которого совпадает с моментом . достижения исследуемого переходного процесса своего установившегося значения, длительность выходных импульсов второго триггера 14, повторяющихся с частотой f задающего генератора I, в конце измерител;ь- ного цикла равна длительности переходного процесса исследуемого сигнала (фиг,2г). Поэтому, результат измерения длительности выходных импульсов второго триггера 1,4 с помощью блока 7 измерения длитeJi:ьнoc ти импульсов и является результатом измерения времени установления циф- роаналогового преобразователя.

Поскольку Частота задающего генератора 1 постоянна, при обеспечении постоянства амплитуды V импульсов второго триггера 14 в качестве измерителя 17 длительности импульсов можно использовать преобразователь среднего значения импульсного сигнала в пропорциональное напряжение постоянного тока, так как в зтом случае его выходное напряжение однозначно определяет длительность преобразуемых импульсов, а, следо

вательно, и длительность переходного процесса, т,е, н этом случае

8ых и f- I v К г.

При этом, поскольку выходные импульсы второго триггера 14 одно- пОлярны, наиболее просто можно реализовать преобразователь среднего значения на базе операционного усилителя, включенного по схеме апериодического звена, т,е. когда параллельно его сопротивлению обратной связи включается накопительный (интегрирующий) конденсатор.

5 Формула изобретения

1, Измеритель времени установления выходного напряжения цифроанало- говых преобразователей, содержащий задающий генератор, формирователь кодов, выход которого является выходом устройства, первый нуль-орган, элемент ИЛИ, первый триггерj первый счетчик импульсов, отличаю20

25

30

35

40

45

50

55

щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения н помехоустойчивости, в него йведет-ш суммирующий блок, интегратор, ключ, второй нуль-орган, второй счетчик импульсов, второй триггер, формирователь строб- импульса, элемент запрета, блок измерения длительности импульсов и блок управления, первый выход которого соединен с входом задающего генератора, первый и второй выходы которого подключены к первому и вто- poMj входам формирователя кодов со- ответственнб, третьи входы которого являются шинами входного кода устройства, входная шина устройства соединена с первым входом суммирующего блока, выход суммирующего блока подключен к Входам первого и второго нуль-органов и информационному входу ключа 5 выход которого через интегратор соединен с вторым входом суммирующего блока, а управляющий вход - с вторым выходом блока управления, вход которого является шиной Пуск, второй вход формирователя кодов объединен с S-входом второго триггера и первым входом формирователя строб- импульса, вьгход которого подключен к управляющим входам первого и второго нуль-органов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу

n

первого, счетчика импульсов, выход ко торого соединен с S-вхрдом первого триггера, выход которого подключен к первому входу элемента запрета, выход которого соединен с вторьм входом формирователя строб-импульса, вьпсод которого подключен к R-входу второго триггера и счетному входу второго счетчика импульсов, вход об- нуленкя которого объединен с R-BXO- дом первого триггера и подключен к первому выходу блока управления, а выход второго счетчика импульсов соединён с входом обнуления первого счетчика импульсов и вторым входом

3661212.

элемента запрета, выход второго триггера подключен к входу блока измерения длительности импульса.

2, Измеритель по п.1, о т л и - 5 чающийся тем, что блок управления содержит последовательно включенные первый и второй ждущие мультивибраторы, причем вход первого ждущего мультивибратора является входом блона управления, выход первого ждущего мультивибратора является вторым выходом блока управления, выход второго ждущего мультивибратора является первым выходом блока управле- 15 ния.

10

q)u5.

С задающего