Стохастический преобразователь напряжения Советский патент 1987 года по МПК H03M1/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к уст- ройства измерения напряжений С помощью цифровых измерительных приборов - вольтметров, аналого-цифровых преобразователей.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 случайных чисел, цифровой вольтметр 2, входные шины Зи 4,пере-, клЬчатель 5, управляемый делитель 6 напряжения, вьтолненный наорезистора 7 и 8 и ключе 9, регулируемый источник 10 опорного напряжения, цифро- аналоговьш преобразователь (ЦАП ) П. Генератор 1 случайных чисел выполнен на генераторе 12 импульсов, ключе 13 и счетчике 14.

Преобразователь работает следующим образом.

Измерение осуществляется в два этапа. Сначала определяется функция распределения случайных напряжений с выхода ЦАП 11 и производится уменьшение их амплитуд в определенное число раз. Для этого.переключатель 5 устанавливают в положение, при котором первый вывод резистора 8 делителя 6 оказывается подключенным к входам вольтметра 2, а шина 4 источника измеряемого напряжения отключена. Ключ 9 замкнут , так что резистор 7 зашунтирован и коэффициент деления делителя равен единице. После этого включается вольтметр 2 и выходное напряжение ЦАП оказывается приложенным к входу вольтметра. Контролируя по показаниям вольтметра величины случайных напряжений, их максимально возможная амплитуда устанавливается равной верхнему пределу измерения вольтметра. После этого производится многократное изменение Случайных напряжений (п раз) и их измерение вольтметром 2, в результате чего определяется функция распределения случайного напряжения во всем динамическом диапазоне прибора.

Затем размыкают ключ 9 и изменяют положение переключателя 5. При этом цепь делителя 6 включается второй резистор 7, устанавливается коэффициент деления делителя 4:

Ri+Rii ,+ Rj.fn

n

К 1К 1

к

где

R,R - сопротивления первого 7 и второго 8 резисторов.

Напряжение с выхода ЦАП уменьшается в п раз -и в сумме с .неизвестной измеряемой величиной напряжения U поступает на входы вольтметра 2.

При этом на выходе ЦАП вьфабаты- ваются случайные значения напряжений с известной функцией распределения F(U). Эти сигналы, уменьшенные по амплитуде в К раз с помощью делителя 6, складываются с измеряемой величиной U;, и измеряются вольтметром. По 5 результатам многократных измерений (п раз) определяется значение функции распределения суммарного сигнала относительно одного выбранного уровня квагггования, например N-4U , где и г величина шага квантования цифрового вольтметра, И - код случайного числа на выходе генератора 1.

Это значение функции распределения равно вероятности того; что сум- марньш сигнал меньше уровня , поэтому за значение уровня можно выбрать показание вольтметра, которое меняется в процессе многократных измерений. Неизвестное измеряемое напряжение Uy определяется по полученным значениям в соответствии с выражением0

5

0

U,N..U,- ipf n-n;

1Г

), (2)

1 /n-n где - F (

полученное значение функции распределения случайного сигнала с учетом . ее сжатия в К раз. Для того, чтобы не сужать динамический диапазон измеряемых напряжений , амплитуды случайных сигналов должны быть достаточно малыми. В идеальном случае максимальная амплитуда случайного сигнала должна быть равна шагу квантования AU( вольтметра 2, т.е., если на первом этапе на выходе ЦАП 11 выставлено максимальное значение напряжения, равное пределу вольтметра Ucy,. N Uj. , то делитель 6 должен обеспечить его уменьшение в К раз, так что

5

UQ.M К

N,

ли,с

К

и,

(3)

Условие (3 выполняется,если выбрать соотношение резисторов6 и 7

RL (4)

R, UK.

Число измерений п, необходимых для первоначального определения функции распределения случайных сигналов а, также число многократных измерений п для определения неизвестного напряжения выбираются из общих, известных требований к измерению характеристик случайных величин..Как правило п, Пй 30-100,

Выработка случайных напряжений производится с помощью генератора 1 случайных чисел и ЦАП 1I следующим образом.

С выхода генератора 12 высокочастотные прямоугольные импульсы поступают на счетный вход счетчика 14. При нажатии ключа 13 на управляющий вход счетчика 14 поступает нулевой потенциал, разрешающий его заполнени импульсами от генератора I2. При отпускании ключа поступление импульсов блокируется и на выходных разрядных шинах .счетчика 14. Код с выхода счетчика поступает на входы ЦАП П, на выходе которого появляется соот- ветствующее ему напряжение. При последующем нажатии ключа I3 происходит повторное заполнение счетчика 14 и выборка нового, напряжения на выходе ЦАП. Поскольку время нажатия ключа 13 не коррелировано с периодом генератора 12, каждый раз счетчик запол- няется случайным числом импульсов и каждый раз вырабатывается случайная ступенька напряжения на выходе ЦАП II. Такой реж1М позволяет после каждой выработки случайного напряжения произвести его сложение с измеряемым напряжением и их измерение вольтметром 2, а затем повторить цикл.

Регулировка максимальной амплитуды случайного напряжения производится предварительно с помощью регули- руемоРо источника 10 опорного напряжения. Для этого, например, на входы ЦАП подается код максимального входного сигнала и регулировкой источника 10 устанавливается максимальная амплитуда на выходе ЦАП I1 (установочные входы счетчика 14 не пока:за- ны).

Возможность периодической калибровки средств, формирующих случайные напряжения-, в составе устройства по

093 . 4

зволяют повысить точность измерения входного напряжения.

При этом и определение параметров случайного сигнала и измерение неизвестной величины осуществляется с помощью входящего в состав преобразователя цифрового вольтметра.

fO

15

0

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

1. Стохастический преобразователь напряжения, содержащий первую входную шину, генератор случайных чисел и управляемый делитель напряжения, выход которого подключен к первому входу блока цифрового измерения, отличающи и с я тем, что, с целью повьшения точности, в него введены переключатель, регулируемый источник опорного напряжения и циф- роаналоговый преобразователь, а блок цифрового измерения выполнен на цифровом волЬ|Тметре, причем информационные входы цифроаналогового преобразователя соединены с соответствующими выходами генератора случайных чисел, первьй и второй входы опорного напряжения подключены к соответствующим выходам регулируемого -источника опорного напряжения,: а первый и второй выходы подключены к первому и второму входам управляемого делителя напряжения соответственно, последний из которых подключен к выводу подвижного контакта переключателя, вывод первого неподвижного контакта которого является второй входной шиной, а вывод второго неподвижного контакта объединен с вторым входом цифрового вольтметра и подключен к первой входной шине.

2.Преобразователь по п. .1, о т - личающийся тем, что генератор случайных чисел выполнен на генераторе импульсов, ключе и счетчике, управляющий вход которого соединен через ключ с шиной нулевого потенциала, счетный вход - с выходом генератора импульсов, а выходы являются выходами генератора случайных чисел.

3.Преобразователь по п. I, о т - личающийся тем, что управ- лнем1з1Й делитель напряжения вьтолнен на двух резисторах и ключе, подключенном параллельно первому резистору, первьй в ывод которого и первый вывод второго резистора являются соответственно первыми вторым входами управ. 1358093®

ляемого делителя напряжения, а вто- торов объединены и являются выходом рые выводы первого и второго резис- управляемого делителя напряжения.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения напряжений с помощью цифровых измерительных приборов - вольтметров, аналого-цифровых преобразователей. Цель изобретения - повышение точности измерения. Преобразователь содержит генератор 1 случайных чисел, цифровой вольтметр 2, входные шины 3,4, переключатель 5, 3 о управляемьй делитель 6 напряжения, вьтолненный на резисторах 7,8 и клю- че 9, регулируемый источник 10 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 11, а генератор i случайных чисел выполнен на генераторе 12 импульсов, ключе 13 и счетчике 14. В преобразователе использованы статистическая минимизация, погрешность от квантования за счет ведения случайных сигналов. С помощью генератр- ра 1 случайных чисел, регулируемого источника 10 опорных напряжений и цифроаналогового преобразователя 11 устанавливается максимальное значение величины случайного сигнала, равное максимальному значению предела измерения цифрового вольтметра, производится измерение функции распределения случайного сигнала, после чего его динамический диапазон уменьшается в.определенное число раз и производятся многократные измерения суммы случайного сигнала с измеряемым напряжением. Результат вычисляется по формуле. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. i (Л оо ел 00 о х 00