Измеритель среднеквадратического значения напряжения одиночного импульса случайной формы и длительности Советский патент 1988 года по МПК G01R29/02 

С

ю

СП

I Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано испытании устройств, например, д|1я снятия времятоковых характеристик аЬтоматов защиты, I Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения длительности импульса,

На фиг.1 представлена блок-схема I-змерителя среднеквадратичного значе- гия одиночного импульса случайной оормы и длительности; на фиг,2 - вре™ пенные диаграммы поясняющие его работу

Предлагаемый измеритель содержит датчик 1 сигнала, компаратор 2, пер- зый ключ 3, квад,ратор 4, переключаю- 1ЦИЙ ключ 5 многопредельный интегратор 6, первый бло1х 7 вычисления по- рядка, элемент 8 сравнения, 9, источник 10 опорного напряжения, |второй ключ 11, третий ключ 12, пер- |вый интегратор 13, генератор 14 так- |товых импульсов, первый счетчик 15, второй блок 16 вычисления порядка, ; цифроаналоговый преобразователь 17, второй счетчик 18, сумматор 19, блок 20 управления клгочаШ ,

Выход датчика 1 подключен к входу компаратора 2 и первого ключа 3, Вы- ход компаратора 2 подключен к счетному входу триггера 9, входу Разрешение первого счетчика 15 и управляющему входу первого ключа 3, выход которого объединен с вьпсодом первого интегратора 13 и подключен jc входу квадратора 4, выход котор ого соединен с общим контактом переключающего ключа 5. Размыкакядий контакт этого ключа соединен с входом многопредельного интегратора 6, а замыкаюпргй - с аналоговым входом дифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого подключены к выходам первого счетчика 15. Вход управления переклю чакядего ключа 5 объединен с входом Разрешение второго счетчика 18, первым входом блока 20 управления :: ключами и соединен с прямым выходом триггера 9, первый вход сброса которого соединен с выходом элемента 8 сравнения, один вход которого соединен с выходом цифроаналоговогб преобразователя, а второй вход - с выходом многопредельного интегратора 6 и входом первого блока 7 вычисления гуэрядка, первый выход - с управляющи входом многопредельного интегратора

6, а второй выход - с первым входом сумматора 19, младший разряд вькода которого подключен к второму входу блока 20 управления ключами. Второй вход сумматора 19 подключен к первому выходу второго блока 16 вычисления порядка, вход которого подключен к выходу переполнения первого счетчика 15 5, а второй выход - к входу Yt- тановка этого йсе счетчика 15, Счетные входы первого и второго счетчиков 15 и 18 объединены и подключены к .вькоду генератора 1,4 тактовых импульсов s, а входы Сброс этих счетчиков объединены с вторым входом Сброс триггера 9 и подсоединены к шине Сброс. Первый и второй выходы блока 20 управления ключами подсоединены соответственно к управляющим, входам второго н третьего ключей 11 и 12J входы которых объединены и подключены к выходу источника 10 опорного напряжения, а выходы - к входам первого.интегратора 13,

Измеритель работает следующим образом.

Многопредельньй интегратор 6 с блоком 7 вычисления порядка выполнены, например., как операционный усилитель, на инвертирующий вход которого через резистор приходит интегри сигнал, а в цепи обратной связи операционного усилителя в зависимости от предела переключаются ем- , КОСТИ. Соотношение постоянных времени интегрирования интегратора на разных пределах &, . 1510; 100 интегрирование начинается с наименьшей постоянной времени Г, (включена емкость С , в цепи обратной связи операционного усилителя). Когда напряже- н ие на выходе интегратора достигает некоторой пороговой величины, пороговое устройство подключает парш-шельно еккости С, емкость С 9С, а перераспределения зарядов на емкостях напряжение на выходе операционного усилителя уменьшается в 10 раз (это равносильно тому что интегратор до этого работал с постоянной времени Cj 10 t, ) , Дальнейшее интегрирование проводится с емкостью С + С. ЮС,, т.е. 10 раз большей постоянной времени. Если напряжение на выходе инте-. гратора достигает еще раз пороговой величины, аналогичным образом подклю чается третья емкость С, 9(С,-(-С) Таким образом, постоянная времени

многопредельного интегратора 6 может принимать значение сГ , 10 cl. По окончании цикла интегрирования на выходе o oгoпpeдeльнoгo интегратора величина напряжения пропорциональна интегралу входной в-еличины, а первый блок 7 вычисления порядка на втором выходе выдает код величины е, т.е. порядок интегрируемой величины.

Первый счетчик 15 двоичный на 10 разрядов, при достижении в счетчике значения числа , на выходе переполнения счетчика возникает импульс, приходяпщй на вход второго блока 16 вычисления порядка, который по входу установки устанавливает в счетчике 15 значение содержимого, равное , и переключает его счет ный вход таким образом, что на него начинает поступать тактовая частота в 10 раз меньше, чем до переполнения При следующем переполнении эта процедура повторяется.

Таким образом, по окончании цикла измерения в счетчике 15 хранится двоичный .код измеряемого интервала вре

мени в диапазоне 100.-.-ЮОО

10

а на

втором выходе второго блока 16 вычисления порядка - номер диапазона счет- чика или порядок этого числа.

Цифроаналоговый преобразователь 17 представляет множительно-делитель- ный ДАЛ.

Блок 20 управления ключами представляет собой комбинационную схему, которая работает следующим образом. Когда присутствует сигнал логической 1 на первом входе блока 20 с выхода

В момент времени t, срабатьшает компаратор 2, включается первый ключ t 3 и напряжение Ua(t) попадает на вход квадратора 4. Напряжение на вьгходе квадратора описывается вьгражениемл

U(t) K,-U2(t) K -K|X4t), (2) где К( - коэффициент преобразования

квадратора.

С выхода квадратора 4 напряжение и (t) поступает на вход интегратора 6 через размыкающие контакты переклю- чакщего ключа 5. На выходе интегратора 6 начиняет нарастать напряжение по закону -

U4 f U,(t)dt. (3)

На фиг.2 в момент времени t показан переход интегратора на второй предел. В общем виде сигнал на выходе интегратора к моменту времени t описывается выражением

и -Т,- j x4t)df 10, (4)

25 где С

ЗО

35

постоянная времени инт егри- рования на первом- пределе, е - номер предела интегратора, при котором окончилось интегрирование, записанное в первом блоке 7 вычисления порядка.

Кроме того, компаратор по входу Разрешение счетчика 15 разрешает производить этому счетчику подсчет импульсов с генератора 14 тактовых импульсов и к моменту времени t в нем и во втором блоке 16 вычисления порядка образуется значение длительности измеряемого импульса, которое

Изобретение относится к электроизмерительной и импульсной технике и может быть использовано при испытании устройств, например, для снятия времятоковых характеристик автоматов защиты. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения длительности импульса - достигается тем, что в измеритель среднеквадратичного значения напряжения одиночного импульса случайной формы и длительности, содержащий датчик 1 сигнала, квадратор 4, элемент 8 сравнения, интегратор 13, введены компаратор 2, триггер 9, два счетчика 15, 18, цифроаналоговый преобразователь 17, многопредельный интегратор 6, переключающий ключ 5, источник опорного напряжения 10, генератор 14 тактовых импульсов, два блока 7, 16 вычисления порядка, два g ключа 3, 11, сумматор 19, блок 20 уп равления ключами. 2 ил.

интегратора 6, то, если младший раз- 40 можно представить вьфажением

ряд на выходе сумматора 19 равен О (т.е. суммарный сигнал на выходе сумматора четный), включается ключ 11, если младший разряд на выходе сумматора 19 равен 1 (т.е. сигнал нечетный), включается ключ 12.

В исходном состоянии счетчики 15 и 18 и триггер 9 находятся в нулевом состоянии, с выхода датчика 1 напряжение равно О. В момент времени t, (фиг.2) на вьрсоде датчика 1 начинает нарастать напряжение.

Напряжение на выходе.датчика опи- сьгоается выражением

Т,. п X 10

гЧ

45

50

- fj - II л. I у

где п - двоичное число в диап 100,0 -1000,5 , записан счетчике 15, а - порядок числа Т во в

блоке 16 вычисления п В момент времени tj закрыв первый ключ 3 и задним фронто пульса, приходящего на счетны триггера 9, опрокидьгоает его ничное состояние.

Сумматор 19 производит сум ние кодов, поступанлпих на его с выходов первого блока вычис порядка и второго блока 16 в ния порядка. U(t) Kg.X(t), . (1) где К - коэффициент преобразования

датчика, X(t) - измеряемая величина.

0 можно представить вьфажением

Т,. п X 10

гЧ

5

0

5

- fj - II л. I у

где п - двоичное число в диапазоне 100,0 -1000,5 , записанное в счетчике 15, а - порядок числа Т во втором

блоке 16 вычисления порядка. В момент времени tj закрывается первый ключ 3 и задним фронтом импульса, приходящего на счетный вход триггера 9, опрокидьгоает его в единичное состояние.

Сумматор 19 производит суммирование кодов, поступанлпих на его 2 входа с выходов первого блока вычисления порядка и второго блока 16 вычисления порядка. Сигнал с выхода триггера 9 переключает переключающий ключ 5, разрешает счетчику 18 производить счет

ьсов, поступакяцих на его счетный вхЬд с выхода генератора 14 тактовых и yльcoв, а также воздействует на бд|ок 20 управления ключами. Сигнал с выхода этого блока в зависимости от сигнала, приходящего на его первый вход с выхода сумматора 19, включает первый ключ 11 или второй ключ 12. С вьхода источника опорного напряжения 1C напряжение U поступает на вход интегратора 13. Напряжение на выходе интегратора 13 изменяется по закону

.1

. II

п.

i

dt

ы

wl

е с/,

X 10

с

Г

10

(5)

- постоянная времени интегрирования интегратора 13. При этом если открыт второй ключ II, то С 0, если открыт третий клю 1:, то С 1.

Напряжение U поступает на вход к:задратора 4 и через переключающий ключ 5 на аналоговый вход цифроана- лЬгового преобразователя. На выходе UJUI 17 напряжение описываются выраже

и,.„„ 7 r-TUL t. X 10 . (6)

( -« i В момент времени t (фиг,2), когд напряжение на выходе многопредельно- Г|О интегратора 6 станет равным напря ячению на выходе ЦАП 17, элемент 8 фавнения сбросит триггер 9 в нулево Оостояние. Для этого момента времени d учетом выражений 4 и 6 справедливо равенство

%К5 f Х (t)dt X 1 о I ys-Uon t X

(7)

отсюда

я 10-°%

i4

t2

-€4cl

Х2 (t)dtX10 , (8)

IrlliisJ

; п

Й интервал времени преобразования t. 0-t пропорционален измеряемой Величине

Х2 (t)dt X 10

(9)

где К - коэффициент преобразования

... К L1

Согласно выражению (9) в счетчи :ке 18 после преобразования хранится код числа, пропорциональный мантиссе измеряемого среднеквадратичного знас0

5

0-

5

0 5

0

5

0

5

чения импульса, а порядок этого значения образуется на выходе сумматора 19, Деление на 2 этого значения согласно вьфаженик) (9) осуществляется отбрасьтанием младшего разряда значения кода. С помощью величины С осуществляется преобразование показателя степени в четную величину. На фиг.2 показан также процесс измер - кия среднеквадратичного значения, когда величина (-1 + d) в выражении (8) нечетное число.

Формула изобретения

Измеритель среднеквадратичного значения напряжения одиночного импульса случайной и длительности содержащий датчик, квадратор, элемент сравнения, блок деления, интегратор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воз- можностей. в него введены компаратор, триггер, два счетчика, цифроаналого- . вый преобразователь, многопредельный интегратор, переключающий ключ, источник опорного напряжения, генератор тактовьпс импульсов, два блока вычисления порядка, два ключа, сумматор и блок управления ключами, причем вход компаратора соединен с выходом датчика, а выход - с счет.ным входом триггере, входом Разрешение первого счетчика и управляющим входом первого ключа, вход которого 11одключен к выходу датчика, а выход объединен с выходом первого интегратора и подключен к входу квадратора, выход которого соединен с общим контактом переключающего ключа, размыкающий контакт которого соединен с входом многопредельного интегратора, замыкающий контакт - с аналоговым входом цифроаналогового преобразоёателя цифровые входы которого соединены с выходами первого счетчика, а вход управления переключакяцего ключа объединен с входом Разрешение второго счетчика, первым входом блока управления ключами и соединен с прямым выходом триггера, первый вход Сброс которого соединен с выходом элемента сравнения, один вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а второй - с выходом многопредельного интегратора и входом первого блока вычисления-порядка;, первый выход которого подключен к управля1сяцему входу интегратора, а

второй - к первому входу сумматора, младший разряд выхода которого подключен к второму входу блока управле- няя ключами, а второй вход - к первому выходу второго блока вычисления порядка, вход которого подключен к выходу Переполнение первого счетчика, а второй выход - к входу Уста- HOBjca первого счетчика, счетный котЪрого объединен со счетным входом второго счетчика и подключен к выходу

Вых. 1

Вых в

2

генератора тактовых импульсов, а входы Сброс счетчиков объединены с вторым входом Сброс триггера и подключены к шине Сброс, при этом первый и второй выходы блока управления ключами подключены соответственно к управляющим входам второго и третьего ключей, входы которых объединены и подключены к источнику опорного напряжения, а выходы - к входам первого интегратора.

/::

/V

л