Калибратор периодических сигналов Советский патент 1988 года по МПК G01R35/00 

Внеи/мя Vfcmtn

(Л

нала, Устройство содержит блок 1 постоянной памяти, вычислитель 2, алфавитно-цифровой дисплей 3, блок 4 оперативной памяти, формирователь 5 сетки частот, вентиль 6, цифроанало- говые преобразователи 7, сумматор 8, умножающий цифроаналоговый преобразователь 9, компаратор 10, масштабный преобразователь 11, регистр 12, реверсивный счетчик 13, Умножающий цифроаналоговый преобразователь 9

представляет собой прецизионный преобразователь отношения низкого быстродействия, выходное напряжение которого сохраняет заданное постоянное значение при любой форме выходного сигнала. Устройство также содержит формирователь 14 и источник 15 образцового напряжения и может быть использовано для аттестации электроизмерительных приборов, реагирующи на среднеквадратичное значение. 1 гп.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для формирования калиброванных по уровню среднеквадратичного значения периодических колебаний с заданным спектрально-весовым составом в широком диапазоне частот для аттестации вольтметров, спектроанализаторов и других прибо- ров. Целью изобретения является расширение диапазона частот в области звукового и ультразвукового спектров и повышение точности выходного сиг

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для формирования калиброванных по уровню среднекварДа тичес- кого значения периодических колеба- НИИ с заданным спектрально-весовым составом в широком диапазоне частот для аттестации вольтметров, спектроана- лизаторов и других приборов.

Целью изобретения является расшире ние- диапазона частот в области звуковых и ультразвуковых частот и повышение точности выходного сигнала.

На чертеже изображена функциональная схема калибратора периодических сигналов.

Калибратор содержит блок 1 постоянной памяти, соединенный с первым входом вычислителя 2, к второму входу которого подключен алфавитно-цифро- вой дисплей 3. Первый выход вычислителя 2 соединен с выходами блока 4 оперативной памяти с -первого по N-й, второй выход вычислителя 2 через формирователь 5 сетки частот соединен с вентилями 6 с первого по N-й, выходы которых соединены с другими входами блока 4 оперативной памяти с первого по N-й, выходы которого соединены с входами цифроаналоговых пре- образователей 7 с первого по N-й, выходы которых через сумматор 8 соединены с входом умножающего цифро- аналогового преобразователя 9, выход которого соединен с входами компара- тора 10 и выходного масштабного преобразователя 11, второй вход которого соединен с третьим выходом вычислителя 2, а выход является выходным зажимом калибратора.

Четвертый ВЬЕХОД вычислителя 2 соединен с входом регистра 12 выход которого соединены с входами вентилей 6 с первого по N-й.

Пятый выход вычислителя 2 соедине с входом реверсивного счетчика 13, два других входа которого соединены с выходами формирователя 14, а выход - с входом умножающего цифроаналогового преобразователя 9. Второй вход компаратора 10 соединен с выходом источника 15 образцового напряжения, а выход компаратора 10 соединен с входом формирователя 14, другой вход которого соединен с шестым выходом вычислителя 2.

Калибратор периодических сигналов работает следуницим образом.

В блок 1 постоянной памяти записаны -в цифрах ординаты образцового синусоидального сигнала и программа работы калибратора.

Синтез ординат выходного сигнала осуществляется с помощью задаваемых оператором коэффициентов ряда Фурье по формуле

F(x) А + X + S sin2x +

+ 5э81пЗх + ... + С,cos X + + Cjcos 2х + ...,

где А - постоянная составляющая,

S.; - амплитуда синусной составлякщей i-й гармоники;

14/42952

Cj - амплитуда косинусной составляющей i-й гармоники. В предложенном калибраторе синтез ординат сложного сигнала осуществляется не по одному, а по нескольским каналам. При этом сумма ряда Фурье для каждого из каналов может быть записана следующим образом. Для первого канала:

F,(x) А + S.,sin X + С,cos х +

в фо в он но

те

1Q то

си хо ка по

S sin2x

C2cos2x

+ nx + Cf,cos nx.

Следовательно, первый канал формирует на выходе сигнал, в котором могут быть постоянная составляющая и гармоники от первой до п-й.

Для второго канала:

F,,(x) S, sin(n-«-1)x 4

(n+1)x +

4- S

f4 -2

sin(n+2)x +

(n+2)x + ... + + mx mx.

Второй канал и последующие каналы формируют на выходе сигнал, в котором могут быть гармоники по числу на единицу больше, чем последняя заданная в предыдущем канале (задан- ная конструкцией прибора), до т-й либо j-й в следующем канале.

В последнем L-M канале формируетс сигнал, который может состоять из следующих гармонических составляющих

F,- (x)S . sin(j + 1)x +С .cos(j + 1)x. + .. . + S sin kx + kx.

Постоянная составляющая, номер гармоники и коэффициенты ряда Фурье со знаком вводятся в вычислитель 2 с алфавитно-цифрового дисплея 3, Эта подпрограмма стартует по команде Ввод данных А, S, С. Вводимые данные и операция Ввод индицируются на алфавитно-д 1фровом дисплее 3.

После завершения операции Ввод данных с алфавитно-цифрового дисплея 3 вводится пол.программа Синтез сложного сигнала. Операция Синтез индицируется на дисплее 3.

Введенные коэффициенты ряда Фурье в зависимости от номера гармоники формируются в вычислителе 2 в группы в соответствии с каналами, в которых они должны образовать фрагменты сложного сигнала.

Затем в вычислителе 2 последовательно, начиная с наиболее низкочастотной гармоники, одна за другой

синтезируются ординаты фрагментов выходного сигнала для соответствующих каналов. В этом синтезе из блока 1 постоянной памяти выводятся образцовые синусные и косинусные ординаты, которые умножением на соответствующий введенный коэффициент С образуют гармоники сложного выходного сигнала.

Далее происходит сложение (с учетом знака) ординат гармоник в каждом канале так, чтобы получился фрагмент сложного сигнала, содержащий заданные в нем гармонические составляющие,

После синтеза автоматически (без команд оператора) осуществляется совместное нормирование по амплитуде (по экстремальному значению) суммарного сигнала всех каналов и фрагментов сигнала в каналах таким , чтобы экстремальное значение выходного суммарного сигнала не превышало динамического диапазона выходного сигнала аналогового сумматора 8 и сигналы в каналах по своим экстре™ мальным значениям не превышали бы инамического диапазона используемых цифроаналоговых преобразователей 7. После нормирования суммарного

сигнала и его фрагментов по амплиту- е осуществляется округление кодов ординат этих сигналов по разрядности спользуемых цифроаналоговых преобразователей 7. В соответствии с этим

круглением округляются амплитуды введенных гармоник сложного сигнала,

В результате операции синтеза сложного сигнала вычислитель 2 подсчитывает приближенное среднеквад- ратическое значение выходного сигнала

55

Upi на периоде по округленным амплитудам гармоник выходного сигнала с учетом всех его фрагментов по формуле

Uc.3 где и - постоянная составляющая;

U)... амплитуды гармоник сложного выходиог о сигнала. Латен по значению ue, вычислитель 2 рассчитывает приближенную величину кода NH для умножающего цифроаналогового преобразователя 9 по формуле

NH

)У1 1 и гиэ

где и

9КК н выходное среднеквздрати- ческое значение напряжения преобразователя 9„ з которое при любой форме выходного сигнала должно быть близким к постоянной величине- задаваемой источником 15 об- :20 разцового капряження;

J - число разрядов ДЕОНЧНОГ О

кода преобразователя 9. Умножающий цифроаналоговый преоб1442952-6

рекции, после которого значение кода N| может быть исгюльзовано для работы калибратора с заданной точностью. г После указанных расчетов вычислитель 2 осуществляет вывод информации об ординатах фрагментов выходного сигнала в блоки 4 оперативной памяти, выводит код включаемых в работу 10 блоков 4 оперативной памяти на регистр 12 памяти, выводит код нормализации сигнала по СКЗ N в реверсивный счеТчик 13, затем выводит сигнал Пуск в блок 4, по которому осуществляется вывод информации из блока 1 на преобразователь 7, и сигнал разрешения коррекции умножающего цифроазгалогового преобразователя 9 на формирователь 14 (на формирователе 5 сетки частот прк этом установлен код максимальной частоты выход)юго сигнала) . С выходов циф- роаналоговых преобразователей 7 аналоговые сигналы фрагментов выразователь 9 представляет собой пре- 25 хоДного сигнала поступают на суммацизиоиный преобразователь отношения низкого быстродействия, выходное напряжение которого должно устанавливаться и сохранять заданное постоянное значение (среднеквадратическое) при любой форме выходного сигнала в течение времени его использования оператором.

Поэтом код рассчитанный с разрядностью применяемых преобразователей 7, является приближенным и затем уточняется до разрядности умножающего цифроаналог ового преобразователя 9.

Ввод в реверсивный счетчик 13 приближенного значения кода сокращает время установления уточненного значения кода g преобразователе 9 и не создает условий перегрузки компаратора 10 среднеквадратических значений дг значения выходного напряжения, а

затем в вычислитель 2 вводится ск ректированный код NH из реверсивн счетчика 13,

напряжении.

Подстройка кода умножающего цифроаналогового преобразователя 9 в реверсивном счетчике 13 с помощью компаратора 10 и формирователя 14 продолжается в течение заданного времени коррекции, которое определяется счетчиком в формирователе 14, Подстройка кода преобразователя 9 приводит к повьпиению точности калибратора,

Время коррекции и исцользуемое в алгоритме выражение Сигнал окончания коррекции иснз соответствуют окончанию переходных процессов кор0

тор 8, на котором формируется выходной сигнал. С сумматора 8 сигнал поступает на умножающий цифроаналого- зый преобразователь 9. В зависимости от реа -ции компаратора 10 формирователь 1ч вырабатывает счетные импульсы на суккируюпций и.пи вычитающий вход реверсивного счетчика 13, Так замыкается цепь обратной связи, которая позволяет получить на выходе преобразователя 9 заданное аналоговое среднеквадратическое значение напря- .жения, которое поступает на вьгходной масштабный преобразователь 11.

После прохождения заданного числа тактов коррекции кода реверсивного счетчика 13 с формирователя 14 в вычислитель 2 вводится сигнал окончания коррекции среднеквадратического

значения выходного напряжения, а

затем в вычислитель 2 вводится скорректированный код NH из реверсивного счетчика 13,

В вычислителе 2 производится расчет коэффициента амплитуды К выходного сигнала по формуле

Ка

UHIX. энстр , Расч

и

5

где и

вПх. экстр, расч

СЛЭ

- напряжение экстремального значения суммарного сложного выходного сигнала, полученное после нормирования его по амплитуде; cKi величина средне квадратического значения выходного сигнала, соответствующаяскорректированному значению кода реверсивного счетчика 13.

Завершением операции Синтез является индикация величины коэффициента гармоник К„ на алфавитно-цифровом дисплее 3.

Оператор, получив на алфавитно- цифровом дисплее 3 информацию о завершении операции Синтез сложного сигнала, вводит в вычислитель 2 с дисплея 3 команду начала операции Ввод параметров выходного сигнала (адрес старта подпрограммы ввода выходных параметров сложного сигнала, среднеквадратического значения напряжения и частоты выходного сигнала) и вводит нужные параметры, которые индицируются на алфавитно-цифровом дисплее 3,

Вычислитель 2 запоминает эту информацию и приводит ее к виду , удобному для подачи команд на выходной масштабный преобразователь 11 и для записи в формирователь 5 сетки частот. Формирователь 5 сетки частот вырабатывает частоты, пропорциональные частоте выходного сложного сигнала калибратора, причем на вентили 6 с него приходят частоты, отличающиеся друг от друга во столько раз, во сколько отличаются низшие гармоники, предусмотренные конструкцией каждого канала.

Вентили 6 управляются через регистр 12 памяти, который служит для того, чтобы выключить из работы и тем са- мым не создавать дополнительных пом.е от коммутации канал, гармоники которого не заданы и не участвуют в формировании выходного сигнала. .

Для получения на выходе сигнала с введенными параметрами вводится команда Изменение формы выходного сигнала. По этой команде стартует- подпрограмма, которая выводит на индикацию параметры выходного напряжения и |„, , F , а также выводит коды

429528

на формирователь 5 сетки частот и на выходной масштабный преобразователь 11, которые устанавливают заданные параметры выходного сигнала.

Команда Изменение формы блокирует выход калибратора от ошибочных напряжений, которые могут перегрузить вход испытуемого прибора.

Q Для изменения формы выходного сигнала требуется изменить информацию о величинах А, S, С, поступившую ранее по команде Ввод данных, провести процедуру синтеза сложного

сигнала, пронормировать его по амплитуде и среднеквадратическому значению, подсчитать коэффициент амплитуды, ввести новые значения выходного напряжения и частоты сигнала и вы0 вести все полученные данные.о сигнале во внешние устройства.

Для уменьшения коэффициента гармо- ник выходного сигнала входные цепи аналогового сумматора 8 могут содер5 жать фильтры нижних частот.

Коррекция среднеквадратического значения напряжения поддерживает систематическую погрешность калибратора близкой к постоянной величине.

Q Предлагаемое устройство позволяет сформировать и откалибровать с высокой точностью по среднеквадратическому значению напряжений выходные сигналы различных уровней с различным заданным спектрально-весовым составом в области звуковых и ультразвуковых частот. Устройство при этом позволяет снимать отсчеты коэффициента амплиту ы выходного сигнала. Эти свойства являются обязательными для аттестации большой группы электроизмерительных приборов переменного напряжения, реагирующих на сред- неквадратическое значение.

0

45

Формула изобретения

Калибратор периодических сигналов, содержащий блок постоянной памяти, соединенный с первым входом вичисли- теля, второй вход которого подключен к алфавитно-цифровому дисплею, а первый выход соединен с входом первого блока оперативной памяти, выход которого соединен с входом пер- вого цифроаналогового преобразователя, второй выход вычислителя соединен с первым входом формирователя сетки частот, второй вход которого

является входом Внешняя частота,выходы - с входами цифроаналогоных а третий выход - с управляющимпреобразователей с второго по N-й, входом выходного масштабного преоб-выходы всех цифроаналоговых преобра- разователя, отличающийсязователей соединены с входами ана- тем, что, с целью расширения диапа-лотового сумматора, выход которого зона частот и повьшения точности вы-соединен, с первым входом умножающего ходного сигнала, в калибратор допол-цифроаналогового преобразователя, нительно введены регистр памяти, Nпятый выход вычислителя через ревер- вентилей, N-1 блоков оперативнойю сивный счетчик соединен с вторым входом памяти, N-1 цифроаналоговых преоб-умножающего цифроаналогового преобра- разователей, аналоговый сумматор,зователя, выход которого соединен с умножающий цифроаналоговый преобра-вторым входом выходного масштабного зователь, реверсивный счетчик, ком-преобразователя и первым входом компаратор, формирователь и источник 5 паратора, второй вход которого сое- образцового напряжения, причем выходыдинен с выходом источника образцо- формирователя сетки частот черезвого напряжения, а выход через фор- вентили, управляющие входы которыхмирователь, управляющий вход которо- подключены к четвертому выходу вычис-го подключен к шестому выходу вычислителя через регистр памяти, соеди-20 соединен с суммирующим и нены с первыми входами всех N бло-вычитающим входами реверсивного ков оперативной памяти, вторые входысчетчика, при этом выходом калибра- которых с второго по N-й соединенытора является выход выходного мас- с первым выходом вычислителя, а ихштабного преобразователя.