Устройство для определения средних значений сигналов Советский патент 1989 года по МПК H03H11/04 

II -j- 1

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

Цель изобретения - увеличение точ- нос.ти определения средних значений сигналов.

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

Устройство для определения средних значений сигналов содержит первый, второй, третий и четвертый ключи 1 - 4, первый, второй ц третий резисторы 5-7, первый и второй конденсаторы 8 и 9, операционный усилитель 10,пер

вую и вторую зарядно-разрядные цепи

11 и 12, блок 13 управления и масштабный усилитель 14,

Устройство работает следующим образом,

В исходном состоянии на входе Синхронизация устройства присутствует нулевой уровень напряжения, а на входе Сброс - напряжение уровня логической единицы. При этом на выходах блока 13 управления уста- новлены напряжения нулевого уровня и второй ключ 2 находится в нейтральном положении, при котором его выход не скоммутирован ни с одним из его входов. Первый ключ 1 замкнут, первы к онденсатор 8 разряжен и напряжение на вькоде устройства равно нулю,

В момент времени t „ напряжение на входе Сброс изменяется с логической единицы на логический ноль, При этом ключ 1 размыкается,

В момент времени t на вход Синхронизации подается управляющий импульс (фиг, 2в), который поступает на первый вход блока 13 управления, на первый управляющий вход ключа 2 и управляющие входы ключей 3 и 4, В течение времени действия управляющего импульса длительностью Т t t,, ключ 2 в момент времени t

переключается из нейтрального положения в первое рабочее положение, при котором выход ключа 2 замыкается с его первым входом, а ключи 3 и 4 замыкаются, подключая входы за- рядно-разрядных цепей 11 и 12 и их конденсаторы 9 к выходу операц он- ного усилителя 10, Напряжение на коденсаторе 9 второй зарядно-рачрядной цепи 12 определяется величиной выходного напряжения операционного усилителя 10 и коэффициентом передачи М масштабного усилителя 14,

При этом с момента времени t входной сигнал Vj (фиг,2а) поступает через резистор 5 и ключ 2 на инвертирующий вход операционного усилителя 10, выходное напряжение которого изменяется согласно выражению t,-T

-i

;, v.dt.

V

-RTC7

(I)

5

0

5

30

35

40

45 50

55

где R , - величина сопротивления

первого резистора; С - величина емкости первого

конденсатора 8;

Т - время, отсчитанное от момента времени t,.

По окончании vпpaвляюlчeгo импульса на входе Синхронизация в момент t ключ 2 переключается в нейтральное положение, а-ключи 3 и 4 размыкаются. При этом напряжение на выходе операционного усилителя 10 описывается выражением (1) и остается неизменным (фиг,2д), как и напряжение на конденсаторах 9 зарядно-разрядных цепей 11 и 12, равное V,, V,; V,

,,

Через время С д блок 13 управления формирует на выходе импульс напряжения логической единицы длительностью К-Т t 4-- t-J (где К - масштабный коэффициент, которьй выбирается из условия быстродействия устройства), который поступает на второй управляющий вход ключа 2 и переключает его с момента времени t j из нейтрального во второе рабочее положение (фиг,2г),

Конденсаторы 8 и 9, подключенные чедез соответствующие резисторы 6 и 7 к входу операционного усилителя 10, разряжаются по экспоненциальным законам, причем токи в их цепях (фиг,2е) описываются выражениями

-.--г- П--Ь: -- Ь

а - -«р --1-с;(.Ь

. (.

где R,

R.

С.

Токи т , т.

величины сопротивлений реяисторов 6 и 7; величины емкостей кон- ленсаторов 8 и 9,

Cj, поступая на вход операционного усилителя 1П, суммируются и напряжение на выходе операционного усилителя 10, равное напряжению на конденсаторе 8, изменяется с момента времени t от V при t

t по закону

и, v, -4- (

.Н

С,

I1

)dt

- -k 5Н-, - ----ill

,

t-t;

) +

)

аппроксимирующему гиперболическую функцию и d -- - , где d - масгатабный множитель.

При этом параметры элементов выбирают таким образом, чтобы выражение (2) описывало гиперболическую зависимость с минимальной погрешностью,Тогда величина напряжения U , на выходе устройства для определения средних значений сигналов в момент времени t окончания импульса пропорционяль- на среднему значению входного сигнала за время усреднения Т и отличается

Р

от среднего значения функции

-pf,- J с ттогретностью, опреде I ляемой погрершостью аппроксимации.

При необходимости вьщелить среднее значение сигнала за другое время усреднения или провести новый цикл усреднения входного сигнала в другом интервале времени производится сброс напряжения на конденсаторе 8, что реализуется путем подачи на шину сброса (вход Сброс) импульса напряжения уровня логической единицы .в момент времени t „ (фиг.26),который замыкает ключ 1 на время своего действия. При этом напряжение на конден саторе 8 и на выходе устройства для определения средних значений сигналов падает до нуля, т.е. вводятся начальные нулевые ус- . ловия для определения сред

57

10

15

20

25

45

40

50

55

45

него значения другого сигнала.

Повыгаение 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 погреш- ности деления аналоговых величин.

Формула изобретения

). Устройство для определения средних значений сигналов, содержащее операционный усилитель с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, парраллепьно которому подключен первый ключ, между входом устройства для определения средних значений сигналов и инвертирующим входом операционного усилителя включены последовательно соединенные первьш резистор и второй ключ, а также последовательно соединенные второй резистор и третий ключ, четвертый ключ, блок управления, входы и выходы которого соединены с соответствуюпщми входами управления первого, третьего и четвертого ключей, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности, введены масштабньй усилитель и две зарядно-разрядных цепи, входы которых подключены к втог рым выводам третьего и четвертого ключей, первый вывод четвертого ключа через масштабный усилитель подключен к первому выводу третьего ключа, выходу операционного усилителя и является выходом устройства для определения средних значений сигналов, причем к третьему нормально разомкнутому выводу второго ключа подключены первый вывод второго резне- тора и выходы первой и второй зарядно-разрядных цепей.

2. Устройство по п.. отличающееся тем, что зарядно- разрядные цепи вьтолнены в виде последовательно соединенных третьего резистора и второго конденсатора, первые выводы которых являются входом зарядно-разрядной цепи, выходом которой является второй вывод третьего резистора, а второй вывод второго конденсатора соединен с общей пти- ной.

ij

tnti

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности определения средних значений сигналов. Устр-во содержит ключи 1-4, резисторы 5 и 6, конденсатор-8, операционный усилитель 10, зарядно-разрядные цепи (ЗРЦ) 11 и 12, блок 13 управления и масштабный усилитель 14. Повьпление точности измерения средних значений исследуемого сигнала в данном устр-ве обусловлено отсутствием в нем интегратора времени и делителя, а следовательно, и отсутствием погрешности преобразования временного интервала в аналоговую величину и погрешности, деления аналоговых величин. Устр-во по П.1.ф-лы отличается введением ЗРЦ 11 и. 12 и масштабного усилителя 14. Устр-во по п.2 ф-лы отличается выполнением ЗРЦ П и 12, каядая из которых состоит из резистора 7 и конденсатора 9. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. i (Л