Цифровой вольтметр Советский патент 1990 года по МПК G01R19/25 

Фиг.1

Изобретение относится к электрозмерительной технике, .может спользовано в системах контроля и правления технологическими процесса- и и является усовершенствованием зобретения по авт. св. № 1337791.

Цель изобретения - расшире ние ункциональных возможностей за счет измерения сузедневыпрямленного и дей- Q ствуюцего значеш1й входных сигналов как по каждому периоду несущей частоты, так и за заданный интервал времени.

На Аиг.. 1 приведена структурная 15 схема ц;ифрового вольтметра; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - структурная схема счетчика объема, выборки.

Цифровой вольтметр содержит блок 1 20 входных усилителей, вход которого является первым входом цифрового вольтметра, аналого-цифровой преобразователь :(А1Щ) 2, информационный вход которого соединен с выходом 25 блока 1 входных усилителей,.второй , нькод которого подключен к входу блока 3 определения периода, первый выход которого соединен с первым входом форт-шрователя 4 частоты, выход 0 которого соединен с первым входом блока 5 управления, второй и третий входы которого подключены соответ- (Гтвенно ,к второму выходу блока 3 определения периода и к первому выходу (Останов цикла). А1Щ 2, первый выход блока 5 управления подключен к первому входу управления (Пуск) АЦП 2, генератор 6 импульсов, первый и второй выходы которого соединены с вторым входом формирователя 4 частоты и четвертым входом блока 5 управления, умножитель 7, счетчик 8 объема выборки, первый выход и вход

которого подключены соответственно д

к пятым входу и выходу блока 5 управления, накапливаюгчий сумматор 9,

информационный вход которого соединен с выходом умножителя 7, информацион- ный выход - с вторым информационным входом А}Ц 2, а первьЛ управляющий вход - с третьим вькодом блока 5 управления, выходной регистр 10, информационный вход которого объединен

,с информационным .выходом А1Щ 2 и информационным входом умнозкителя 7, первый управляющий вход выходного

регистра соединен с четвертым выходом блока 5 управления, вторым вхо

50

55

0

5

дом счетчика 8 объема выборки н-вто- рым управляющим входом накапливающего сумматора, третий управлякжщй вход которого подключен к шестому; выходу блока 5 управления, а информационный выход выходного .регистра

10подключен к информационному выходу цифрового вольтметра, блок 11 син- хрониза11;ии, первой выход которого является вторым входом цифрового вольтметра, третий вход которого объединен с третьим входом выходного регистра Ю и вторым входом блока

11синхронизации, третий вход и первый и второй выходы которого-соединены соответственно с вторым выходом

и третьим и четвертым входами счетчика 8 объема выборки, третий выход которого подключен к первому управляющему входу умножителя 7, а пятый вход - к вторым управляющим входам А1Щ 2 и умножителя .7, к второму выходу блока 5 управления.

Блок 5 управления содержит триггер 12, первый вход которого является вторым входом блока 5 управления, второй вход подключен к выходу триггера 13, первому входу элемента И 14 и третьему выходу блока 5 управления, а выход - к первым входам элемента И 15 и триггера 16, второй вход которого соединен с первыми входами триггеров 13 и 17 и выходом счетчи- . ка 18, первьй, третий и четвертьй входы блока управления подключены соответственно к третьему входу триггера 16, входу одновйбратора 19 и второму входу триггера 13, выход триггера 16 объединен с .первым входом элемента И 20, второй вход которого, подключен к пятому входу блока 3 управления и второму входу элемента И 14, выход которого соединен с входом счетчика 18 и с первым входом элемента ИЛИ 21, второй вход которого соединен с вторыми входами элемента И 15 и триггера 17, четвертым входом триггера 16 выходом, одновйбратора 19 и четвертым выходом блока 5 управления, первый, второй, пятый и шестой выходы блока управления подключены соответственно к выходам элемента И 20, триггера 17, элементов 15 И и 21 ИЛИ.

Счетчик 8 объема выборки содержит счетчик 22, вход которого является первым, входом счетчика 8, счетчик 23 первьй вход которого подключен к

второму входу счетчика 8,. элемент ИЛИ 24, первьй и второй входы и выход которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам , и первому выходу счетчика 8,второй выход которого соединен с выходом

счетчика 22 и вторым входом счетчика 23,выход которого соединен с первым входом коммутатора 25, второй Q ;зход и выход которого соединены с

nHTbiM входом и третьим выходом счет- - чика 8.

RnoK 11 синхронизации содержит 15 |Элемент И 26, первый вход которого является первым входом блока 11 синхронизации, элемент 27 задержки, вход которого объединен с вторым входом блока 11 синхронизации и пер- 20 вым входом элемента ИСКШ)ЧА Ои|ЕЕ ИЛИ 28, второй вход которого соединен с выходом элемента 27 задержки, а выход - с первым входом элемента И 29, второй вход которого соединен с первым вхо- 25 дом элемента И 26 второй вход которого подключен к третьему входу блока синхронизации, третий и четвертый выходы которого соединены с выходами

соответственно элементов И 26 и 29. ТТиЛровой вольтметр работает сле- дуюгщм образом.

.

Перед началом работы производят

выбор измеряемого параметра сигнала (средневыпрямленное или среднеквад30

35

40

ч5

ратичное значение напряжения) путем включения в работу определенной области памяти в постоянном запоминающем устройстве умножителя 7, Предварительной начальной установки птЬ- ровой вольтметр не требует, так как в конце периода измеряемого сигнала после выдачи очередного результата измерения прибор сам автоматически выходит в исходное состояние. Измеряемое напряжение подают на вход входного усилителя блока 1, в котором производят приведение напряжения к определенному уровню, тре- буемому для работы А1Щ 2 в зависимости от выбранного диапазона измерений. Блок 3 определения периода служит для преобразования входного периодического сигнала сложной формы несущей частоты в последовательность импульсов того же периода. Формирователь А частоты вырабатывает импульсы с частотой, равной

55

N

т

,

Q

5 0 5

0

5

0

5

5

где N - объем выборки, т.е. количество отсчетов мгновенных значений измеряемого напряжения за один период;

Т - период измеряемого напряжения. Работу фopмиpoвaтeJзи 4 частоты тактируют высокочастотным сигналом от генератора 6 импульсов. Сигналы с выходов блока 3 определения периода, формирователя 4 частоты и генератора 6 импульсов являются стартовыми для блока 5 управления.

Первоначально выполняется подцикл накопления суммы. В начале очередного периода входного напряжения сигналом с выхода блока 3 определения периода устанавливают первый триггер 12, сигнал с выхода которого разрешает установку триггера 16. Ближайшим во времени импульсом с выхода формирователя 4 частоты возводится триггер 16, сигнал с выхода которого разрешает вьшод тактовых импульсов генератора 6 импульсов через второй элемент И 20 на вход запуска АЦП 2. Происходит выборка мгиоренного значения измеряемого напряжения. По окончании выборки сигнал окончания А1Щ 2 чс-рез одновибратор 19 сбрасьгоает триггеры 16 и 17.

Кроме того, сигнал с выхода одно- вибратора 19 поступает на счетчик 8 . объема -выборкк и через элемент ИЛИ 21 - на накапли1;аю 1Шй сумматор 9 как сигнал для накопления нового значения очередного отсчета. Подача тактовых импульсов через элемент И 20 прекращается. Так как первьп триггер 12 остался в установленном состоянии, то при появлении с выхода формирователя 4 частоты очередного импульса в АЦП 2 происходит очередная выборка мгновенного значения, накапли- сумматор 9 добавляет к предыдущей сумме очередной отсчет, а счетчик 8 объема выборки изменяет свое состояние на 1. После N-ro цикла выборки счетчик 22 обн ляется, изменив состояние счетчика 23 на 1, сигнал переполнения которого поступает на вход элемента И 26.

Начинается обработки результатов измерения. Число N для удобства обработки информации выбирают кратным основанию 2 в целочис10

t5

5

71597756

енной степени. Если производят выдеение значения .напряжения за каждый период несущей частоты, то сигнал Модуляция на втором входе цифрового вольтметра не устанавливают, а логический уровень в статическом состоянии на третьем входе цифрового вольтметра безразличен. В этом случае сигнал переполнения счетчика 22 через элемент 26 И и элемент 24 ИЛИ устанавливает триггер 13, сигнал с выхода, которого сбрасывает триггер 12 и разрешает прохождение импульсов через элемент И 14. Сигнал с выхода триггера 13 переводит сдвиговый регистр накапливающего сумматора 9 в режим сдвига, и каждый импульс на выходе первого элемента ИЛИ 21 производит сдвиг его содержимого-вправо 20 на один разряд. Число сдвигов равно показателю степени числа N. Таким образом, операция усреднения содержимого накапливающего сумматора 9 осуществляется с помощью сдвига. Число сдвигов контролирует счетчик 18, который по окончании серии сдвигов сбрасьгоает триггер 13 и возводит триггеры 16 и 17 .

После выполнения операции усреднения сигнал с выхода триггера 17 переводит АЦП 2 на прием сигналов от накапливающего сумматора 9, коммутатор 25 - на прием числа со счетчика 23. Так как при неустановленном сигнале Модуляция содержимое счет- 35 чика 23 после завершения подцикла накопления суммы, равно 1, то на вход накапливающего сумматора- 9 поступает инверсное значение чисел с выхода умножителя 7. При получении нулевой суммы накапливающий сумматор 9 вырабатывает сигнал переноса, который останавливает работу А1Щ 2. При этом сигнал конца выборки через одновиб- ратор. 19 сбрасывает триггеры 1б и 17 а через элемент И 15 производит сброс третьего-счетчика 23, сдвигового регистра накапливающего сумматора 9 и запись результата измерения с его вьпсода в выходной регистр 10. На этом цикл работы вольтметра завершается, блок 5 управления находится в ожидании следующего импульса от блока 3 определения периода.

Ю

40

45

50

55

п

Ксхм установлен сигнал Модуляция - то не происходит перехода на подцикл вычисления результатов-Измерения при

0

5

5

756

0 35

Ю

40

45

50

55

8

переполнении счетчика 22, а выполнение подцикла накопления суммы происходит аналогично ранее описанному с тем отличием, что в счетчике 23 накапливается число периодов несущей частоты больще одного. Переход к подциклу. вычисления результатов измерения производят сменой .уровней на втором входе блока 11 синхронизации (сигнал Измерение). При этом с помощью элемента 27 задержки и эдемен- та 28 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ формируют - импульс, который через элемент 24 ИЛИ перевол ит блок 5 управления на выполнение подцикла вычисления результатов измерения. Число сдвигов такое же, как и в описанном случае. Сигнал на третьем входе выходного регистра 10 может указывать либо на место размещения конечного результата (например, при раздельном представлении значений напряжения фаз импульса и паузы модулированных колебаний), либо на разрешение приема информации в какой-то фазе.

Таким образом, предлагаемый цифровой вольтметр .позволяет производить измерения не только по каждому периоду несущей частоты, но и за заданные временные интервалы периода модуляции. Получаемые интегральные характеристики дают наглядное представление о параметрах технологических процессов, основанных на импульсных воздействиях на объект.

Формула изобретения

1. Цифровой вольтметр по авт.св. № 1337791, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен дополнительно блок синхронизации, причем первый и второй входы блока синхронизации являются соответствен- .но вторым и третьим входом цифрового вольтметра, второй вход блока синхронизации подключен к третьему, входу выходного регистра, второй вход счетчика объема выборки подключен к четвертому выходу блока управления и к второму управляющему входу накап- ливaюD eгo сумматора, третий управляю- ррга вход которого подключен к шесто- му выходу блока управления, втор ой и третий выходы счетчика объема выборки- подключены соответственно к третьим входа.м умножителя и блока

синхронизации, первьй и второй выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами счетчика объема выборки,-пятый вход которого подключен к второму выходу блока управления.,

2. Вольтметр по п. 1, о т л и- чающийся тем, что блок синхронизации содержит элемент задержки, элемент ИСКЛЮЧАКЯЧЕЕ ИЛИ, первый и второй элементы И, причем первые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к первому входу блока синхронизатщи, вторые входы подключены соответственно к третьему входу блока синхронизации и выходу элемента ИСКЛОЧА1аЦЕЕ ИЛИ, а выходы - соответственно к первому

10

15

вход которого соединен с выходом третьего элемента И и третьим .входо элемента ИЛИ, третий вход второго триггера является первым входом бло .жа управления, вход одновибратора соединен с третьим входом блока управления, а выход - с вторыми входа ми первого элемента И, третьего три гера и элемента ИЛИ, четвертым вхо дом второго триггера и пятым выходом блока управления, выход второго триггера подключен к первому входу второго элемента И, второй вход кот рого объединен с вторым входом трет го элемента И и четвертым входом бл ка управления, второй вход четверто го триггера соединен с пятым входо блока управления , первый, второй.

и второму выходам блока синхронизации,20 четвертый и шестой выходы которого

второй вход которого объединен с входами элемента задержки и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки.

3. Вольтметр по п. 1, о т л и- чаюрдийся тем, что блок управления содержит первый, второй, третий и четвертый триггеры, одновибра- тор, nepBbtfi, второй и третий элементы И, элемент ИЛИ и счетчик, причем первый вход первого триггера является вторым входом блока управления, третий выход которого подключен к выходу четвертого триггера, первому входу третьего элемента И и второму входу первого триггера, выход которого соединен с первыми входами первого элемента И и второго триггера, первые входы третьего и четвертого, а также второй вход второго тригге- .ров соединены с выходом счетчика.

подключены соответственно к выхода второго элемента И, третьего тригг ра, первого элемента И и элемента ИЛИ.

25 4. Вольтметр по п. 1, о т л и- ч а ю щ и и с я -тем, что счетчик объема выборки содержит коммутатор первый и второй счетчики и элемент ИЛИ, причем первый вход блока под30 ключен к входу первого счетчика,

второй вход - к первому входу втор го счетчика, третий и четвертый вх ды соответственно - к первому и вт рому входам элемента Ш1И, выход ко торого соединен с первым выходом б

35 ка, второй выход которого соединен

с. выходом первого счетчика и вХЪД ом , второго счетчика , выход

которого соединен с первым входом ,д коммутатора, второй вход которого соединен с пятым входом блока, а выход - с третьим вьпсодом блока.

5

вход которого соединен с выходом третьего элемента И и третьим .входом элемента ИЛИ, третий вход второго триггера является первым входом бло- .жа управления, вход одновибратора соединен с третьим входом блока управления, а выход - с вторыми входами первого элемента И, третьего триггера и элемента ИЛИ, четвертым вхо дом второго триггера и пятым выходом блока управления, выход второго триггера подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом третьего элемента И и четвертым входом блока управления, второй вход четвертого триггера соединен с пятым входом блока управления , первый, второй.

20 четвертый и шестой выходы которого

подключены соответственно к выходам второго элемента И, третьего триггера, первого элемента И и элемента ИЛИ.

25 4. Вольтметр по п. 1, о т л и- ч а ю щ и и с я -тем, что счетчик объема выборки содержит коммутатор, первый и второй счетчики и элемент ИЛИ, причем первый вход блока под30 ключен к входу первого счетчика,

второй вход - к первому входу второго счетчика, третий и четвертый входы соответственно - к первому и второму входам элемента Ш1И, выход которого соединен с первым выходом бло35 ка, второй выход которого соединен

с. выходом первого счетчика и вХЪД ом , второго счетчика , выход

которого соединен с первым входом ,д коммутатора, второй вход которого соединен с пятым входом блока, а выход - с третьим вьпсодом блока.

От5л.5

Фг/г.2

Ь

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем определения средневыпрямленного и среднеквадратичного значений сигнала как за его период, так и за заданный интервал времени - достигается тем, что в вольтметр, содержащий входной усилитель 1, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 определения периода, формирователь 4 частоты, блок 5 управления, генератор 6 импульсов, умножитель 7, счетчик 8 объема выборки, накапливающий сумматор 9, выходной регистр 10, введен блок 11 синхронизации. Положительный эффект данного вольтметра заключается в возможности осуществлять контроль за технологическими процессами, основанными на импульсных воздействиях напряжения несущей частоты. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Измерение

ГШ:

Редактор Н.Яцола

Составитель Е.Зверев Техред М.Дидык

Заказ 3050

Тираж 560

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

25

1

29

Г/

fl3i/.J

Корректор М.Шароши

Подписное