Устройство для измерения амплитуды переменного напряжения Советский патент 1986 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды синусоидального переменного напря жения, имеющего постоянную составляющую . Цель изобретения - повышение точности измерения, быстродействия и помехоустойчивости за счет оптимизации режима работы компаратора, а так же за счет управления частотой генератора импульсов в зависимости от параметров входного сигнала и за счет более оптимального распределения во времени сигналов, управляющих счетчиками импульсов. На фиг.1 приведена схема устройства для измерения амплитуды перемен ного напряжения; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства. Устройство для измерения амплитуды переменного напряжения содержит компаратор 1, распределитель 2 импульсов, первый 3 и второй 4 счетчики импульсов, управляемый генератор 5 импульсов, удвоитель 6 частоты, блок 7 сравнения кодов, квантователь 8, управляемый источник 9 опорного напряжения, преобразователь 10 интервала времени в код, причем источник 9 содержит усилитель-ограничитель 11, интегратор 12 и фильтр 13 низкой частоты, а распределитель 2 инвертор 14 и триггер 15. Вход компаратора 1 соединен с входом квантователя 8 и входной шиной, управляющий вход квантователя 8 соединен с установочными входами распределителя 2 импульсов и счетчиков 3 и 4 импуль сов и с выходом блока 7 сравнения ко дов, входы которого соединены с выхо дами счетчиков 3 и 4 импульсов, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами распределителя 2 импульсов, вход которого со единен с выходом компаратора 1, входом управляемого источника 9 опорно го напряжения и входом преобразователя 10 интервала времени в код, выход которого соединен с входом упра ляемого генератора 5 импульсов. Выход последнего соединен со счетным входом первого счетчика 3 импульсов непосредственно, а к счетному входу второго счетчика 4 импульсов через удвоитель 6 частоты. Вход усилителя ограничителя 11 соединен с входом управляемого источника 9 опорного напряжения, а выход - через последовательно соединенные интегратор 12 и фильтр 13 низкой частоты с выходом упЕСавляемо го источника 9 опорного напряжения, выход которого соединен с опорным входом компаратора 1. Выходы инвертора 14 и триггера 15 соединены с вьпсодами распределителя 2 импульсов, вход инвертора 14 соединен с входом распределителя 2 импульсов и счетным входом триггера 15, установочной вход которого соединен с установочным входом распределителя импульсов. На диаграммах показано: а - входной сигнал, б - выходной сигнал компаратора; в - выходной сигнал блока сравнения кодов; г - выходной сигнал инвертора; д - выходной сигнал триггера. Устройство работает следующим образом. Оптимальными точками переключения компаратора 1 являются точки прохождения синусоидального входного напряжения через нуль (постоянная составляющая здесь принимается равной нулю). В этой точке входной сигнал имеет максимальную производную и вследствие этого компаратор 1 работает с максимальной точностью и обладает максимальной помехоустойчивостью. Для того, чтобы устранить влияние постоянной составляющей входного сигнала и собственного напряжения смещения компаратора на его работу, с его выхода на вход заведена отрицательная обратная связь по скважности его выходного сигнала. При этом с выхода компаратора 1 на вход усилителя-ограничителя I1 поступает сигнал с логическими уровнями. В усилителе-ограничителе 11 он преобразуется в сигнал с равными амплитудами положительных и отрицательных полупериодов. Этот сигнал поступает на вход интегратора 12. Если скважность сигнала равна двум, это соответствует полной компенсации постоянной составляющей входного сигнала на входе компаратора I и собственного напряжения смещения компаратора. Если же скважность сигнала на выходе усилителя-ограничителя 11 не равна двум, то интегратор 12 так изменяет свой выходной сигнал, чтобы привести ее к двум. Фильтр 13 низкой частоты служит для подавления пульсаций выходного сигнала интегратора 12. При превьппении входным напряжени ем напряжения на выходе источника 9 напряжение на выходе компаратора 1 соответствует логической единице, в противном случае - логическому нулю Преобразователь 10 интервала вре мени в код измеряет период сигнала на выходе компаратора 1 и выдает соответствующий ему код на вход управляемого генератора 5 импульсов, управляя им таким образом, чтобы в рабочем диапазоне частот сохранялось равенство f Т const, где f - частота сигнала, вырабатьшае мого генератором 5; Т - период входного напряжения, В этом случае счетчики 3 и 4 импульсов не входят в переполнение и точность измерения является величиной постоянной, не зависящей от частоты входного сигнала. Перед циклом измерения триггер 15 находится в единичном состоянии (сиг нал на его инверсном выходе соответствует логическому нулю), счетчики Зи 4 импульсов обнулены. В момент времени t. (фиг. 2), соответствующий пересе чению убывающим синусоидальным сигналом нулевого уровня (постоянная составляющая входного сигнала принята равной нулю), на выходе компаратора 1 появляется сигнал логического нуля на выходе инвертора 14 - сигнал логи ческой единицы, счетчик 3 импульсов начинает подсчитьшать импульсы, вырабатьшаемые управляемым генератором 5. В этот же момент времени на выходе преобразователя 10 интервала времени в код появляется результат предащущего измерения параметров входного сигнала, после чего он начинает новое измерение. При этом управляемый генератор 5 вьфабатьшает сигнал частотой, удовлетворяющей равенствуf. Т const. В момент времени t, соответствую щий пересечению возрастающим синусои дальным сигналом нулевого уровня, на выходе компаратора 1 появляется сигнал логической единицы, на выходе ин вертора 14 - сигнал логического нуля триггер 15 переводится в нулевое сос тояние , на управляющем входе счетчика 4 импульсов появляется сигнал логической единицы, и он начинает подсчитывать импульсы с выхода управляемого генератора 5, проходящие через удвоитель 6 частоты. Счетчик 3 импульсов при этом запоминает код, соответствующий половине периода измеряемого сигнала, так как скважность выходных импульсов компаратора 1 равна двум. В момент времени t ., соответствующир половине полупериода входного сигнала, когда сигнал находится в экстремуме, коды на выходах счетчиков 3 и 4 импульсов сравниваются, блок 7 сравнения кодов вырабатывает импульс, по которому производится квантование входного сигнала квантователем -8, счетчики 3 и 4 импульсов обнуляются, триггер 15 переходит в единичное состояние, запрещая дальнейший счет счетчику 4. Измерение при наличии постоянной составляющей во входном сигнале производится аналогично. Формула изобретения 1. Устройство для измерения а шлитуды переменного напряжения, содержащее компаратор, квантователь, распределитель импульсов, первый и второй счетчики импульсов, удвоитель частоты, блок сравнения кодов, входы компаратора и удвоителя частоты соединены с входной щиной, вход распределителя импульсов соединен с выходом компаратора, а выходы соединены с соответствующими управляющими входами первого и второго счетчиков импульсов, счетный вход второго счетчика импульсов соединен с выходом удвоителя частотьг, выходы счетчиков импульсов соединены с соответствующими входами блока сравнения кодов, которого соединен с управляющим входом квантователя, выход которого соединен с выходной шиной устройства, вход удвоителя частоты соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, отличающееся тем, что, с целью повьщтения точноси измерения, быстродействия и помеоустойчивости, в него введены управяемый источник onoptioro напряжения, правляемый генератор импульсов и

преобразователь интервала времени в код, вход которого соединен с выходом компаратора и входом зТравляемого источника опорного напряжения, выход которого соединен с опорным входом компаратора, выход преобразователя интервала времени в код соединен с входом управляемого генератора импульсов, выход которого соединен с входом удвоителя частоты, вьпсод блока сравнения кодов соединен с установочными входами первого и

второго счетчиков импульсов и распределителя импульсов.

2. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что управляемый источник опорного напряжения содержит последовательно соединенные усилитель-ограничитель, интегратор и фильтр низкой частоты, выход которого соединен с выходом управляемого

источника опорного напряжения, вход которого соединен с входом усилителя-ограничителя .

Изобретение относится к цифровой измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения, быстродействия и помехоустойчивости. Устройство содержит компаратор 1, распределитель 2 импульсов, счетчики 3 и 4, удвоитель 6 частоты. 8х кляча блок 7 сравнения кодов, квантователь 8, усилитель-ограничитель 1I, интегратор 12, фильтр 13 низкой частоты, инвертор 14 и триггер 15. Введение управляемого источника 9 опорного напряжения, преобразователя 10 интервала времени в код, управляемого генератора 5 импульсов позволяет установить зависимость частоты заполнения от периода входных сигналов и отрицательную обратную связь по скважности входных сигналов формирователя. Быстродействие устройства увеличивается за счет автоматизации процесса измерения, а также вследстс вие того, что измерение проводится в каждый период и при непрерывно ел изменяющихся параметрах входного сигнала . 1 3.п. ф-лы, 2 ил. 1C ISO N9 О5 .1