Измеритель переходных характеристик Советский патент 1988 года по МПК G05B23/02 

САЭ 00 00 00 СО СО

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано для исследования и контроля динамических свойств управ- ляемых автоколебательных систем, к KOTOpbiM относятся кварцевые и струнные датчики, а также управляемые кварцевые генераторы и другие приборы, управляемые по частоте,

Цель изобретения - повышение точности.

; На фиг.1 приведена функциональная |схема предлагаемого измерителя переходных характеристик; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие ра- |боту измерителя переходных характе- ристик; на фиг.З - функциональная схема третьего делителя; на фиг.4 - функциональная схема сумматора; на 1фиг.5 - функциональная схема первого И второго делителей; на фиг,6 - функциональная схема узла сброса.

Измеритель переходных характеристик (фиг.1) состоит из первого фор- Мирователя 1 импульсов,, второго фор- Иирователя 2 импульсов, синхрониза- jropa ,3, элемента ИЛИ 4, первого дели Теля 5, узла 6 сброса, коммутатора 7 :$торого делителя 8, узла 9 памяти, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 10, узла 11 йереключения, элемента И 12, третье- to делителя 13, регистратора 14, Сумматора 15, первой 16 и второй 17 ёходных шин, выходной шины 18,

Третий делитель 13 содержит (фиг.З) кроссировочное поле 19, двоично-десятичные реверсивные счетчики 20 и элементы 2 И-НЕ 21.

Сумматор 15 содержит (фиг,4) ре- исторы 22 и 23, полевые транзисторы 24, стабилитрон 25, резисторы 26 и 27, операционный усилитель 28„ Первый 5 и второй 8 делители содержат Третий делитель 13, элемент 3 ИЛИ 29 И счетчик триггер 30 (фиг,5).

Узел 6 сброса содержит (фиг.6) lllS-триггер 31 и элементы 2 И-НЕ 32- $5.

Измеритель переходньж характерис- tHK работает следующим образом.

Перед началом проведения измерений устанавливается коэффициент деления третьего делите.пя, равный

N,,,.

где TQ - период следования импульсов опорной частоты;

а И заданная длительность измерительного интервала; Коэффициент деления первого делителя должен удовлетворять условиям

п. a f/il,,,

t макс - Л

ХРгде Туо номинальное значение периода исследуемого процесса;

I MOKC максимальное отклонение периода исследуемого сигнала от номинального значения

-XMaKT максимально .допустимый шаг дискретизации исследуемого процесса по вре мени.

Коэффициент деления второго делителя равен:

КхТ,

5 0 с

Q

0

5

По сигналу синхронизатора 3 (фиг.2р) осуществляется синхронизация начала работы измерителя с временем подачи испытательного воздействия на исследуемый объект, и начинается очередной цикл работы регистратора 14 например запускается развертка запоминающего осциллографа. Одновременно сигнал синхронизатора 3 через элемент ИЛИ 4 устанавливает коммутатор 7 в исходное состояние, а узел 6 сброса подготавливает к обработке импульсов исследуемой частоты fj, (фиг.2а), которые с первой входной шины 16 через первый формирователь 1 импульсов поступают на первый вход узла 6 сброса. Выходной сигнал узла 6 сброса, совпадающий по времени с передним фронтом первого импульса исследуемой частоты после прихода импульса синхронизатора 3, поступает на вторые входы первого 5 и второго 8 делителей частоты и устанавливает их в единичное состояние (фиг.2Ь,с). На выходе первого делителя 5 из импульсов исследуемой частоты, поступающих на его первый вход, начинает формироваться шаг дискретизации исследуемого процесса по времени (фиг.2Ь), состоящий из последовательности чередующихся разноуровневых (с уровнем логической 1 или логического О) единичных : исследуемых интервалов. Коммутатор 7 производит подсчет числа единичных исследуемых

интервалов в шаге дискретизации (фиг,2к). На выходе второго делителя

8из импульсов опорной частоты (фиг,2е), поступающих с второй вход- ной шины 17 через второй формирователь 2 импульсов на его первый вход, начинает формироваться опорный интервал (фиг,2с), состоящий их последовательности чередующихся разноуров- невых единичных опорных интервалов,

С выходов первого 5 и второго 8 делителей: шаг дискретизации и опорный , интервал поступают на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, на выходе кото- рого формируется (фиг.2ё) последовательность измерительных интервалов причем каждый из них характеризует текущую разность длительностей шага дискретизации и опорного интервала. Измерительный интервал подается на первый вход элемента И 12 и коммутирует на второй вход третьего делителя 13 импульсы опорной частоты (фиг.2), поступающие на второй вход элемента И Т2. По переднему фронту каждого измерительного интервала, поступающего на первый вход третьего делителя 13, последний переводится в исходное состояние (устанавливает- ся требуемый коэффициент деления). При поступлении на третий делитель 13 заданного количества импульсов (разность длительностей шага дискретизации и опорного интервала достигла требуемой величины), на его выход появляется импульс сброса (фиг.2§), по которому первый 5, второй 8 делители устанавливаются в нулевое состояние, код коммутатора 7 (фиг.2к), характеризующий количество единичных исследуемых интервалов в шаге дискретизации, переписьшается в узел

9памяти, устанавливается в исходное состояние через элемент ИЛИ 4 коммутатор 7. Выходной код из узла 9 памяти через узел 11 переключения поступает на сумматор 15. Напряжение с сумматора 13 (фиг.2и) подается на регистратор 14. По приходу импульса сброса, узел 11 переключения закрывается на установленное время, в результате чего на регистраторе 14 появляется нулевой уровень напряжения, характеризующий появление очередного отсчета. В дальнейшем работа измерителя происходит -аналогично,, т.е. предлагаемый измеритель преобразует отклонение периода или часто-

. Q

5 . 0 5 Q

0

5

0

ты исследуемого процесса от номинального значения в последовательность отсчетов напряжения, следующих с переменным шагом дискретизации.

Работа отдельных сложных узлов устройства.

На кроссировочном поле 19 набирается двоично-десятичный код коэффициента деления. По переднему фронту измерительного интервала, поступающему на первый вход третьего делителя 13, элементами 2 И-НЕ 21 формируется короткий импульс, который переписывает двоично-десятичный код, набранный на кроссировочном поле, в реверсивные счетчики 20. Импульсы стабильной частоты с второго входа третьего делителя 13 поступают на вьмитающий вход первого из цепочки последовательно соединенных двоично- десятичных реверсивных счетчиков. На выходе последнего из реверсивных счетчиков появится импульс стабильной частоты после прихода измерительного интервала, номер которого набран на кроссировочном поле.

Резистор (R 22 и стабилитрон (VD 25 обеспечивают получение требуемого значения U,,, которому равно выходное напряжение предлагаемого измерителя, если заданная длительность измерительного интервала получается на единичном исследуемом интервале. Управляемый делитель, состоящий из резисторов R 26 и R (R 23, VT 24), обеспечивает получение требуемого закона изменения выходного напряжения . Когда на одном их входов присутствует высокий, потенциал, соответствующий полевой транзистор VT 24 открыт и резистор подключен к общей шине. При низком потенциале транзис- ;тор VT 24 закрыт и резистор отключен. Если номиналы резисторов, подключае- мых к общей шине, соответствуют ряду

R R R R 2® 2 остоя-

ние управляющих входов можно рассматривать как двоичное число. В этом случае

R

2; 2 + ...+2

R

N

где N - двоичное число, поступающее

на управляющие входы. Коэффициент передачи управляемого делителя R 26 и R, подключенного к неинвертирующему входу операционного усилителя, равен

к.

1

R T+N

На операционном усилителе А28 и резисторе R 27 собран повторитель напряжения, исключающий влияние входных цепей регистратора на коэффициент передачи управляемого делителя. Выходное напряжение сумматора равно

IT If - UolVn

Uo

+ N

(1)

Если выходной код сумматора равен N + 1, что обеспечивается, например, установкой импульсом сброса {фиг.2§) или. импульсом синхронизатора (фиг,2р) всех вьжодов коммутатора в единичное состояние . то выражение соответствует требуег. му,

Рассмотрим для при зра работу первого делителя 5, Ик тулье, поступающий на вход первого делителя 5, устанавливает триггер 1;Э в единичное состояние, а третий делитель 13 через элемент ИЛИ 29 в нулевое состояние. На выходе третьего делителя 13 из импульсов исследуемой частоты, поступающих на первый вход первого делителя 5, формируется последовательность импульсов, следующих с периодом ty п jT ,, где п - коэффициент деления третьего делителя 13, которые поступают на счетный вход триггера 30, переключая его в противоположное состояние по выходам. Импульс сброса, поступающий на третий вход делителя 5, устанавливает триггер 30 и третий делитель 13 через элемент ИЛИ 29 в нулевое состояние.

По импульсу, поступившему на второй вяод узла 6 сброса, триггер 31 устанавливаете в единичное состояние, открывая элемент 2И-НЕ 33 для прохождения импульсов, а импульс, сформированный элементами 2И-НЕ 32 по переднему фронту импульса, поступившего на первый вход узла 6 сброса, проходит через элементы 2И-НЕ 33 и 34 на выход и через элементы 2И-НЕ 33 и 35 устанавливает триггер в нулевое состояние. Таким образом, на выход узла 6 сброса проходит импульс, совпадающий по времени с передним фронтом первого импулвса, поступившего на первый вход после прихода сигнала на его второй вход.

888336

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый измеритель переходных характеристик имеет следующие преимущества: более высокую точность, обусловленную уменьшением величины шага дискретизации при увеличении отклонения периода или частоты от номинального значения, что приводит к уменьшению динамической погрешности усреднения,.возможность контроля по нулевым отсчетам напряжения времени отклонения периода или частоты исследуемого процесса от номинального значения на заданную величину.

10

15

0

5

0

0 5

5

0

Формула изобретения

Измеритель переходных характеристик, содержащий первый, второй и третий делители, первый и второй формирователи импульсов, синхронизатор, элемент ИЛИ, узел сброса, коммутатор, узел переключения, сумматор, соединенный выходом с первым входом регистратора, элемент И, первую и вторую входные шины, выходную шину, подключенную к выходу синхронизатора и к второму входу регистратора, первая входная.шина через первый формирователь импульсов подключена к первому входу первого делителя, второй вход которого подключен к выходу узла сброса вторая шина соединена с входом второго формирователя импульсов, выход элемента ИЛИ подключен к первому входу коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, введены узел памяти и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход первого формирователя импульсов подключен к первому входу узла сброса, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первьй вход элемента ИЛИ подключен к выходу синхронизатора, выход первого делителя подключен к второму входу коммутатора и к первому входу элемента ИСКГОО- ЧАЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго делителя, первый вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов и к первому входу элемента И, второй вход которого- подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЖ и к первому входу третьего делителя, второй вход которого соединен с выходом элемента И, выход третьего делителя подключен

fS

срч&1

Изобретение относится к области радиотехнических измерений и может быть использовано для исследования и контроля динамических свойств управляемых автоколебательных систем. Цель изобретения - повышение точности. Повышение точности измерения переходных процессов автоколебательных систем обеспечивается за счет уменьшения динамической погрешности усреднения при восстановлении функции переходного процесса. Уменьшение динамической погрешности усреднения достигнуто за счет изменения шага дискретизации в зависимости от отклонения периода исследуемого процесса от номинального значения. При увеличении отклонения периода исследуемого колебания от номинального значения шаг дискретизации уменьшается, что уменьшает динамическую погрешность усреднения, б ил. i 01 С

в

п п п п п п п п п п п п

J-и-I J-t г-I пг

ll JUJl-rLJT-JT

Ш1ни1 ||||||||||||1ШШШ1111111йШ1Ш1Ш1111ттшшм1тн111 11Ш1ШШ{и

к-1 н-з н-з

1-I m 1-I гп 1-I

п

а

IL

п

ri

l

Г

ьььь

UU

9 о о

сгщ

Ш

-/

20

т

JT 2

11

Г

L..

...-.«-..-J

Unum.

vn

25

n-iSn.

/л

тш

909

Ц/7/ J2 JJ

Д(

/

дгло

tfO.......

uj

272 М

К

гамм

С

ВММИ

-/

то

20

ва-Ц

f/

Г

т

2/

т

.:«..J

Г

Ш

.I

Фиг 5