Способ измерения амплитудного значения электрического сигнала Советский патент 1988 года по МПК G01R19/04 

4 4

СО ND

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения.

Способ заключается в следующем.

Необходимо измерить амплитудное значение V сигнала

u(t) ,

где Q - частота сигнала.

Для этого формируют сдвинутый по фазе электрический сигнал

u(t) (Qt-if)

путем введения в исслёдуемпй сигнал заданного фазового сдвига cf(, ,

Затем формируют нормированный электрический сигнал

fOO-I

у - Jr ZI;;-sinnQtf n.i J

пилообразной формы, который в интервле от Qt О до 21Г линейно возрастает от нуля до своего макси- мального значения Urm которое устанавливают превышающим максимально допустимое значение амплитуды исследуемых сигналов.

В моменты времен и t , отстоящие друг от друга на период сигнала u«(t), измеряют мгновенные значения . u,(t,) и U j(t,) сдвинутых по фазе синалов, которые обозначим:

и,

и„ sin at-;

Ui; (Qt;- CfJ.

Затем формируют вспомогательный электрический сигнал

) arcsin f - arcsin

В течение интервалов времени j в tj. tj сравнивают мгновенные значения сигнала ) с числовым эквивалентом установленного з начения фазового сдвига и в моменты времени tj их численного равенства запомина- ют мгновенные значения сигнала u(t), которые пропорциональны амплитудньм значениям исследуемого сигнала, т.е.

r tp V

На чертеже приведена структурная схема цифрового измерителя амплитуд-- ных значений, реализующего предлагае- мьй способ измерения.

0

5

5

0

0

5

40

j

55

Устройство содержит градуированный фазовращатель 1, первый и второй аналого-цифровые преобразователи 2 и 3, синхронизированный генератор 4 одиночных импульсов, цифровой генератор 5 сигнала, первый и второй цифровые блоки 6 и 7 деления, регистр 8 числа, первый и второй функциональные преобразователи 9 и 10, блок 11 сравнения кодов, блок 12 вычитания, кнопка Пуск 13, одновибратор 14, логический элемент И-ИЛИ-НЕ 15, счетньй триггер 16, задатчик 17 кода, счетчик 18 импульсов, запоминающий блок 19, логический элемент И-НЕ 20, мультиплексор 21, трехполюсный переключатель 22, отсчетно-регистрирунлций блок 23, шину 24 данных и клемму 25 управляющего импульса.

Вход фазовращателя I соединен с входом преобразователя 3 и подключен к входной клемме измери1 еля. Аналоговый выход фазовращателя 1 соединен с входом преобразователя 2. Выходы преобразователей 2 и 3 подключены к входам Делимое блоков 6 и 7 соответственно. Управляющие входы преобразователей 2 и 3 объединены и соединены с выходом генератора 4. Входы Делитель блоков 6 и 7 объединены и соединены с входами регистра 8 и выходами генератора 5.

Вьтходы блоков 6 и 7 соединены с входами преобразователей 9 и 10 соответственно, выходы которых подключены соответственно к входам Вычитаемое и Уменьшаемое блока 12.

Выходы блока 12 соединены с первыми входами блока 11, вторые входы которого подключены к цифровым выходам фазовращателя 1. Выход блока 11 соединен с щиной 24, со счетным входом счетчика 18, с управляющим входом регистра 8 и с первьм входом элемента И-ИЛИ-НЕ 15,выход которого соединен с синхровходом генератора 4, второй вход - с входом установки нуля счетчика 18, с входом установки единицы триггера 16 и выходом одновибра- тора 14, вход которого через кнопку Пуск 13 соединен с шиной питания. Третий вход элемента И-ИЛИ-НЕ 15 подключен к выходу триггера 16, счетный вход которого соединен с клеммой 25 управляющих импульсов, а вход установки нуля - с выходом элемента И-НЕ 20, входами подкл10ченного к выходам счетчика 18.

314

Выходы регистра 8 соединены с шиной 24, с первыми входами мультиплексора 2 и запоминающего блока 19, управляющие входы которого соединены с выходами счетчика 18 импульсов, установочные входы которого подключены к задатчику 17.

Выходы блока 19 соединены с вторыми входами мультиплексора 21, управляющие входы которого через переключатель 22 подключены к клемме питания, выходы мультиплексора 21 соединены с входами отсчетно-регистрирую- щего блока 23.

Устройство работает следующим образом.

На градуированного фазовращателя 1 и аналого-цифрового преобразователя 3 подают исследуемый сигнал U((t). С помощью фазовращате,ля 1 формируют сдвииутый по фазе на (р электрический сигнал Uj(t).

Сигнал u(t) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 2. При нажатии кнопки Пуск 13 запускается одновибратор 14, выходной импульс которого устанавливает триггер 16 в единицу, а счетчик 18 - в нуль. Этот импульс поступает также через элемент И-ИЛИ-НЕ 15 на синхровход генератора 4 одиночных импульсов. Последний формирует импульс, который в момент времени tj поступает на уп- равлякяцие входы преобразователей 2 и 3. В результате.в выходные регистры преобразователей 2 и 3 синхронно записываются коды мгновенных значений NJ; и Nj} исследуемого и сдвинутых по фазе сигналов. Коды чисел и поступают на входы Делимое блоков 6 и 7 деления соответственно. На входы Делитель этих блоков поступает код мгновенных значений сигнала ), генерируемый генератором 5. В результате на входы функциональных преобразователей 9 и 10, реализу- кщих функцию arcsin, поступают цифровые сигналы:

0. t) ь ); Noj(t) N /FjCt),

а на их выходах формируются цифровые сигналы

N(,/(t) arcsin N,);

) arcsin N,,;/N,(t), .

.которые поступают на входы блока 12 вычитания.

1320

После вычитания на первые входы блока 1I сравнения кодов поступает сигнал

N

05

Г а;/«з() - arcsin N,; /N(t) ,

а на вторые входы с цифровых выходов фазовращателя 1 - код фазового сдви- га, внесенного в исследуемый сигнал

при формировании сигнала UjCt).

В момент времени t:(t их равенства, т.е. при

t;

tu, )

N4 arcsinfN t.) - - arcsin N,; /N/t),

на выходе блока I I формируется короткий импульс, которьш разрешает запись в регистр 8 кода числа N,(t:), равноЛ,-- , J

го амплитудному значению исследуемого сигнала, т.е.

N,(t|) N. Число N. через мультиплексор 21 по-

дается на отсчетно-регистрирующий блок 23, при этом на второй управля- киций вход мультиплексора 21 должен быть подан разрешающий потенциал с выхода переключателя 22.

Одновременно импульс с выхода блока 11 поступает на шину 24 данных, тем самым давая команду ЭВМ для записи кода N. Кроме того, этот импульс поступает на счетньш вход счетчика

18, устанавливая на его выходе код чейки памяти запоминающего блока 19,. уда также заносится код N,,,. И накоец импульс с выхода блока И поступат через элемент И-ИЛИ-НЕ 15 на синховход генератора 4, разрешая тем самым формирование следующего импульса синхронного измерения мгновенных значений сигналов u,(t) и u(t) в момент времени t,. Процесс измерения повторяется до тех пор, пока не заполнится емкость счетчика 18 и не ис- пользуются все ячейки памяти блока 19. Момент окончания процесса измерения в этом случае фиксируется выходным импульсом элемента И-НЕ 20, когда на его входы поступят все единички с выходов счетчика 18. Выходной импульс логического элемента И-НЕ 20 устанавливает триггер 16 в нуль, запрещая прохождение синхроимпульсов с выхода блока 11.

Если процесс измерения необходимо прервать раньше, то на клемму 25, соединенную со счетным входом триггеpa 16, подают управляющий импульс, соответствующий окончанию процесса измерения в заданный момент времени.

Если после окончания цикла измере- НИИ необходимо просмотреть измеренные амплитудные значения исследуемого сигнала, то переключатель 22 переводят в противоположное положение. В результате на отсчетно-регистрирую- щий блок 23 через мультиплексор 21 поступает код числа К,; с выхода блока 19. Номер ячейки устанавливается с помощью задатчика 17.

Формула изобретения

Способ измерения амплитудного значения электрического сигнала, заключающийся в том, что формируют сдвину- тый по фазе электрический сигнал u,(t) путем введения заданного фазового сдвига в измеряемый электрический сигнал u.(t), отличаю

щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения, .формируют нормированный пилообразный электрический сигнал u,(t), в моменты времени t;, отстоящие друг от друга на период нормированного пилообразного электрического сигнала, измеряют мгновенные значения и, (t;;) и Ua(b) измеряемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов, формируют вспомогательный сигнал

u(t)

,1„.

сравнивают значения вспомогательного сигнала u(t) с сигналом, пропорциональным заданному значению фазового сдвига, и в моменты их равенства фиксируют мгновенные значения нормированного пилообразного электрического сигнала, пропордаональные искомому- амплитудному значению измеряемого- электрического сигнала.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения. В исследуемый сигнал вводят нормированньй по значению фа- зовьй сдвиг. Затем формируют третий сигнал и синхронно измеряют мгновенные значения исследуемого и сдвинутого по фазе сигналов в t. моменты времени. Полученные значения используют совместно с мгновеннь1ми значениями третьего сигнала для формирования четвертого сигнала путем функционального преобразования. После этого сравнивают мгновенные значения четвертого сигнала со значением фазового сдвига и определяют моменты времени их равенства, в которые фиксирзтот мгновенное значение третьего сигнала, равные амплитудному значению. Изобретение найдет широкое применение при измерении амплитуд и отношения ампли- § туд при построении вольтметров, фазометров, анализаторов спектра, анализаторов гармоник и т.д. 1 ил.

.tiMn