Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения Советский патент 1988 года по МПК G01R29/02 

ri

tijf

«/.-/иг

Од

СП

isd

00

iptflf

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения параметров импульсов timio- образного напряжения, а именно, коэффициента нелинейности пилообразного (линейно изменяющегося) напряжения .

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устрой- ю ства путем обеспечения измерения ко- эффициента нелинейности на всем про- тяжении прямого хода пилообразного напряжения,

На Фиг. приведена функциональная js электрическая схема предлагаемого Iустройства; на фиг.2 - временные ди- |аграммы, поясняющие его работу, i Устройство содержит компаратор 1 :напряжения, источник 2 опорного на- 20 I пряжения, состоящий из последователь- |но соединенных амплитудного детекто- ;ра 3 и делителя Л напряжения, блок 5 Iсинхронизации, состоящий из первого ;элемента 2И 6, второго элемента 2И 7, 25 элемента ИЛИ 8, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ |ШШ 9 и триггера 10, генератор 11 |Счетных импульсов, делитель 12 часто- |ты, управляемый делитель 13 частоты, счетчик 14 импульсов, блок 15 управ- зо |ления, состоящий из первого 16 и вто- iporo 17 элементов 4И-НЕ и RS-триггера ;18, реверсивный счетчик, 19 с предва- |рительно установленным на его инфорт мационноы (управляющем) входе посто- |янным кодом, первый регистр 20 памя- 1ти,-цифровой компаратор 21, второй регистр 22 памяти, дешифратор 23, цифровой индикатор 24, элемент 25 задержки, генератор 26 стзтенчатого Q напряжения, причем прямой выход триггера 10.соединен с первым входом элемента 7, инверсный - с первыми входами элемента 6 и элемента ИЛИ 8, выход которого образует первый выход с блока 5 сишсронизации и соединен с t бходом сброса счетчика 14 и с первым входом элемента 9, второй вход которого объединен с входом синхронизации устройства, со счетным входом „ триггера 10, вторыми входами элементов 6, 7 и 8, выход элемента 9 обрап .вуе второй выход блока синхрониза-м, 1|р1и, вьгход элемента 7 - третий, а выход элемента 6 - четвертый выход бло- ka, первый вход компаратора 1 объединен с первым входом источника 2 и йвляется входом устройства, второй Вход компаратора I соединен с выхо55

s 0 5 о Q с

5

дом источника 2, образованным выходом делителя 4 напряжения, третий вход компаратора 1 соединен с первым выходом генератора 26, первый и второй выходы источника 2 являются первым и вторым входами амплитудного детектора 3, выход reHejiaTopa 11 сое- дине:Н с вычитающим входом -1 делителя 13, входом +1 делителя 12, выход которого соединен со счетным входом +1 счетчика 14, разрядные выходы которого соединены с информационными входами делителя 13, выход которого подключен к С-входу установки и первому входу блока 15 управления, образованному первыми входами элементов 4И-НЕ 16 и 17, вторые входы которых образуют второй вхоД блока 15, и соединен с вторым выходом блока 5., третьи входы элементов 4И-НЕ 16 и 17 объединены, образуют третий вход блока, присоединенный к выходу компаратора 1, четвертый вход элемента 4И-НЕ 16 соединен с прямым выходом Tpurfepa 18, инверсный выход которого соединен с четвертым входом элемента 4И-НЕ 17, вход установки в единицу триггера 18 является четвертым входом блока 15 и соединен с четвертым выходом блока 5, с входом генератора 26 и входом уста- . новки в ноль счетчика 14, счетный вход триггера 18 является пятым вхо-. дом блока 15 и соединен с выходом переноса счетчика 19, установочньта вход которого присоединен к выходу элемента 7, вычитающий вход -1 - к выходу элемента 4И-НЕ 16, суммирующий вход +1 - к выходу элемента 4И-НЕ 17, разрядные вьпсоды счетчика 19 соединены с информационным входом первого.регистра 20 и первым входом цифрового компаратора 21, выход которого соединен с входом управления (разрешения записи) регистра 20, выход последнего присоединен к второму входу цифрового компаратора 21 и к информационному входу второго регистра 22, вход управления (разрешения записи) которого соединен с вторым выходом генератора 26, с вторым входом детектора 3 и через элемент 25 - с входом сброса (стирания) регистра 20, выход регистра 22 соединен с индикатором 24 через дешифратор 23.

На фиг.2 приняты следующие обозначения : последовательность 27 импульсов синхронизации на входе СИ

314

измерителя; импульсные последовательности 28 и 29 на выходах триггера 10; импульсная последовательность 30 на выходе элемента 8; импульсная последовательность 31.на.выходе второго элемента И 7; импульсная последовательность 32 на выходе первого элемента И 6; импульсная последовательность 33 на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9; импульсная последовательность 34 на выходе делителя 12 частоты; форма напряжения 35 на выходе амплитудного детектора 3; форма напряжения 36 на выходе делителя 4 напря- жения; форма напряжения 37 на выходе генератора 26 ступенчатого напряжения; форма напряжения 38 на первом и третьем выходах компаратора 1; импульсная последовательность 39 на выходе компаратора 1; соотношение вре

мени 40 записи t и считывания t в реверсивном счетчике 19; импульсная последовательность 41 на выходе первого элемента И-НЕ 16 блока управле- ния счетом; импульсная последовательность 42 на выходе второго элемента И-НЕ 17; 43 и 44 - импульсные после- дбвательности на прямом и инверсном выходах триггера 18 блока 15 управ- ления.

Работа цифрового измерителя нели- нейности ПН основана на принципе амплитудно-временного преобразования входного сигнала и сводится к измере

НИЮ временных интервалов (прямой ход) и л t J. Последний выделяется компаратором при фиксированной разности порогов дискриминации, равной ЛU, на различных участках прямого хода ПН, Коэффициент нелинейности определяется по формуле, использующей обратные производные

р-Гс-Й -ч г--- /(---) Л -MUnJcp Wu fm/ dUn/CP

Тм

или

где V

Л 1 ср

VCP ,

мГ

пи /Vi,n.

(dt)-t

dU „/ ср

- среднее

значение скорости изменения входного пилообразного напряжения;

,dUfi;j v -jZ - m

.dt.4-1 „

tn Mt

Mu

-)

nu

экстремальное значение входного пилообразного напряжения, т.е. максимальная или минимальная скорость ПН, для которой модуль разности (V р ет наибольшее значение.

- V.)

8

Тогда, мотке (I-VCP/VI ). Значение Vj определяется из соотношения

. Vj - /SUe/4ti, где Uj - выбирается из соотношения

JU - и„/п, - dt, - iUj/v ;

n - коэффициент деления делителя 4 напряжения. Поскольку и и Л и, величины постоянные для конкретного измеряемого ПН,.то измерение VJ-H V- можно сводить к. измерению соответствующих интервалов времени: и 4 tj. При заполнении этих интервалов счетными импульсами временной интервал Tfj преобразуется в цифровой код Ыцр , СООТветстйующий числу укладывающихся в нем импульсов с частотой , временной интервал flt. преобразуется в относительный цифровой код N, соответствующий числу импульсов с частотой

где

F - fo/V О -п/Ипр,

а - константа. Тогда получим,что

N

Г-Т„

пр , Лр N : F - л t

ТПР/Ю

о(

n;

1 -1 0

соответственно

flt.

VCP -и;/Т„р и„ F/N, . lO

X n . N

np

Vj «aUo/ ti-Un,/ ./lti-U -F /n.N(

5

0

и.

f«/n -N,

«„

HVV.

It, 0 1 пр Подставим выражения для Vcp .... в формулу для определения коэффициента нелинейности

1W1

2,

5

0

или, приняв а

..,00%.(100-Ni t,

где N - экстремальное число относительно Nflf, определяемое из условия мвкс ().

Таким образом, алгоритм работы измерителя, реализующего описанный принцип, состоит из следующих операций: измерение амплитуды U выход-, ного ПН; деление амплитуды и„ ка выбранную величину п, т.е. вьщеленйе 5 Up; преобразование временного интервала Т в цифровой код; п 0 Т /10 п; выделейие временного-интервала it- для минимальных

значений порогов дискрименации t,- /|Up/Vj; преобразование временного интервала t, в относительный цифро- , вой код; и tf/Nnpi вычисление коэффициента нелинейности по выбран- :ной величине а: 10 ( 0° -N,)% ; Iзапоминание результата вычислений; увеличение значений порогов дискримизначение опорного напряжения i равное половине порогового dUo. С приходом второго синхроимпульса СИ запирается вход делителя 12 частоты (временная диаграмма 30), прекращается счет в счетчике 14. На информационном (управляющем) D-входе управляемого делителя 13 частоты фиксируется

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров импульсов пилообразного напряжения, например коэффициента нелинейности линейно изменяющегося напряжения. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства путем обеспечения измерения коэффициента нелинейности на всем протяжении прямого хода пилообразного напряжения . Устройство содержит компаратор 1 напряжения, источник 2 опорного напряжения, состоящий из амплитудного детектора 3 и делителя 4 на- пряжения, блок 5 синхронизации, состоящий из элементов 2И 6 и 7, элемента 8 ИЛИ, элемента 9 ИСКЛОЧАЮЩЕЕ. ИЛИ и триггера 10, генератор 11 счетных импульсов, делитель 12 частоты, управляемый делитель 13 частоты,счетчик 14 импульсов, блок 15 управления, состоящий из элементов 4И-НЕ 16 и 17, RS-триггера 18, реверсивный счетчик 19, регистры 20 и 22 памяти, дешифратор 23, цифровой индикатор 24, элемент 25 задержки и генератор 26 ступенчатого напряжения. Работа устройства поясняется по временным диаграммам, приведенным в описании изобретения. 2 ил.. (Л с

нации на величину ступени ли,; пов- ю число N-- С этого момента он начи- .ст

;торение измерения; сравнение результатов измерения с кодом, хранящимся :В памяти; если значение нового резул - ;тата больше хранящегося в памяти, |смена хранимой информации; очеред- iHoe увеличение значений порогрв дис- риминации и повторение измерения; Ьосле окончания цикла измерения - Индикация результата; возврат схемы исходное состояние. : В соответствии с изложенным алго- ритмом измеритель работает следующим |эбразом.

I С приходом первого синхроимпульса наличием единицы на инверсном выхо- 1це триггера 10 через первый элемент И 6 происходит сброс в нуль счетчика |4, установка триггера 18 по S-входу единичное состояние по прямому вы- :|соду (временные диаграммы 27, 29 и i2 на фиг.2). Амплитудный детектор 3 находится в нулевом состоянии. По (|)кончании синхроимпульса СИ триггер )0 устанавливается в нулевое состоящие (временная диаграмма 29), открывается через элемент 8- вход делителя 2 частоты (временные диаграммы 30 и 34), начинается счет его выходных им- Йульсов счетчиком 14. Амплитудный де- teKTOp 3 работает в режиме запомина- йия входного напряжения (временная . диаграмма 35), элементы 16 и 17 закрыты по входу 2 блока 15 управления счетом нулевым напряжением с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, реверсивньш счетчик 19 не считает. Делитель 12 частоты имеет коэффициент деления п 10°, а на его выходе форимпуль, iMc 0-0 частота генератора 11 счетных импульсов. К

пр нает делить входную частоту г, генена число N. В результат получается последовательМируется частота следования сов F fo/n -10 , где f,

15

ратора 11 на выходе ность F п

импульсов . ,

,(

с частотой , На

20

о (Тр

„р. на инвертирующем вы ходе триггера 10 устанавливается ло гическая единица. Записьшается код числа Ю по управляющему D-входу реверсивного счетчика 19. По мере н растания входного ПН в пределах окн дискриминации, на выходе компаратор 1 формируется единичный импульс дли тельностью

25

ut;

dU,/V.

.

1 -- о

(временная диаграмма 39). Во время действия этого импульса на вычитающий вход счетчика 19 поступают импульс с вьгхюда управляемого делителя 1 3 част

30 ты, поскольку на всех остальных ее входах также установлены логические единицы (временная диаграмма 41). Н выходе управляемого реверсивного сче счетчика 19 формируется код разности

2g между числом 1 о , предварительно занесенным по D-входу,и числом поступающих на его вычитающий вход им- пульсоз, т.е. формируется значение замеряемого коэффициента нелинейное-

40 ти: В(10 - нр. Если число импуль сов NJ, укладывающихся в интервале ut(, оказалось больше числа , записанного в счетчике 14, в момент ра венства N,10 на его выходе лерено45 са . О появляется.импульс, опроки- дьшающий триггер 10 (временные диаграммы 43 и 44). В результате црои ходит переключение элементов 4И-НЕ 16 и 17 таким образом, что теперь счетные импульсы поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 1 через элемент 4И-НЕ J7 (временная ди аграмма 42). По окончании импульса длительностью 4t на выходе компаратора 1 элементы - 4И-НЕ 16 и 17 запираются и на выходе реверсивного счет чика 19 фиксируется итоговая разность flO - N,-(, которая затем срав нивается с числом, код которого хра50

концу прямого хода Т н1акапливается число

в счетчике 14

т пр

ПР

N F

(f /п 10°) -Тпр. Амплитудный детектор 3 запоминает амплитуду U входного ПН, на втором входе компаратора I. устанавливается,пороговое напряжение ДУо нз третьем входе компаратора 1 усталавливается минимальное .

число N-- С этого момента он начипрнает делить входную частоту г, генена число N. В результате получается последователь5

ратора 11 на выходе ность F п

импульсов . ,

,(

с частотой , На

0

о (Тр

„р. на инвертирующем выходе триггера 10 устанавливается логическая единица. Записьшается код числа Ю по управляющему D-входу реверсивного счетчика 19. По мере нарастания входного ПН в пределах окна дискриминации, на выходе компаратора 1 формируется единичный импульс длительностью

5

ut;

dU,/V.

.

1 -- о

(временная диаграмма 39). Во время действия этого импульса на вычитающий вход счетчика 19 поступают импульсы с вьгхюда управляемого делителя 1 3 часто0 ты, поскольку на всех остальных ее входах также установлены логические единицы (временная диаграмма 41). На выходе управляемого реверсивного счет- счетчика 19 формируется код разности

g между числом 1 о , предварительно занесенным по D-входу,и числом поступающих на его вычитающий вход им- пульсоз, т.е. формируется значение замеряемого коэффициента нелинейное-

0 ти: В(10 - нр. Если число импульсов NJ, укладывающихся в интервале ut(, оказалось больше числа , записанного в счетчике 14, в момент равенства N,10 на его выходе лерено5 са . О появляется.импульс, опроки- дьшающий триггер 10 (временные диаграммы 43 и 44). В результате цроис- ходит переключение элементов 4И-НЕ 16 и 17 таким образом, что теперь счетные импульсы поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 19 через элемент 4И-НЕ J7 (временная диаграмма 42). По окончании импульса длительностью 4t на выходе компаратора 1 элементы - 4И-НЕ 16 и 17 запираются и на выходе реверсивного счетчика 19 фиксируется итоговая разность flO - N,-(, которая затем сравнивается с числом, код которого хра0

5

нится в регистре 20 памяти временного хранения. Если измеренное значение нелинейности превышает хранящееся в памяти число, то на выходеЪе- реноса цифрового компаратора 21 формируется импульс, поступающий на вхо разрешения записи регистра 20 памяти временного хранен};я и в нем записывается новое значение нелинейности ПН.

С приходом очередного (третьего) синхроимпульса изменяется состояние триггера 10, на выходе элемента 2И 6 появляется импульс, осуществляющий сброс и установку счетчика 14, триг- гера 18, Поступление этого импульса на вход генератора 26 вызывает уве- значения напряжения на его выходе на величину одной ступени/5 Up (временная диаграмма 37), Величина ступени определяется количеством измерений m в одном цикле и равна

-и Уд. ,

ст га

где UIY, амплитуда ПН; uV - значение порогового напряжения; m - количество измерений в цикле.

На этом измерение заканчивается и начинается следующее. Цикл измере- НИИ завершается после определения значения нелинейности для максималь- ной величины опорного напряжения, в регистре 20 памяти временного хранения записано число, соответствующее максимальному значению нелинейности на всем интервале прямого хода ПН, Перезапись результата цикла измерений из регистра 20 памяти временного хранения в регистр 22 памяти хране- ния результата осуществляется после прихода импульса разрешения перезаписи с выхода генератора 26 ступенчатого напряжения, который формируется после окончания последнего измере

ниЯ- цикла. Кроме этого, с приходом импульса с выхода генератора 26 ступенчатого напряжения осуществляется сброс амплитудного детектора 3, этот же импульс через элемент 25 задержки поступает на вход сброса регистра 20 памяти временного хранения и обнуляет его. Код, записанный в регистр 22 памяти хранения результата, отображается в системе: дешифратор 23 - циф ровой индикатор 24, На этом цикл измерений заканчивается и начинается следующий. Время индикации одного результата измерений при такой схеме

5 0

5

о Q

5

д

включения определяется продолжительностью цикла измерений.

Числа пит выбираются, исходя из требуемой точности по оценке быстрых изменений (перепадов) скорости изменения ПН за Тпр, Значительное увеличение m приводит к снижению скорости измерений. Обычно, ес ли выбросов или изломов в ПН не ожидается, выбирается , т 40-100.

Фо.рмула изобретения

Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения, содержащее компаратор напряжения и источник опорного напряжения, состоящий из последовательно включенных амплитудного детектора и делителя напряжения, причем первый вход компаратора соединен с первым входом амплитудного детектора, выход делителя соединен с вторым входом компаратора напряжения, генератор счетных импульсов, управляемый делитель частоты, причем выход генератора счетных импульсов соединен с входом -1 управляемого делителя частоты, блок управления, состоящий из первого и второго элемента 4И-НЕ и RS-триггера, причем первые входы элементов 4И-НЕ объединены и соединены с входом предварительной установки управляемого делителя частоты и с выходом управляемого делителя частоты, реверсивный счетчик, вход -1 которого подключен к выходу первого элемента 4И- НЕ, а вход +1 - к выходу второго элемента 4И-НЕ, выход переноса реверсивного счетчика подключен к входу R RS-триггера, последовательно включенные дешифратор и индикатор, делитель частоты и счетчик, блок синхронизации, состоящий из триггера, элементов ИЛИ и- ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и первого и второго элементов 2И, первые входы элементов блока синхронизации объединены и соединены с входом синхронизации устройства, прямой выход триггера соединен с вторым входом элемента 2И, выход которого соединен с установочным входом реверсивного счетчика, инверсный выход триггера соединен с вторьми входами элемента ИЛИ и второго элемента 2И, выход которого подключен к R-входу установки нуля счетчика и S-входу RS- трйггера, выход элемента ИЛИ соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к входу установки нуля делителя частоты, вход +1 которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, .вьпсод которого соединен с входом +1 счетчика, выходы которого соединены с информационными входами ynpaiBляемого делителя частоты, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторыми входами элементов 4И-НЕ, третьи входы которых объединены и соединены с выходом компаратора напряжения, четвертый вход первого элемента АИ-НЕ соединен с прямым выходом RS-триггера, а четвертый вход второго элемента 4И-НЕ соединен с инверсным выходом RS-триггера, о т л и- ч а ю щ е ее я тем, что, с целью расширения функциональных возможнос- : тей, введены элемент задержки, гене- I ратор ступенчатого напряжения, циф- ; ровой компаратор, первый и второй I регистры памяти, причем выход второго элемента 2И соединен с входом генератора ступенчатого напряжения,первый выход которого соединен с третьим входом компаратора напряжения, а второй - с вторым входом амплитудного детектора, информационный выход ре- версивного счетчика соединен с первым входом цифрового компаратора и

информационным входом первого регистра памяти, выход которого соединён с вторым входом цифрового компаратора и информационным входом второго регистра памяти, вход управления которого соединен с вторым выходом генератора ступенчатого напряжения и входом элемента задержки, выход которого соединен с входом сброса первого ре;- гистра памяти, вход предварительной установки которого соединен с выходом цифрового компаратора, выход второго регистра памяти соединен с входом дешифратора.