Функциональный преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к вычислительной и информационно-измерительной технике и автоматическому управлению и может быть использовано, например, при построении автоматизированных систем научных исследований в качестве функционального преобразователя коэффициента глубины модуляции в интервал времени.

Цель изобретения - расширение области применения преобразователя за счет смещения минимальной частоты преобразованного сигнала в область инфранизких частот.

На чертеже приведена структурная схема функционального преобразователя.

Согласующий элемент 1, линейный детектор 2 и фильтр 3 низких частот соединены последовательно. К выходу фильтра 3 низких частот подключены последовательно включенные разделительный конденсатор 4, формирователь 5 модуля, первый суммирующий интегратор 6, первый элемент 7 выборки-хранения, преобразователь 8 напряжения в частоту, подключенный выходом к выходу функционального преобразователя, а также включенные последовательно второй суммирующий интегратор 9, второй элемент

10выборки-хранения, выход которого подключен к информационному входу блока 11 слежения-хранения. Формирователь 12 импульсов входом подключен к выходу фильтра 3 низких частот, а выходом к управляющим входам элементов 7 и 10 выборки-хранения. Управляющий вход блока 11 слежения-хранения подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, а его выход к второму входу первого суммирующего интегратора 6.

Согласующий элемент 1 подключается к входу функционального.,.преобразователя и является согласующим звеном между входным сигналом и линейным детектором 2. В линейном детекторе 2 производится преобразование двухполярного входного напряжение в однополярное. Входной сигнал представляет собой высокочастотный сигнал, модулированный низкочастотным. Исключение высокочастотной составляющей осуществляется фильтром 3 низких частот. Далее преобразование сигнала происходит по двум каналам. Первый канал состоит из разделительного конденсатора 4, формирователя 5 модуля, первого суммирующего интегратора 6, первого элемента 7 выборки-хранения, преобразователя 8 напряжения в частоту. Второй канал состоит из второго суммирующего интегратора 9 и второго элемента 10 выборки-хранения с соответствующими связями. Блок

11слежения-хранения и формирователь 12 импульсов являются общими блоками обоих каналов.

Для удобства рассмотрим вначале работу второго канала. С выхода фильтра 3 низких частот однополярный отфильтрованный сигнал поступает на суммирующий ин0

тегратор 9 и элемент 10 выборки-хранения, стробируемый формирователем 12 импульсов короткими импульсами с периодом низкочастотной огибающей модулированного входного сигнала Т. Запишем математически выражения, описывающие цикличность работы этой структуры. Выходное напряжение элемента 10 выборки-хранения после первого цикла работы равно

KnUHT , К„

0

5

и

,- UK-

+

RhC

5

R22C x(u(t)dt,(1)

о

где Rl 2, R22 - сопротивления входных резисторов в суммирующем интеграторе 9 второго канала, который выполнен на операционном усилителе с кбнденса- тором С в обратной связи;

UH - начальное значение напряжения до изменения входного сигнала;

Кг, - коэффициент передачи элемента 10 выборки-хранения;

U(t) -выходное напряжение фильтра 3

или

к

, EVL, U(t)dt Ч-UHQ2,

к l2V е

(2)

о 1 КпТ где Q2 1 - R2

По истечении п циклов выходное напряжение элемента 10 выборки-хранения станет равным

35

пК„Т .1

иеых..у- Т

U(t)

(3)

Qr +UnQ, (4)

40

где Ucp. - среднее значение выходного напряжения фильтра 3. Из формулы (4) видно, что член

2 И

Qr

представляет собой геометрическую прогрессию со знаменателем Qg. Если выполнить условие I Q2 I 1, то получим, что член

: и

Qr

представляет собой бесконечно убывающую геометрическую прогрессию. Тогда при достаточно большом п(п- 00), т.е. в установившемся режиме

кд

- -ittc

ип R22

иср.щ(5)

(6)

Очевидно, что выходное напряжение элемента 10 выборки-хранения пропорционально среднему значению выходного напряжения Уср.фильтра 3, которое представляет собой одну из полярностей модулированного входного напряжения. Входной модулирующий сигнал обычно является синусоидальным, поэтому среднее значение напряжения на выходе фильтра 3 равно амплитуде несущей. При выборе резисторов Rl2 R22 имеем

UBWX. UmiiK.(7)

Заметим, что при Q2 близком к нулю (например, равном 0,1-0,2) переходной процесс заканчивается через 3-4 периода.

Вернемся к первому каналу преобразования. Напряжение с формирователя 5 модуля поступает на суммирующий интегратор 6, где алгебраически суммируется с выходным сигналом блока 11 слежения-хранения. Элемент 7 выборки-хранения и с периодом Т осуществляет фиксацию выходного напряжения суммирующего интегратора 6.

Напряжение с выхода элемента 7 выборки-хранения поступает на преобразователь 8 напряжения в частоту, который управляет работой блока 11 слежения-хранения 11, формируя в каждом цикле значения выходной частоты вых.

Запишем уравнение преобразования выходного напряжения формирователя 5 модуля в значение выходной частоты. После первой итерации уравнение имеет вид

Сфзи, KufT , КлК„|

f.

с

+

RliC

-X.

Х ифи (t)dt,

где СФЗ - емкость конденсатора слежения -хранения.

или f

с / I

вых.1 1нЦ)|-(- PJ I

иФм(1)а1,

выходное напряжение формирователя модуля 5; сопротивление соответствующего входного резистора в суммирующем интеграторе б,

СфзЦике КпКц/ Т .

ТГ

После п циклов преобразования значение выходной частоты станет равным

f гГ I КпКц/

1иц;| -|- j;jj|(

U0M(t)dt

S

дГ

(10)

Следуя приведенным рассуждениям, QI I ; 1 и можно записать

1иФм

(И)

о:

1

Если выбрать отнощение р.. числен- - 1,57, то можно записать

но равным

и

т Heyi |, 1. я

I / К К М, и гпнвс

(12)

0

0

где k - коэффициент пропорциональности; М-коэффициент глубины амплитудной модуляции входного сигнала.

Итак, на выходе преобразователя получаем последовательность импульсов, частота которых пропорциональна коэффициенту глубины амплитудной модуляции М.

Как видно из (11), в уравнение преобразования не входят коэффициенты передачи таких блоков, как суммирующие интеграторы 6 и 9, элементов 7 и 10 выборки-хранения, преобразователя 8 напряжения в часто- 5 ту. Это позволяет предъявлять к перечисленным невысокие требования по точности и строить функциональный преобразователь достаточно простым, но в то же время и достаточно точным. Относительная погрещность преобразования функционального преобразователя описывается формулой

и. и

гдеи„ и -(U -U,,)

ли и - и„.

Тогда при заданной погрешности у„ число итераций, необходимых для достижения значения этой погрешности, составля Y.U

In

VnU дТГ

5

0

5

0

5

InlGLl

Если, например, поддерживать значение I Q I равным 0,1, то для достижения погрешности в 0,1% потребуется время преобразования, равное всего лишь трем периодам огибающей входного сигнала.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий последовательно включенные согласующий элемент, линейный детектор и фильтр низких частот, вход согласующего элемента является входом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью рас- щирения области применения за счет смещения минимальной частоты преобразованного сигнала в область инфранизких частот, он содержит формирователь импульсов, последовательно включенные разделительный конденсатор, формирователь модуля, первый суммирующий интегратор, первый элемент выборки-хранения, преобразователь напряжения в частоту и последовательно включенные второй суммирующий интегратор, второй элемент выборки-хранения и блок слежения-хранения, выход которого подключен к второму входу первого суммирующего

1336051

56

интегратора, выход фильтра низких частоти второго элементов выборки-хранения, выподключен к первому входу второго сумми-ход второго элемента выборки-хранения подрующего интегратора, к свободной обклад-ключен к второму входу второго суммируюке разделительного конденсатора и к входущего интегратора, выход преобразователя

формирователя импульсов, выход которогонапряжения в частоту является выходом

соединен с управляющими входами первого5 функционального преобразователя.

Изобретение относится к области вычислительной и информационной измерительной техники и может быть использовано при построении автоматизированных систем научных исследований в качестве функционального преобразователя коэффициента глубины модуляции в интервал времени. Целью изобретения является расширение области применения преобразователя за счет смещения минимальной частоты преобразованного сигнала в области инфраниз- ких частот. Функциональный преобразователь содержит согласующий элемент 1, линейный детектор 2, фильтр низких частот 3, разделительный конденсатор 4, формирователь модуля 5, первый суммирующий интегратор 6, первый элемент выборки-хранения 7, преобразователь напряжения в частоту 8, второй суммирующий интегратор 9, второй элемент выборки-хранения 10, блок слежения-хранения 11, формирователь импульсов 12. Работа функционального преобразователя основана на оперативно-интегрирующем принципе преобразования, что позволяет улучшить метрологические характеристики устройства и тем самым обеспечить достижение поставленной цели. 1 ил. (Л 1 со со 05 о ел