Устройство для определения средних значений сигналов Советский патент 1988 года по МПК H03H11/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах технической диагностики,

Цель изобретения - увеличение точности определения средних значений сигналов.

На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема устройства для определения средних значений сигналов; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений, поясняющие его работу.

Устройство для определения средних значений сигналов содержит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 ключи, первый 7, . второй 8 и третий 9 конденсаторы,операционный усилитель 10, первьй П, второй 12, третий 13 и четвертый 14 резисторы, зарядно-разрядную цепь 15 и блок 16 управления.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на входе Синхронизация устройства для определения средних значений сигналов присутствует нулевой уровень напряжения, а на входе Сброс - напряжение уровня логической 1. При этом на выходах блока 16 управления установлены напряжения нулевого уровня и второй ключ 2 находится в нейтральном положении, при котором его выход не скоментирован ни с одним из его входов. Первый ключ 1 замкнут, конденсатор 7 разряжен, четвертый ключ 4 разомкнут и напряжение на выходе зарядно-разрядной цепи 15 и выходе устройства для определения сред- них значений сигналов равно нулю.

В момент времени t напряжение на входе Сброс изменяется с логической 1 на логический 0. При этом ключ 1 размыкается.

В момент времени t, на вход Синхронизация подается управляющий импульс (фиг. 2в), который поступает на первый вход блока 16 управления на первый управляющий вход ключа 2 и управляющий вход ключа 3. В течение времени действия управляющего импульса длительностью , ключ 2 в момент времени t, переключается из нейтрального в первое рабочее положение, при котором выход ключа 2 замьжается с его первым входом, а ключ (ключи) 3 замыкаются, подключая вход (входы) зарядно-разрядной цепи (цепей) к вы

0

0

Q

5

5 0

5

ходу операционного усилителя 10. Ключи 5 и 6 зарядно-разрядной цепи {цепей) 15 остаются разомкнутыми под действием напряжения нулевого уровня,

а конденсатор (конденсаторы) 9 зарядно-разрядной цепи (цепей) 15 с момента времени t, подключается к выходу операционного усилителя 10.

При этом с момента времени t входной сигнал Vg (фиг.2а) поступает через резистор 11 и ключ 2 на инвертирующий вход операционного усилителя 10, выходное напряжение изменяется согласно выражению

, Vt ,- v,dt, (1)

величина сопротивления резистора

С, - величина емкости конденсатора 7.

По окончании управляющего импульса на входе Синхронизация в момент 5 tJ ключ 2. переключается в нейтральное положение, а ключ (ключи) 3 размыкается. При этом напряжение на выходе устройства для определения средних значений сигналов, описываемое вьфа- жением (1), остается неизменным (фиг. 2ж).

Через время блок 16 управления формирует на первом выходе импульс напряжения длительностью

ST E; j

где R,

4-4-,0. А

(фиг.2г), который поступает на второй управляющий вход ключа 2 и вход ключа 4. При этом ключ 2 с момента t переключается во второе рабочее положение, а ключ 4 замыкается и конденсатор 7 разряжается через резистор 12 цо экспоненциальному закону (фиг. 2ж)

5

j

0

U,V,

ехр(-),

(2)

гt-t,

. Кг с у величина сопро гивления резисгде

тора 12,

аппроксимирующему гиперболическую зависимость

,(3)

где 6i - масштабный множитель во временном интервале аппроксимации t t4Tt3 .

В то же время через ключ 4 напряжение с выхода операционного усилителя 10 поЬтупает на выход устройства

для определения средних значений сигналов .

С момента времени t блок 16 управления формирует напряжение нулевого уровня на всех выходах, кроме выхода, соединенного с управляющим входом первой зарядно-разрядной цепи 15, на выходе которого формируется импульс напряжения (фиг. 2д) длитель ностью At,t5-t4, (где tj - момент времени окончания второго интервала аппроксимации), который запускает за рядно-разряднум цепь 15 на время его действия, замыкая ключи 5 и 6. При этом конденсатор 9 первой зарядно- разрядной цепи 15 разряжается с напряжения V, при через последовательно соединенные резисторы 13 и 14. Напряжение на резисторе 14 явля- ется частью напряжения на конденсаторе 9 и изменяется по закону, апгт проксимирующему гиперболическую зависимость в интервале времени At, (фиг.2и). Через ключ 6 напряжение с резистора 14 поступает на выход устройства для определения средних значений сигналов.

При наличии в устройстве для определения средних значений сигналов нескольких зарядно-разрядных цепей 15 каждая зарядно-раз15ядная цепь 15 формирует на своем выходе напряжение аппроксимирующее гиперболическую, функцию, в своем интервале времени, задаваемом блоком 16 управления (фиг. 2к).

По.окончании временного интервала kT, пропорционального времени усреднния Т и отсчитываемого от момента tj, на всех выходах блока 16 управ- .ления устанавливаются нулевые уровни напряжения. При этом конденсатор 8 сохраняет напряжение, соответствуто- щее формируемому, гиперболически иэ- меняющемуся, напряжению в момент времени t t2+kT. Это напряжение соответствует среднему значению исследуемого сигнала (фиг. 2к).При необходимости выделить сред нее значение сигнала за другое время усреднения или провести новый цикл усреднения сигнала в другом интервал времени производится сброс напряжени на конденсаторе 7, что реализуется путем подачи на вход Сброс в момен времени-tn импульса напряжения уровня логической 1 (фиг. 2б), который, поступая на управляющий вход.

5

c 0 5

д

с0

к.люча 1, зямыкает его контакты на время действия импульса. Таким образом вводятся начальные нулевые условия для операции будущего интегриро-- вания сигнала и определения его среднего значения.

Параметры резисторов 11-14 и конденсаторов 7-9, программу работы блока 16 управления и значение момента tj выбирают таким образом, чтобы фор-, мируемая с момента времени t, кусочная функция описывала гиперболическую зависимость вида (3) с минимальной погрешностью.

Повышение точности измерения средних значений исследуемого сигнала в предлагаемом устройстве обусловлено отсутствием в нем интегратора времени и делителя, а следовательно, и отсутствием погрешности преобразования временного интервала в аналоговую величину и отсутствием погрешности деления, аналоговых величин.

Форм у-л а изобретения

1. Устройство для определения средних значений сигналов, содержащее блок выборки-хранения, состоящий из операционного усилителя с первым конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, параллельно которому подключен первый ключ, между входом устройства для огфеделения средних значений сигналов и инвертирующим входом операционного усилителя включены последовательно соединенные первый резистор и второй ключ, а также последовательно соединенные второй резистор и третий ключ, четвертый ключ, блок управления, эходы и выходы которого соединены с соответствующими входами управления первого, второго, третьего и четвертого ключей, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности, введены второй конденсатор и по крайней мере хотя бы одна зарядно-1 азряд- ная цепь, причем к третьекгу нормально разомкнутому выводу второго ключа и входу зарядно-разрядной цепи подключены соответственно первый вывод Второго резистора и второй вывод третьего ключа, первый вывод которого соединен с выходом операционного усилителя и через четвертый ключ - с выходом зарядно-разрядной цепи, который является выходом устройства для определения средних значений сигналов, и с первым вьгоодом второго конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной, вход управления зарядно- разрядной цепи подключен к соответ,ст- вующему выходу блока управления, а первый и второй управляющие входы 1 второго ключа соединены с управляющи- ;ми входами третьего и четвертого клю- ЧЭй соответственно. 2. Устройство по п. 1 о т л и- {чающееся тем, что зарядно- разрядная цепь выполнена в виде параллельно соединенных третьего кон-

i

tnit

денсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной, и последовательно соединенных пятого ключа, третье- го и четвертого резисторов, второй вывод которого соединен с первым выводом шестого ключа, второй вывод которого является выходом зарядно-раз- рядной цепи, а управляющие входы пятого и шестого ключей соединены между собой и являются управляющим входом зарядно-гразрядной цепи, причем первый вывод третьего конденсатора является входом зарядно-разрядной цепи.

t

Изобретение относится к измерительной технике и м.б. использовано в устр-вах технической диагностики. Цель изобретения - увеличение точносtump9nv3mtia ти определения средних значений сигналов. Устр-во содержит четыре ключа 1-4, конд-р 7, операционный у-ль 10, резисторы II, 12 и блок 16 управления. В устр-во введены конд-р 8 и по крайней мере хотя бы одна зарядно-разряд- ная цепь 15, выполненная в виде конд- ра 9, ключей 5, 6 и резисторов 13, 14. Повышение точности измерения средних значений исследуемого сигнала в устройстве обусловлено отсутствием в нем интегратора времени и делителя, а следовательно, и отсутствием погрешностей преобразования временного интервала в аналоговую велихшну и деления аналоговых величин. 1 з.п. ф- лы, 2 ил. (Л «.1

Редактор Е.Папп Техред А.Кравчук

Заказ 4782/54 Тираж 928Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета СССР

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

Корректор Э.Лончакова