Способ измерения сигналов низкого уровня Советский патент 1986 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для создания измерительных приборов сигналов низкого уровня.

Цель изобретения - повышение- точности измерения за счет компенсации аддативной погрешности.

На фиг. 1 представлена временная диаграмма, поясняющая предлагаемый способ; на фиг. 2 - бйок-схема уст- роййтва для его осу еетвления; на фиг. 3 - структурная Схема управления.

Устройство содержит ключи 1,2 и 3, интегратор 4, блок 5 управления, блок 6 сравнения и измеритель 7 интервалов времени, причем выходы ключей 1,2 и 3 соединены с входом интегратора 4, а их входы - с источниками входного и опорного сигналов и земляной шиной соответственно, выход интегратора 4 соединен с одним входом блока 6 сравнения, второй вход которого подключен к земляной шине, а выход - к входу блока 5 управления, вьпсоды последнего соединены с управляющими входами ключей,1,2;и 3 и входом измерителя .7 интервалов времени

Блок 5 управления содержит генератор 8 тактовых импульсов, счетчики 9 и 10, дешифратор 11, умножитель 12 кода на постоянный коэффициент выпол ненньй в виде постоянного запоминающего устройства с защитой таблицей кодов , триггеры 13 и 14, элемент И

15« элемент ИЛИ 16. Выход блока 6 сравнения подключен к.первому входу триггера 13, входу управления записью счетчика 10 и входу сброса по фронту импульса триггера 14, прямой выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 16, инверсный выход - с управляющим,входом ключа 3,

а установочный вход - с вьрсодом переноса счет чика 10, вход записи которого через умножитель 12 подключен к выходу счетчика 9 и входу дешифратора 1 1 , прямой выход которого соединен с управляющим входом ключа 1, а инверсньй выход - с .вторым входом элемента ШШ 16. Выход элемента ИЛИ

16подключен к управляющему входу ключа 2 и первому входу элемента И 15, вькод которого соединен со счетным входом измерителя 7, а второй вход - с выходом генератора 8 и тактовыми входами счетчиков 9 и 10.Выход триггера 13 подключен к входу

управления направлением счета измерителя 7, а входы сброса измерителя 7, счетчиков 9 и 10, триггеров 13 и 14 соединены с входной шиной запуска.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В первом такте за фиксированное время Т, интегрируют измеряемое напряжение и совместно с напряжением смещения.Поеле этого осуществляют списьшание до нуля накопленногб интервала путем интегрирования опорного напряжения U « Как .следует из временной диаграммы (фиг. 1), в течение интервала времени t, про- цесс. описьгаается вьфа жением

е(Тв + АТ) + UxTo- Uo/T, О . (1).

Далее осуществляют поочередное интегрирование напряжения смещения е и опорного напряжения U, причем интервал Tjjj (i 1,2,3...) интегрирот

вания напряжения смещения каждый раз

задают меньше оставшейся части суммарного интервала времени t -t Т + 4Т, Т на величину k(e, Uj, ) TOCI; . При i 1 Tocr , t - t Т. В соответствии с этим длитель ность TO, (1-k) TOCT (1-k) Т, длительность TO, (1-k) Teeri (1-k) X(T-TQ,-AT,) (на фиг. 2 показаны только два интервала) и т.д. до тех пор, пока интервал .j не станет пренебрежимо малым.

Процесс в течение суммарного интервала времени t описьгоается соотношением

п

.е(ТрЧ-йТ, ) -и„2Г ДТ; 0 (2)

где п - число интервалов интегрирования напряжения смещения. Вычитая из выражения (1) выражение (2), получим функцию преобразования

ьт, - Х: ьт; Ь т, (3)

Выражение (3) показывает,что напряжение смещения е не оказывает . влияния на точность измерения напряжения Ujj. Погрешность измерения опре- деляется точностью вьтолнения равенства t - t TO + дТ. Практически это равенство обеспечивается с точ- ностью до периода квантующих импуль31

сов, с помощью которых формируются интервалы времени Т и а Т, . Применение кварцевых генераторов частоты позволяет реально обеспечить погреш-г ность формирования интервала t ц - tg

-5

не более (10 - 10)%.,

Для определения числа п повторений операций интегрирования напряжения смещения можно записать следую- пще очевидные соотношения. Если условно принять длительность сз ммарно- го интервала Т + йТ, за единицу то после первой операции интегрирования напряжения смещения и описьша- ния накопленного интеграла опорным напряжением до нуля для оставшейся частей единичного интервала будет

справедливо

ocr

ik,после второй

операции - (. /Т) k ; после тре-

и в об|тьей операции (,„, /Т) , k щем случае (Т„„ j,/T) k. Задав.ая допустимое значение погрешности (погрешности задания суммарного интервала времени), получаем уравнение для достаточного количества числа операций интегрирования напряжения п

смещения k Реально k 10

6 ,откуда п (lg6/lgkX

,-4

, тогда, например,

I.д

для с 10 ° получаем п 6 2,т.е. практически число повторений операции интегрирования напряжения смещения не бывает большим двух.

Устройство для осуществления пред лагаемого-способа работает следующим образом.

В начальный момент времени импульсом запуска сбрасьшаются измеритель 7, счетчики 9 и 10 и триггеры 13 и 14.Затем дешифратор 11 открьшает клю 1 на фиксированный интервал времени Т,. Одновременно счетчик 9 подсчитывает время и по окончании интервала Tj дешифратор 11 закрывает ключ 1 и открьшает ключ 2 до прихода импульса с блока 6 сравнения, который за- письшает в счетчик 10 код времени, соответствующий Т , и взводит триггер 14, тем самым закрывая ключ 2 и открьшая ключ 3. По истечении интервала Тд, счетчик 10 импульсом переноса переводит триггер 14 в 1 открьшая ключ 2 и эакрьшая ключ З.Это

5

o

5

0

5

0

1314

состояние продолжается до прихода очередного импульса с блока 6 сравнения, после чего цикл повторяется.

Счетчик 9 работает на вычитание, поэтому в моменты времени прихода им- . пульса с блока 6 сравнения значение кода в нем соответствует оставшейся части TQC-T. суммарного интервала времени. Весь суммарный интервал времени определяется емкостью счетчика 9.

Измеритель 7 осуществляет измерепние разности ь.T - АТ.,пропор1 2циональнь1Й входному напряжению.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет с точностью до используемой меры времени устранить погрешность от дрейфа напряжения смещения, если значение последнего не изменяется за время одного измерения.

Формула изобретения

Способ измерения сигналов низкого уровня, основанный на интегрировании входного сигнала в течение заданного интервала времени и последующем инт.ег-. рировагнии опорного напряжения до момента равенства нулю накопленного интервала, запоминании полученного информативного интервала времени, последующем интегрировании напряжения смещения и интегрировании опорного напряжения до момента равенства нулю накопленного интервала и определении разности между интервалами времени,в течение которых осуществлялось интегрирование опорного напряжения, о т- личающийся тем,что, с целью повьшения то гности, операции интегрирования напряжения смещения и опорного напряжения повторяют многократно на суммарном интервале времени, равном длительности заданного и полученного информативного интервалов времени, причем время интегрирования напряжения смещения каждый раз задают меньше оставшейся части суммарного интервала на величину, пропорциональную отношению максимального значения напряжения смещения к значению опорного напряжения.

-и+е

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель .изобретения - повьшение точности измерения. Устройство, реализующее способ,содер- жит ключи 1-3, интегратор 4,блок 5 управления,блок 6 сравнения и измеритель 7 интервалов времени. Многократное повторение операций интегрирования напряжения смещения и опорного напряжения на суммарном интервале времени, равном длительности заданного . и полученного информативного интервалов времени так, что время интегрирования напряжения смещения каждый раз задают меньше оставшейся части суммарного интервала на величину,про- порциональную отношению максимального значения напряжения смещения к значению опорного напряжения, компенсирует аддативную погрешность. В описании дан пример вьшолнения блока 5 управления и приведены временные диаграммы, поясняюпще способ. 3 ил. (Л 00

Фиг, Г

5по к 5 управлений

Ф«/г. J

У/7Д/ГД/

Составитель С.Кабиков Редактор А.Лежнина Техред О.Сопко Корректор Т.Колб

Заказ 3483/39 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий t13035,Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4