Устройство контроля амплитуды переменного напряжения Советский патент 1987 года по МПК G01R19/165 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах допускового контроля и в автоматизированных системах управления, например, при сравнении синусоидальных сигналов с синфазным синусоидальным напряжением той же частоты,

Цель изобретения - повышение быст- Q ноль реверсивного счетчика 7, первым

входом запрета третьего формирователя 8 импульсов и входом пятого формирователя 10 импульсов, выход которого соединен с входом синхронизации реверсивного счетчика 7. Информационные входы реверсивного счетчика 7 соединены с выходами формирователя 22 кода. Первый выход счетного триггера 15 соединен с третьим входом первого

15

родеиствия за счет сокращения времени уравновешивания, повышение точности за счет уменьшения допускового интервала и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения сравнения и контроля двух переменных напряжений.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства контроля амплитуды переменного напряжения; на фиг. 2 - 20 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство контроля амплитуды переменного напряжения содержит первый 1 и второй 2 формирователи импульсов, первый элемент 3 совпадения, второй элемент А совпадения, первый 5 и второй 6 элементы И, реверсивный счетчик 7, третий 8, четвертый 9 и пятый 10 формирователи импульсов, фазовращатель 11, пороговый элемент 12, генератор 13 импульсов, делитель 14 частоты, счетный триггер 15, третий 16, четвертый 17 и пятый 18 элементы И, триггер 19, первый 20 и второй 21 инверторы и формирователь .22 кода.

Выход фазовращателя 11 соединен с входом первого формирователя 1 импульсов и первым входом порогового элемента 12, второй вход которого соединен с входом второго формирователя 2 импульсов. Выход порогового элемента 12 соединен с первым входом третьего элемента И 16 и через первый инвертор 20 - с первым входом четвертого элемента И 17, второй вход которого соединен с вторым входом третьего элемента И 16 и выходом третьего

элемента И 5, а второй выход - с

вторым входом пятого элемента И 18, вторым входом запрета третьего формирователя 8 импульсов и третьим входом второго элемента И 6, выход которого

25 соединен с входом вычитания реверсивного счетчика 7.

Выходы реверсивного счетчика 7 соединены с входами второго элемента 4 совпадения, выход которого соединен

30 с входом третьего формирователя 8 импульсов ,

Выходы первого и второго 1 и 2 формирователей импульсов соединены с входами элемента 3 совпадения.

35 Входами устройства контроля являются вход фазовращателя 11 и вход второго формирователя 2 импульсов, выходом - первый и второй выходы триггера 19.

40 Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение Uj подается на вход фазовращателя 11 и сдвигается по фазе на 90° относительно входного

45 напряжения U, . Входное напряжение и, подается на вход формирователя 2 импульсов.

Формирователи 1 и 2 импульсов преобразуют сравниваемые переменные наФормирователи 1 и 2 импульсов пре образуют сравниваемые переменные наформиройателя 8 импульсов. Выход четвертого элемента И 17 соединен с пер-50 пряжения UJ и U, в импульсы прямо- вым входом триггера 19, второй вход угольной формы, которые подаются на которого соединен с выходом третьего элемента И 16,

Выход генератора 13 импульсов соединен с первым входом второго элемен- 55

та И 6 и через делитель 14 частоты - с первым входом первого элемента И 5, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчивходы элемента 3 совпадения. Длитель ность импульсов равна длительности полупбриода входных напряжений.

На выходе элемента 3 совпадения формируется импульс прямоугольной формы, передний фронт которого соответствует моменту времени t, перехода через ноль в сторону возрастака 7, Второй вход первого элемента И 5 соединен с вторым входом второго элемента И 6, выходом элемента 3 совпадения, входом счетного триггера 15 и через второй инвертор 21 - с первым входом пятого элемента И 18, выход которого через формирователь 9 импульсов соединен с входом установки в

элемента И 5, а второй выход - с

вторым входом пятого элемента И 18, вторым входом запрета третьего формирователя 8 импульсов и третьим входом второго элемента И 6, выход которого

соединен с входом вычитания реверсивного счетчика 7.

Выходы реверсивного счетчика 7 соединены с входами второго элемента 4 совпадения, выход которого соединен

с входом третьего формирователя 8 импульсов ,

Выходы первого и второго 1 и 2 формирователей импульсов соединены с входами элемента 3 совпадения.

Входами устройства контроля являются вход фазовращателя 11 и вход второго формирователя 2 импульсов, выходом - первый и второй выходы триггера 19.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение Uj подается на вход фазовращателя 11 и сдвигается по фазе на 90° относительно входного

напряжения U, . Входное напряжение и, подается на вход формирователя 2 импульсов.

Формирователи 1 и 2 импульсов преобразуют сравниваемые переменные напряжения UJ и U, в импульсы прямо- угольной формы, которые подаются на

пряжения UJ и U, в импульсы прямо- угольной формы, которые подаются на

входы элемента 3 совпадения. Длительность импульсов равна длительности полупбриода входных напряжений.

На выходе элемента 3 совпадения формируется импульс прямоугольной формы, передний фронт которого соответствует моменту времени t, перехода через ноль в сторону возрастания входного напряжения

и

моменту времени t перехода

ноль в сторону уменьшения напряжения

и,.

Пороговьй элемент 12 под воздействием сравниваемых напряжений вырабатывает импульс, передний и задний фронты которого соответствуют моментам t и t пересечения между собой сравниваемых напряжений. Этот импульс дополнительно инвертируется первым инвертором 20,

Момент пересечения сравниваемых напряжений при равенстве амплитуд совпадает с серединой импульса на выходе элемента 3 совпадения.

Для определения этого момента и формирования короткого импульса (стробирующего импульса) используются реверсивный счетчик 7, второй элемент 4 совпадения и третий формирователь 8 импульсов.

Временной интервал At, между стробом и передним фронтом импульса с выхода порогового элемента 12, если напряжение U j ,, и it между зад- ким фронтом импульса с выхода инвери,, содержит ИИ- амплитуд сравнитора 20, если Uj

формацию о разности ваемых напряжений,

Вьщеление строба сводится к нахождению момента времени, совпадающего с серединой импульса с выхода элемента 3 совпадения, путем деления его длительности в два раза,

Вьщеление строба осуществляется за два периода сравниваемых напряжений, В первом периоде на время действия импульса с выхода элемента 3 совпадения на суммируннций вход реверсивного счетчика 7 подаются высокоча„

стотные импульсы с частотой т, а во

а задний и обратного счета. Счетный триггер через 15 переключается передним фронтом

импульсов с выхода элемента 3 совпа- дения.

В первом Периоде сравниваемых напряжений счетный триггер 15 устанавливается в единичное состояние. Сигнал с его первого выхода на первом

10 элементе И 5 разрешает прохождение импульсов с выхода делителя 14 частоты на суммирующий вход реверсивного счетчика 7 на время действия импульса с выхода элемента 3 совпадения,

15 Во втором периоде счетный триггер 15 устанавливается в нулевое состояние. Сигнал с его второго выхода становится разрешающим для прохождения импульсов с выхода генератора 13 им-

20 пульсов на вход вычитания реверсивного счетчика 7 также на время действия импульса с выхода элемента 3 совпадения.

В процессе сравнения входных напря25 жений, если напряжение U. больше и, стробирзтощий импульс совпадает во времени на четвертом элементе И 17 с импульсом с выхода первого инвертора 20, При этом сигнал на выхо- .

30 де четвертого элемента И 17 устанавливает первый выход триггера 19 в единичное состояние, а второй - в нулевое.

Если и, и, стробирующий импульс

25 совпадает во времени на третьем элементе И 16 с импульсом с выхода порогового элемента 12, Сигнал на выходе третьего элемента И 16 устанавливает второй выход триггера 19 в единичное

40 состояние, а первый - в нулевое.

Единичное состояние первого выхода триггера 19 подтверждает, что

а едивходное напряжение U, U

г.

ничное состояние второго - что U, Uj,

втором - на вход вычитания с частотой f,

В процессе вычитания, когда реверсивный счетчик 7 обнуляется, на выходе второго элемента 4 совпадения уюявляется перепад напряжения, и тре- тий формирователь 8 импульсов формирует стробируилций импульс. Высокочастотные импульсы вырабатываются генератором 13 импульсов. Деление частоты в два раза осуществляет делитель 14 частоты.

Счетный триггер 15, первый 5 и второй 6 элементы И управляют реверсивным счетчиком 7 в режиме прямого

а едивходное напряжение U, U

г.

ничное состояние второго - что U, Uj,

При выделении стробирующего им- яульса, после обнуления реверсивного счетчика 7, происходит его дальнейшее заполнение импульсами с выхода генератора 13 импульсов до окончания действия импульса с выхода элемента 3 совпадения.

Для непрерывного процесса сравнения в устройстве организован сброс реверсивного счетчика 7 во втором периоде сравниваемых напряжений. Реверсивный счетчик 7 устанавливается

ноль импульсом сброса с выхода чет- ертого формирователя 9 импульсгв.

Запуск формирователя 9 импульсов осуществляется перепадом напряжения на выходе пятого элемента И 18, Перепад напряжения на выходе пятого элемента И 18 появляется в момент окончания действия импульса с выхода элемента 3 совпадения при разрешающем сигнале на втором выходе счетного триггера 15

Для предотвращения ложного сраба- тьшания третьего формирователя 8 импульсов в момент обнуления реверсивного счетчика 7 импульс сброса с выхода четвертого формирователя 9 импульсов подается на первый вход запрета третьего формирователя 8 импульсов. При этом на время действия импульса сброса вход третьего формирователя 8 импульсов отключен от выхода второго элемента 4 совпадения

При допусковом контроле входных напряжений в устройстве используется формирователь 22 кода и пятый формирователь 10 импульсов.

В качестве опорного может быть од но из входных напряжений.

Задавая код на выходе формирователя кода 22 и записывая его в реверсивный счетчик 7 по информационны входам, можно принудительно изменить временное положение стробирующего импульса в одну или другую стороны относительно момента его положения при равенстве амплитуд входных напряжений.

Временной сдвиг стробирующего импульса влево приводит к мнимому увеличению, а вправо - к уменьшению величины опорного напряжения U, , при постоянной амплитуде на входе устрой ства

Величина кода выбирается с учетом требуемого допуска на величину контролируемого напряжения.

При контроле по нижнем пределу допуска код на выходе формирователя 22 кода прямой, а при контроле по верхнему пределу допуска - дополнительный. При сравнении входных напряжений код на выходе формирователя 22 кода равен нулю.

Запись информации в реверсивный счетчик 7 осуществляется импульсом с выхода формирователя 10 им1тульсов, который формируется в момент окончания действия импульса на выходе формирователя 9 импульсов.

При контроле по верхнему пределу допуска после дозаполнения реверсив

0

5

0

25

о

30

35

45

ного счетчика 7 происходит его обнуление в первом периоде контролируемого напряжения.

Для предотвращения ложного срабатывания третьего формирователя 8 импульсов в момент обнуления реверсивного счетчика 7 второй выход счетного триггера 15 соединен с вторым входом запрета третьего формирователя 8 импульсов.

Емкость реверсивного счетчика 7 определяется таким образом, чтобы не произошло его заполнения в режиме прямого счета, и зависит от верхней граничной частоты генератора 13 импульсов и максимальной длительности импульса с выхода элемента 3 совпаде-,. ния, которая определяется минимальной частотой входных напряжений.

На фиг, 2 показаны эпюры напряжений,

В момент tj передний фронт импульса и устанавливает счетный триггер 15 в единичное состояние. Реверсивный счетчик 7 подсчитьшае т количество импульсов генератора ТЗ импульсов за период t - t, действия импульса U с выхода элемента 3 совпадения,

Во втором периоде передний фронт импульса Uj. устанавливает первый выход счетного триггера 15 в нулевое состояние, а второй - в единичное. Сигнал U-y с его второго выхода открывает третий вход второго элемента К 6, а сигнал U с его первого выхода закрывает третий вход первого элемента И 5. Импульс открьшает второй вход второго элемента И 6 и импульсы с выхода генератора 13 импульсов с частотой f через первый вход второго элемента И 6 проходят на его выход. На выходе второго элемента И 6 форг-шруются импульсы и,( J которые поступают на вход вычитания. реверсивного счетчика 7. Реверсивный счетчик 7 вычитает из своего содержимого количество импульсов U((

Ч действия

за интервал времени

импульса 115-.

При вычитании импульсов U,, в момент времени tg, который совпадает с моментом пересечения сравниваемых напряжений при равенстве амплитуд,

реверсивный счетчик 7 обнуляется и на выходе второго элемента 4 совпадения появляется перепад напряжения. По этому перепаду третий формирователь 8 импульсов формирует короткий

7

стробирующий импульс и, , который оновременно поступает на второй вход третьего элемента И 16 и на второй вход четвертого элемента И 17.

Если входное напряжение U U, (фиг. 26), стробирующий импульс и,2 совпадает на третьем элементе И 16 с импульсом Ug с выхода порогового элемента 12. Импульс Ug открывает первый вход третьего элемента И 16, и стробирующий импульс Uyj Проходит на второй вход триггера 19, устанавливая его второй выход в единичное состояние. Это свидетельствует о то что напряжение U U,.

Если входное напряжение U . U, (фиг. 2а), стробирующий импульс U, совпадает на четвертом элементе И 1 с импульсом и, с выхода первого инвертора 20. Импульс U(j является инверсией импульса Ug с выхода порогового элемента 12. Импульс U, открывет первый выход четвертого элемента И 17, и стробирующий импульс и,2. проходит на первый вход триггера 12 установив его первый выход в единичное состояние. Это свидетельствует

о том, что напряжение U U,.

Для осуществления непрерывного процесса сравнения входных напряжени после окончания каждого процесса сравнения организован сброс реверсивного счетчика 7 (по входу установки в О) импульсом и,4 в момент времени t . Импульс U,. формируется во втором периоде четвертым формирователем 9 импульсов.

Импульс и, является инверсией импульса Uj с выхода элемента 3 совпадения. По переднему фронту импульса U,j происходит запуск четвертого формирователя 9 импульсов.

В момент обнуления реверсивного счетчика 7 на выходе второго элемента 4 совпадения возникает перепад напряжения и может произойти ложное срабатывание третьего формирователя 8 импульсов. Для предотвращения этого импульс сброса U, подается на первый вход запрета третьего формирователя 8 импульсов, который запрещает формирование стробирующего импульса в момент обнуления реверсивного счетчика.

При допусковом контроле напряжение U( принимается в качестве опорного, а напряжение Uj - в качестве контролируемого.

0

В данном режиме стробирующий импульс и,2 принудительно сдвигается относительно момента времени t,сдвига стробирующего импульса U

п

Для на

информационные входы реверсивного счетчика 7 подается прямой или дополнительный код с выходов формирователя 22 кода, величина которого задает величину сдвига стробирующего импульса

и

,j влево или вправо от момента времени t. Новое положение строба U, соответствует моменту времени, при котором мнимое увеличенное или уменьg шейное опорное напряжение Uj пересе- каетс я с контролируемым напряжением U2 при равенстве их имплитуд. Временной интервал между моментом времени t и новым положением строба U, определяет величину допуска на амплитуду контролируемого напряжения Uj. Величина кода с выхода формирователя 22 кода записывается в реверсивный счетчик 7 при поступлении на его вход

5 синхронизации предварительной уста0

НОНКИ импульса U в момент времени

Е

tg С выхода пятого формирователя 10 импульсов. Запуск пятого формирователя 10 импульсов осуществляется по зад- Q нему фронту импульса выхода четвертого формирователя 9 импульсов.

При контроле по верхнему пределу допуска после дозаполнения реверсивного счетчика 7 в режиме прямого счета происходит его обнуление. Ложное: срабатывание третьего формирователя 8 импульсов предотвращается сигналом и с второго выхода счетного триггера 15, подаваемым на его второй вход запрета.

Если при контроле по верхнему, пределу допуска стробирующий импульс L ,2 совпадает на четвертом элементе g И 17 с импульсом на выходе первого инвертора 20 U, то он устанавливает первый выход триггера 19 в единичное состояние, что свидетельствует о нахождении контролируемого напряжения в пределах верхнего допуска.

Если при контроле по нижнему пределу допуска стробирующий импульс UH. совпадает на третьем элементе И 16 с импульсом на выходе порогового

(

0

55

элемента 12 Uj, то он устанавливает второй выход триггера 19 в единичное состояние, что свидетельствует о наг, хождений контролируемого напряжения в пределах нижнего допуска.

Формула изобретения

Устройство контроля амплитуды переменного напряжения, содержащее первый и второй формирователи импульсов, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента совпадения, первый и второй элементы И, выход первого элемента И соединен с суммирующим входом реверсивного счет чика, делитель частоты, триггер, третий формирователь импульсов, пороговый элемент, отличающее- с я тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и расширения функциональных возможностей путем обеспечения сравнения и допускового контроля двух переменных напряжений, введены фазовращатель, генератор импульсов, счетный триггер, четвертый и пятый формирователи импульсов, третий, четвертый и пятый эл:ементы И, первьй и второй инверторы, второй элемент совпадения и формирователь кода, причем выход фазовращателя соединен с входом первого формирователя импульсов и первым входом порогового элемента, второй вход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, а выход - с первым входом третьего элемента И и через первый инвертор - с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом третьего элемен тя И и выходом третьего формирователя импульсов, а выход четвертого элемента И. соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен

с выходом третьего элемента И, выход генератора импульсов соединен с пер- . вым входом второго элемента И и через

делитель частоты - с первым входом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с входом вычитания реверсивного счетчика, а второй вход соединен с вторым входом первого

элемента И, выходом первого элемента совпадения, входом счетного триггера и через второй инвертор - с первым входом пятого элемента И, выход которого через четвертый формироват ь

импульсов соединен с входом установки в О реверсивного счетчика, первым входом запрета третьего формирователя импульсов и входом пятого формиро- вателя импульсов, выход которого соединен с входом синхронизации предварительной установки реверсивного счетчика, информационные входы которого соединены с выходами формирователя кода, первый выход счетного

триггера соединен с третьим входом первого элемента И, а второй выход соединен с третьим входом второго элемента И, вторым входом пятого элемента И и вторым входом запрета третьего формирователя импульсов, выходы реверсивного счетчика соединены с входами второго элемента совпадения, выход которого соединен с входом третьего формирователя импульсов,

вход второго формирователя импульсов является первым входом устройства, вход фазовращателя;является вторым входом устройства, а выходы триггера .являются выходами устройства.

Фив. 2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-.- зовано в приборах допускового контроля и в автоматизированных системах управления. Цель изобретения - повышение быстродействия, точности и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит формирователи 1, 2 и 8 импульсов, элемент 3 совпадения, злементы И 5 и 6, реверсивный счетчик 7, пороговый элемент 12, делитель 14 частоты и триггер 19. Введение элемента 4 совпадения, формирователей 9 и 10: импульсЬв, фазовращателя 11, генератора 13 импульсов, элементов И 16- 18, инверторов 20 и 21 и формировате- .ля 22 кода сокращает время уравновешивания, уменьшает допусковый интервал и обеспечивает сравнение и контроль двух переменных напряжений. 2 ил. КЛ с 00 СП 4 ND to

Редактор А. Ворович

Составитель В. Смирнов

Техред Л.Олийнык Корректоре. Шекмар

Заказ 5689/40Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

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