Устройство формирования калибровочного сигнала Советский патент 1986 года по МПК H03K5/00 

фия1

щую RC-цепь 2, для достижения цели введены генератор 3 синусоидальных сигналов, аттенюатор 4, компараторы 5, 6, 7, элемент И 8, источники 9, 10 опорного напряжения, буферные усилители П, 12, переключатель 13, сумматор 14, ключ 15, блок 16 управления. Цель достигаемся путем формирования сигнала с отключениями от линейного сигнала разных знаков, а также калибровочного сигнала малой дпи126

18

тельности. Блок 16 управления может быть выполнен на основе микропроцессорной техники или линии ЭВМ типа Искра 22В. Устройство позволяет формировать сигнал с коэффициентами нелинейности от сотых долей процента до 100%, абсолютными отклонениями DT тьсячных долей процента до 10%, причем как положительными , так и отрицательными . 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство относится к измерительной технике. Может быть использовано при калибровке и поверке измерителей параметров нелинрйности пилообразного напряжения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. В устройство, содержащее источник 1 постоянного напряжения, интегрирую

1 -

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при калибровке и поверке измерителей параметров нелинейности пилообразного напряжения,

/ Цейь изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем формирования калибровочного сигнала с отключениями от линейного сигнала разных знаков, а также калибровочного сигнала малой длительности.

На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 -.диаграммы, поясняющие его работу; на фиг.З - рабочий участок формиТруемого калибровочного сигнала.

Устройство содержит источник I постоянного напряжения, интегрирующую RC-цепь 2, генератор 3 синусоидальных сигналов, аттенюатор 4, пер-вый 5, второй 6 и третий 7 компараторы, элемент И 8, первый 9 и второй 10 источники опорного напряжения, первый 11 и второй 12 буферные усилители, переключатель 13, сумматор 14, ключ 15 и блок 16 управления, причем выход генератора 3 синусоидальных сигналов соединен с входом интегрирующей RC-цепи 2 и входом аттенюатора 4, выход которого подключен к входу первого буферного усилителя 11, а также к первым входам второго 6 и третьего 7 компараторов, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения, выход интегрирующей RC-цепи 2 соединен с первым, входом первого компаратора

5, второй вход которого соединен с точкой нулевого потенциала, инверсный выход второго 6 и прямой выход третьего 7 компараторов подключен соответственно к первому и второму входам элемента И 8, третий вход которого соединен с первым выходом переключателя 13, а выход подключен к управляющему входу кпюЧа 15, первый вход которого подключен к выходу первого буферного усилителя 11, второй вход - к второму выходу переключателя 13, а выход - к первому входу сумматора 14, второй вход которого подключен к выходу источника 1 постоянного напряжения, а выход - к входу второго буферного усилителя 12, выход которого является выходом устройства, первый вход переключателя 13 соединен с инверсным выходом первого компаратора 5, второй вход - с прямым выходом первого компаратора 5, третий вход - с выходом второго источника 10 опорного напряжения, а четвертый вход - с выходом первого источника 9 опорного напряжения, управляющие входные шины генератора 3 синусоидальных сигналов, аттенюатора 4, первого 9 и второго 10 источников опорного на пряжения, источника 1 постоянного напряжения и переключателя 13 соединены соответственно с первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой управляющими выходными шинами блока 16 управления.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальный сигнал, вырабатываемый генератором 3 синусоидального

сигнала (фиг.2а) поступает на входы аттенюатора 4 и интегрирующей RC-ueпи 2. Частоты сигнала определяются кодом, поступающим на входную управляющую шину генератора 3 с первой уп равляющей выходной шины блока 16 управления . На выходе аттенюатора 4 сигнал совпадает по фазе с выходным сигналом генератора, а его амплитуда обратно пропорциональна управляющему коду, поступающему на входную управляющую шину аттенюатора 4 с второй выходной управляющей шины блока I6 управления. С выхода интегрирующей цепи 2 сигнал, имеющий сдвиг по фазе (-If/2) относительно входного сигнала (фиг.26) поступает на первый вход первого компаратора 5, второй вход которого соединен с точкой нулевого потенциала. В результате на прямом выходе первого компаратора 5(фиг.2в) сигнал логической единицы соответствует интервалу фаз сигнала генератоf 3 pa 3 (;; + 2nn, +21Гп), а логического нуля - интервалу фаз (- - -tZiTn,

|- +2|Гп)., ±1, ±2 ..... На инверсном выходе - противоположный сигнал.

Если переключатель 13 находится в первом положении, то сигнал с инверсного выхода первого компаратора 5 поступает с первого входа на выход первой группы и далее.на третий вход элемента И. Если переключатель 13 находится во втором положении,то на .третий вход элемента И сигнал постуйает с прямого выхода первого компаратора 5 через второй вход и выход первой группы. Положение переключателя 13 определяется сигналами, поступаюш 1ми на его входную управляющую шину от шестой управляющей выходной шины блока 16 управления.

Сигнал с выхода аттенюатора 4 поступает на первый вход ключа 15 через первый буферный усилитель 11, а также на первые входы второго 6 и третьего 7 компараторов. Уровни срабатывания компараторов определяются постоянными напряжениями, поступающими на вторые входа второго 6 и третьего 7 компараторов соответственно с первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения. Напряжения первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения определяются управляющими кодами, поступающими на их управляющие входные шины соответственно с третьей и четвертой управляющих выходных шин блока 16 управления. Таким образом, сигнал логической единицы на инверсном выходе второго компаратора соответствует интервалам фаз (2«по(,+ 2Sn), (-0:,+ + 21| п), 2 7 ( )3 . 3 на прямом выхог де второго компаратора - интервалу фаз. (, (ft-ofj) + 21Гп), гцео,

arcsin --; а arcsin --; U,,Uj -2-m

напряжения соответственно первого 6

и второго 7 источников опорного напряжения, и - амштитуда сигнала на выходе аттенюатора 4. С инверсного выхода второго компаратора 6 (фиг.2г и прямого выхода третьего компаратора 7 (4иг.2д) логические сигналы поступают соответственно на первый и второй входы элемента И 8. Еслипереключатель 13 находится в первом положении, то сигнал логической единицы на выходе элемента И 8 (фиг.2е) соответствует участку синусоиды в интервале фаз (ы +2i-n, «, ) (фиг.З а если во втором положении - то t((,)+21Гn, (r-(,j)+2iTn . Сигнал с выхода элемента И 8 поступает на управляющий вход ключа 15. Если этот сигнал - логическая единица, то на вход ключа 13 поступает сигнал с первого входа ключа, а если логический ноль - то с второго входа. В первом положении переключателя 13 на второй вход ключа 15 через первый вход и второй группы переключателя 13 поступает напряжение второго источника 10 опорного напряжения, а во втором положении - первого источника 9 опорного напряжения. В результате работы ключа 15 сигнал на его выходе имеет вид пилообразных импульсов, нарастающий (первое положение переключателя 13) или ниспадающий (второе положение переключателя 13) участок которого является отрезком синусоиды (фиг.2ж). В паузах между пилообразными импульсами сигнал имеет постоянный уровень и (для линейно падающего напряжения) или U (для линейно нарастающего).

Этот сигнал складывается в сумматоре 14 с сигналом источника 1 постоянного напряжения, задающего постоянную составляющую выходного сигнала под действием сигнала управления, поступающего с четвертой управ512ляющей выходной шины блока 16 управления на входную шину управления источника 1 постоянного напряжения. С выхода сумматора 14 сигнал через второй буферный усилитель 12.поступает на выход устройства. Блок 16 управления представляет собой специализированное управляющевычислительное устройство. Управляя затуханием аттенюатора 4, постоян- , ными напряжениями первого 9 и второго 10 источников опорного напрйжения и источника 1 постоянного напряжения положением переключателя 13, блок управления обеспечивает получение импульсов как линейно нарастающего, так и линейно падающего напряжения, линейный участок которых имеет калиброванные параметры нелинейности, так как является участком синусоиды, качество которой, в свою очередь, можно легко оценить известными спектральными методами, а уровни начала и конца рабочего кода постоянны для данного сигнала и могут быть поверены, например, компенсационными методами. Вследствие зтого параметры нелинейности однозначно связаны с пара метрами, устанавливаемыми блоком 16 управления. Возможны два алгоритма работы бло ка 16 управления. По первому алгорит му по установленным значениям частот f сигнала генератора 3, затухания А аттенюатора 4, U|, Uj и напряжения Unocr источника постоянного напряжения , блок управления рассчитывает значения начального уровня U и амплитуды и у, (или конечного уровня U) выходного сигнала, коэффициента нелинейности Кр, максимального абсолют ного отклонения U, длительности импульса Т и периода его повторения Т и индицирует вычисленнь1е значения.По второму алгоритму по заданным и введенным в блок 16 управления параметрам U , и (UK) K5(b),t вычисляются необходимые значения f, U , и nof. выдаются соответствукицие уп равляющие коды на входнь1е управляю-; щие шины исполнительных устройств (генератора 3 синусоидальных сигналов, аттенюатора 4, первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения, источника 1 постоянного напряже НИН и переключателя 13). В случае дискретной реализации блока 16 управления и схем управления исполни18тельными устройствами невозможна точная установки вычисленных значений f, и,, А, . , поэтому после установки приближенных значений целесообразен расчет по первому алгоритму и индикации уточненных параметров U , U (U) , К,, Д „, Т и Т . Устройство позволяет получать сигналы с калиброванными параметрами, обладающие максимальными абсолютными отклонениями разных знаков, различными по абсолютной величине. Имеется возможность перемещения моментов максимальных отклонений по оси ремени внутри длительности импульса. Из-за наличия протяженного очень близко к линейному участку синусоиды в окрестности нулевой фазы возможно получение весьма малых значений нелинейности. В большинстве случаев для упрощения блока 16 управления целесообразно ограничиться формированием сигналов при /и,/ /Ui/,/o,/ . Первый алгоритм. Исходные данные для расчета: f. А, U,U:, пост также UT - амплитуда синусоидального сигнала на выходе генератора 3 (постоянна для каждого конкретного устройства) ; напряжение нарастающее (падающее). 1.Т / 2. /- arcsin(Ui A/Ur ) 3.с (для линейно нараси.и,„ -и, тающего напряжения (для линейно пад U, ( линейно падающего напряжения) 5.U,Uo + Un .- . . -г -.sinoix) 6.й. u sin arccos()J sinu fSin . - -arccosC- -)j где чС arcsin(U, A/Up) , ui, максимальные значения модулей соответственно положительного и отрицательного абсолютных отклонений 7.Кр (1-со8ог) -100% Второй алгоритм. Исходные данные для расчета: К(илид) U,, Uj (или Uj),c, напряжение нарастающее (падающее). 1. 6t arccos (1-Kjj), Определяется путем численного решения трансцендентного уравнения 7 (п.6 первого алгоритма) при заданном Д . 2. и, и„ /2(,;/2 3. А А. f S т 5.Т 6.,. , (для линейно нара тающего напряжени и,-и, (для линейно пада щего напряжения) 7. При необходимости уточнения, проводятся вычисления по перв му алгоритму. Блок 16 управления может быть вы полнен на основе микропроцессорной техники или линии ЭВМ типа Искра 22В. В качестве источников опорног и постоянного напряжений применены цифроаналоговые преобразователи соответствующей разрядности, работающие от общего высокостабильного источника напряжения. Устройство формирования калибровочного сигнала позволяет формировать сигнал с коэффициентами нелинейности от сотых долей процента до 100%, абсолютными отклонениями от тысячных долей процента до 10%, при чем как положительными, так и отри:цательными. Устройство применимо и для формирования сигнала с монотонной нелинейностью. Имеющаяся возможность смещения м ментов максимумов и минимумов откло нения внутри отрезка времени, соответствующего рабочему ходу, позволя ет исследовать динамические характеристики измерителей. Формула изобретени 1. Устройство формирования калибровочного сигнала, содержащее источник постоянного напряжения и интегри рующую КС-цепь, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей, в него дополнительно введены генератор сину соидальных сигналов, аттенюатор, пер вый, второй и третий компараторы, элементы И, первый и второй источники опорного напряжения, первый и вто рой буферные усилители, переключатель, сумматор, ключ и блок управления, причем выход генератора синусои дальных сигналов соединен с входом 18 интегрирующей RC-цепи и входом аттенюатора, выход которого подключен к входу первого буферного усилителя, а также к первым входам второго и третьего компараторов,вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго источников опорного напряжения, выход интегрирующей RC-цепи соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, инверсный выход второго и прямой выход третьего компараторов подключены доответственно к первому и второму входам элемента И, третий вход которого соединен с первым выходом переключателя, а выход - с управляющим входом ключа, первый вход ключа подключен к выходу первого буферного усилителя, второй вход - к второму выходу переключателя, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу источника постоянного напряжения, а выход к входу второго буферного усилителя, выход которого является выходом устройства, первый вход переключателя соединен с инверсным выходом первого компаратора, второй вход - с прямым выходом л ервого компараторе., третий вход переключателя соединен с выходом второго источника опорного напряжения , а четвертый вход - с вь.--ходом первого источника опорного напряжения, управляющие входные шины генератора синусоидальных сигналов, аттенюатора, первого и второго источников опорного напряжения, источника постоянного напряжения и переключателя соединены соответственно с первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой управляющими выходными шинами блока управления. ч 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что переключатель содержит две сблокированные трехкон- . тактные группы, причем переключающие контакты первой и второй групп соединены соответственно с первым и вторым выходами переключателя, размыкакчций и замыкающий контакты первой группы соединены соответственно с размыкающим и замыкающим входами переключателя, а первый и второй коммутируеьвлё контакты второй группы соответственно с третьим и четвертым входами переключателя.

Х /V

j

6 в

/У

/У

фи.З