Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения Советский патент 1986 года по МПК G01R19/25 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения параметров импульсов пилообразного напряжения, а именно коэффициента нелинейности пилообразного линейно-изменяющегося напряжения. Целью изобретения является повышение точности измерения нелинейности пилообразного напряжения. На чертеже приведена функциональная электрическая схема устройства для измерения нелинейности пилообразного напряжения. Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения содержит компаратор 1, источник 2 опорного напряжения, состоящий из амплитудного детектора 3 и делителя 4 напряжения, второй элемент И 5, генератор 6 счетных импульсов, делитель 7 частоты импульсов, счетчик импульсов 8, управляемый делитель 9 частоты импульсов, блок 10 управления, состоящий из элементов И-НЕ 11, 12 и триггера 13, реверсивный счетчик 14, дешифратор 15, цифровой индикатор 16, лервый элемент И 17, триггер 18, элеИент ИЛИ 19, элемент ИСКШЧАЩЕЕ ШШ 20. Выход триггера 18 соединен с входо элемента 17, выход генератора 6 соединен со счетным входом делителя 7 и входом вычитания делителя 9, выход делителя 7 подключен к счетному вход счетчика 8, разрядные выходы которого соединены с входами делителя 9, выход которого подключен к входу установки делителя 9 и первому входу блока 10 управления, вход триггера 18 соединен с первым входом элемента ИЛИ 19 и вторым входом первого элеме та И 17, первыми входами второго эле мента И 5 и элемента ИЛИ 20, инверсный выход триггера 18 соединен с вто рыми входами элементов 19, 5, выход элемента 19 соединен с входом установки в нуль делителя 7 и вторым входом элемента 20, выход которого подключен к второму входу блока 10 управления, выход элемента 5 соединен с входом установки в нуль счетчика 8 третьим входом блока 10 управления и первым входом источника 2, выход элемента И 17 соединен с входом уста новки реверсивного счетчика 14, первый выход блока 10 подключен к входу вычитания, а второй выход - к входу сложения счетчика 14, выход переноса которого соединен с четвертым входом блока 10, Информационные выходы счетчика 14 через дешифратор 15 подключены к индикатору 16, пятый вход блока 10 подключен к выходу компаратора 1, первый вход которого является входом устройства и соединен с вторым входом источника 2, выход которого подключен к второму входу компаратора 1. Источник 2 состоит из амплитудного детектора 3, выход которого соединен с делителем напряжения 4, блок 10 управления состоит из элементов И-НЕ 11, 12 и триггера 13, первые входы элементов 11, 12 объединены и являются первым входом блока 10 управления, вторые входы 11, 12 объединены и являются вторыми входами блока 10, третьи входы объединены и являются пятым входом блока 10, инверсный выход триппера 13 соединен с четвертым входом элемента 12, прямой выход 13 соединен с четвертым входом элемента 11, выход которого является первым выходом блока 10, выход элемента 12 является вторым выходом блока 10, счетный триггера 13 является четвертым входом блока 10, а вход установки в единицу является третьим входом блока 10. Работа данного устройства основана на принципе амплитудно-временного преобразования входного сигнала и сводится к измерению временных интервалов (прямой ход) и At-. Последний выделяется компаратором 1 при фиксированном пороге, равном uU. Коэффициент нелинейности определяется по формуле, использующей обратные производные ч f dt х. /с /-V.. /Vi ( rJ где V .р - среднее dt ми значение скорости изменения входного пилообразного напряжения (ПН); (dUflH) - экстремальMtdU I ное значение скорости изменения входного пилообразного напряжения,т.е. максимальная или минимальная скорость ПН,для которой модуль разности имеет наиболь- шее значение. max/1-V p/V /. Тогда i/ определяется из соотно Значение - амплитуда входного ПН. где и. Значение V определяется из соотношенияV. . , гдеди выбирается из соотношения flU. . At; ди,/V,- , Где п - коэффициент деления делите напряжения 4. Поскольку и и fiU величины п тоянные для конкретного измеряемог ПН, то измерение и V можно сво дить к измерению соответствующих и тервалов времени и .atj . При з полнении этих интервалов счетными импульсами временной интервал Т преобразуется в цифровой код N, со ветствукящй числу укладывающихся в нем импульсов с частотой временной интервал преобразует в относительный цифровой код ,со ветствукиций числу импульсов с част той F « fo/Nnp F10. (а - к станта). Тогда получаем Nn, .п; N P-ftti fo ut,-/NnP и соответственно F /Ы„р f Vj . , и„ F/П N, Ч. Подставим выражения для у... и V- в формулу для определения коэффициен та нелинейности 10 101273826 м п ц п в приняв а 100 100% (100- N )%, - экстремальное число относительно N определяемое из условия max/N - N /. Таким образом, алгоритм работы изителя, реализующего описанный нцип, состоит из следующих опера:измерение амплитуды N входного ПН; деление U на выбранную величину т.е. получаем дИд; преобразование временного интера it- в цифровой код; Т„, /10 -п; выделение временного интервала fit. . ; преобразование временного интервала ut; в относительный цифровой код N. f. ut. вычисление коэффициента нелинейности по выбранной величине а, т.е. 4 - N.)%; индикация результата измерения. В соответствии с изложенным алгоритмом устройство работает следующим образом. С приходом первого синхроимпульса и наличием единицы на инвертирующем выходе триггера 18 через элемент И 5 происходит сброс в нуль счетчика 8 и амплитудного детектора 3, установка триггера 13 по входу S в единичное состояние по неинвертирукмцему выходу. По окончании синхроимпульса СИ триггер 18 устанавливается в нуле- вое состояние, открывается через элемент/ ИЛИ 19 вход делителя 7 частоты, начинается счет его выходных импульсов счетчиком 8, амплитудный детектор 3 работает в режиме запоминания входного напряжения, элементы И-НЕ 11 и 12 закрыты по второму входу блока управления счетом нулевым напряжением с выхода элемента ИСКЛЮЧАВДЕЕ ИЛИ 20, реверсивный счетчик 14 не считает. Делитель 7 частоты имеет коэффициент деления п-Ю, на его выходе формируется частота следования импульсов F fд/п 10 , где f - частота генерации генератора 6. К концу прямого хода Т„р в счетчике 8 накапливается число (fp/п-Ю) . Амплитудный детектор 3 запоминает амплитуду и, входного ПН, на втором входе компаратора 1 устанавливается пороговое С приходом второго напряжение uU синхроимпульса СИ запирается вход делителя 7 частоты, прекращается счет в счетчике 8. На управлякядем входе делителя частоты 9 фиксируется число . С этого момента он начинает делить входную частоту f генератора 6 на число . В результате на выходе получается последовательность импульсов с частотой F f-/Nf,p . На инвертируюо . V. ПР щем выходе триггера 18 устанавливается логическая единица. Записывается код числа 10° по управляющему входу D реверсивного счетчика 1А. По мере нарастания входного ПН на выходе компаратора 1 формируется единичный импульс длительностью и /п - N . Во время действия этого импульса элемент И-НЕ 11 пропускает счетные импульсы на вычитающий вход счетчика 14, поступающие с выхода де лителя 9 частоты, поскольку на всех остальных его входах также установлены логические единицы. На выходе реверсивного счетчика 14 формируется код разности между числом 10, предв рительно занесенным по входу D , и числом, поступающим на его вычитающий вход импульсов, т.е. формируется значение замеряемого коэффициента нелинейности $ ( N.). Если число импульсов NI, укладывающихся в интервале йЬ , оказалось больше числа Ю, записанного в счетчике 1 в момент равенства N 10. на его выходе переноса О появляется им пульс, опрокидывающий триггер 13i В результате происходит переключение элементов И-НЕ 11 и 12 таким образом что теперь счетные импульсы поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 14 через элемент ИгНЕ 12. По окончании импульса длительностью utj на выходе комйаратора 1 элементы И-НЕ 11 и 12 запираются и на выходе реверсивного счетчика 14 фиксируется итоговая разность (10 - Np, котора затем с учетом выбранного целого значения константы а отображается в системе: дешифратор 15 и цифровой индикатор 16. С приходом очередного (третьего) синхроимпульса меняется состояние триггера 18, на выходе элемента И 5 появляется импульс, осуществляющий сброс и установку счетчика 8,триггера 13, амплитудного детектора 3. На 1 266 этом цикл измерения :закаг чивакт(:я и начинается следующий. Обычно выбирается или , тогда $(100-N./)% или 0,1(1000-N. )%, Число п выбирается, исходя из требуемой точности по оценке быстрых из- , |менёний (перепадов) скорости изменения ПН за . Обычно, если выбросов или изломов в ПН не ожидается, выбирается п 10. При нулевом начальном состоянии триггера 18 описанный цикл измерения начинается с приходом вторбго синхроимпульса СИ. С целью сокращения на один период ПН времени измерения, отсчитываемого от момента включения измерителя, необходимо осуществлять установку триггера 18 в единичное состояние в момент включения общего питания схемы измерителя (по известным схемам). Формула изобретения 1. Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения, содержащее генератор счетных импульсов, блок управления, реверсивный счетчик, дешифратор, цифровой индикатор, триггер, первый и второй элементы И, источник опорного напряжения, элемент И, прямой выход триггера соединен с входом первого элемента ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью повышения.точности измерения, в него введены компаратор,делитель частоты импульсов, счетчик импульсов, управляемый делитель частоты импульсов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем выход генератора счетных импульсов соединен со счетным входом делителя частоты импульсов и входом вычитания управляемого делителя частоты импульсов, выход делителя частоты импульсов соединен со счетным входом счетчика импульсов, разрядные выходы которого подключены к информационным входам управляемого делителя частоты импульсов, выход которого подключен к входу установки управляемого делителя частоты импульсов и первому входу блока управления, син- хровход триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ, с вторым входом первого элемента И, первыми входами второго элемента И и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверсный выход триггера соединен с вторыми входами элементов ИЛИ и второго эле мента И, выход элемента ИЛИ соедине с входом установки в О делителя частоты импульсов и вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход кот рого подключен к второму входу блок управления, выход второго элемента соединен с входом установки в О счетчика импульсов, третьим входом блока управления и. первым входом ис точника опорного напряжения, выход первого элемента И подключен к вход у становки реверсивного счетчика, пе вый выход блока управления подключе к Bxogy вычитания,а второй вьпсод к входу сложения реверсивного счетчика, выход переноса которого соеди нен с четверти входом блока управления, информационные выходы реверсивного счетчика через дешифратор соединены с цифровым индикатором, пятый вход блока управления соедине с выходом компаратора, первый вход которого является входом устройства и соединен с вторым входом источника опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу компаратора. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что источник опорного напряжения содержит последовательно включенные амплитудный детектор и делитель напряжения, выход которого является выходом источника, а первый и второй вход амплитудного детектора является соответственно первым и вторым входом источника опорного напряжения. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство управления содержит первый и второй элементы И-НЕ и триггер, причем выход первого элемента И-НЕ является первым выходом блока управления, а первые входы первого и второго элемента И-НЕ соединены и являются первым входом блока, вторые их входы объединены и являются вторым входом блока, третьи их входы объединены и являются пятым входом блока, вход триггера установки в 1 является третьи входом блока управления, а прямой выход соединен с четвертым входом первого элемента И-НЕ, инверсный выход соединен с четвертым входом второго элемента И-НЕ, счетный вход триггера являетс я четвертым входом блокауправления, выход второго элемента И-НЕ является, вторым выходом блока управления.

Изобретение может быть использовано при измерении параметров импульсов пилообразного напряжения (ПН). Целью изобретения является повьше.СЙ-.с ние точности измерения нелинейности ПН. Для достижения цели в устройство введены компаратор 1, делители 7, 9 частоты импульсов, счетчик 8 импульсов, элемент 20 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Устройство также содержит источник 2 опорного напряжения, генератор 6 счетных импульсов, триггер 18, элементы И 5, 17, элемент ИЛИ 19, блок 10 управления реверсивный счетчик 14, дешифратор 15 и цифровой индикатор 16. Данное устройство позволяет с высокой степенью автоматизации и малой погрешностью производить измерения нелинейности ПН в широком диапазоне частот, в том числе со ступенчатой (Л и кусочно-линейной аппроксимацией ПН. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. 1