Цифровой интегрирующий вольтметр Советский патент 1991 года по МПК G01R19/25 

Фиг.1

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, а именно к цифровым вольтметрам, обеспечивающим подаете ine помехи сети и собствв 1ных шумов элемен- тов схемы интегрирующих преобразовате- лей, входящих в их состав, и может быть использовано при точных измерениях малых сигналов.

, Цель изобретения - повышение точности измерения сигналов низкого уровня.

На фиг.1 представлена функциональная схема цифрового интегрирующего вольтметра; на фиг,2 - временные диаграммы, (на фиг, 2а - входной сигнал с помехой, на фиг.2б - сигнал на управляющем входе мо- дулятора, на фиг.2в - выходной сигнал модулятора).

Вольтметр содержит модулятор, 1, интегрирующий преобразователь 2 напряжения в интервал времени, цифровой отсмегный блок 3, блок 4 управления, первый выход которого соединен с управляющим входом модулятора 1. второй выход блока 4 управления соединен с управляющими входами интегрирующих преобразо- вателей 2 и 5 напряжения в интервал времени, а третий выход блока 4 управления соединен с управляющими входами цифрового отсчетного блока 3 и вычисленного блока 6, масштабирующий блок 7, уси- литель 8 постоянного тока, второй масштабирующий блок 9, вход масштабирующего блока 7 соединен с первым сигнальным входом модулятора 1, а выход - с вторым сигнальным входом модулятора 1, выход которого через усилитель 8 постоянного тока соединен с входом интегрирующего преобразователя 2 напряжения в интервал времени и масштабирующего блока 9,выход которого через интегрирующий преобразователь 5 напряжения в интервал времени соединен с вторым входом вычислительного блока 6, первый вход которого соединен с выходом интегрирующего преобразователя 2 напряжения в интервал вре- мени, выход оычислительного блока 6 соединен с входом цифрового отсчетного бл-ока 3, а первый сигнальный вход модулятора 1 с входом 10 вольтметра.

Вольтметр работает следующим обра- зом.с

Процесс измерения заключается в следующем. В течение времени Т (см.фиг.26 - сигнал на управляющем входе модулятора 1) входной сигнал, состоящий из полезного сигнала Vx и помехи Un(t), U1x(t) Vx + Un(t), подключен модулятором 1 к входу усилителя 8 постоянного тока, коэффициент передачи которого равен К const На входе усилителя 8, кроме того, действует сигнал

собственного шума Um(t), спектр которого соответствует спектру фликкер-шума (тфш от 0 до 1-5 кГц).

Сигнал с выхода усилителя 8 поступает на вход преобразователя 2 напряжения в интервал времени и на вход масштабирующего блока 9, коэффициент передачи Kg которого является частотно-зависимым и определяется следующим выражением

. . fl. При f Тф Ш

const 1, при

11

где F зр-ррт Tpjp .uj - частота модуляции модулятора.

Так как входной i сигнал Ux Vx+Un(t) промодулирован частотой F, а сигнал шума усилителя 8 постоянного тока - нет, то на выходе масштабирующего блока 9 получим сигнал, равный

Kg(f) U1 KK2Vx+KK2Un(t)+KUu,(t). В результате на входах преобразователей 2 и 5 напряжения в интервал времени в течение времени Т будут присутствовать сигналы, соответственно

Ш U KVx+KUn(t)+KUuj(t):

U2 K2(f)Ui КК2Ух+КК21)пМ+иш(1), где U1 - сигнал на выходе усилителя 8.

Благодаря тому, что входной сигнал оказывается усиленным усилителем 8 постоянного тока в К раз, то влиянием собственных шумов преобразователей 2 и 5 напряжения в интервал времени на результат преобразования можно пренебречь. Поэтому в конце времени Т на выходах преобразователей 2 и 5 будут сформированы интервалы времени, равные

щТ1 Т Т Ui

Т12 I Щ- где V0 - образцовое напряжение.

В вычислительном блоке 6 сформируются коды N i и N 2 пропорциональные интервалам времени Т1ц и Т 12

Ni1 N Ui1:

, где N - const.

Далее в вычислительном блоке 6 вычисляется разность

Ni1 - N12 NUi1-NU12 NKVX (t)+ NKUiu(t}-NKK2Vx - (xJKK2Un(t), - NKUui(t) NK(VX+ Un(t))(1-K2)

Разделив полученный код на число (1-Kg) которое,хранится в памяти вычислительнбго блока 6, получим код

N1 NK(Vx+Un(t)) NKU1K(t) который далее сохранится в вычислительном блоке 6

В течение времени Т сигнал, который поступает на второй вход модулятора 1 с выхода масштабирующего блока 7, инвертируется и подается на вход усилителя 8 постоянного тока. Учитывая, что коэффициент передачи К масштабирующего блока 7 является частотно зависимым и равен к npnf fn const 1, притоп где Fn« Рф.ш - частота помехи сети, то очевидно, сигнал, поступающий на вход усилителя 8, будет равен U11x(t) -Vx-KiUn(t).

На входы интегрирующих преобразователей 2 и 5 напряжения в интервал времени будут поступать, соответственно, сигналы Ui (Vx+KiUn(t)+Uiii(t));

N112 - -KK2(Vx+KiUn(t)) + KUu,(t).

В конце времени Т на выходах преобразователей 2 и 5 будут сформированы интервалы времени

т,,- .иГ. т 21 7 7 W

т1122

т т Ы1 7 Ч If1 а в вычислительном блоке 6 соответствующие этим интервалам коды

N i-NU;1i:

N112 NU112. Затем будет получена разность

N111-N112 NK(Vx+KiUn(t)-Um(t) - NKK2 (Vx+KiUnWJ+NKUiuW - NK(Vx+KiUn(t))(1-K2), после деления которой на число (1-Кд) получим

N11 - NK(Vx+KiUn(t)) NKU11x(t).

Поскольку частота модуляции F существенно выше частоты помехи fn, то можно считать, что сигнал помехи за время периода модуляции 2Т не меняется. С учетом этого вычтя код ранее полученного кода N1 и разделив результат на число (1-К-у), которое постоянно хранится в памяти вычислительного блока 6, находят код, пропорциональный помехе

Nn NKUn(t).

Вычтя найденный код из кода N , получим код, пропорциональный измеряемому сигналу Vx

NX - N -Nn NK(Vx+Un(t)) - NKUn(t) - NKVX,

который затем передается в цифровой от- счетный блок 3 для индикации

Формула изобретения

Цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий модулятор, первый интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, цифровой отсчетныи блек,

блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом модулятора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом первого интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени, а третий выход блока управления соединен с управляющим входом цифрового отсчетного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения сигналов низкого уровня, в него дополнительно введены вычислительный блок, первый масштабирующий блок, вход которого соединен с первым сигнальным входом модулятора, являющимся также вхо- дом вольтметра, а выход первого

масштабирующего блока соединен с дополнительно введенным вторым сигнальным входом модулятора, усилитель постоянного тока, вход которого соединен с выходом модулятора, а выход усилителя постоянного

тока соединен с входами первого интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени и второго масштабирующего блока, выход которого соединен с вхо- домвторогоинтегрирующего

преобразователя напряжения в интервал времени, а его управляющий вход соединен с вторым входом блока управления, первый вход вычислительного блока соединен с выходом первого интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход вычислительного блока соединен с выходом второго интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени, управляющий вход вычислительного блока соединен с третьим выходом блока управления, а выход вычислительного блока соединен с входом цифрового отсчетного блока.

г/...

rll

Изобретение относится к цифровой измерительной технике, в частности к вольтметрам, обеспечивающим подавление помехи сети и собственных шумов элементов схемы, предназначенных для измерений малых уровней сигналов. С целью повышения точности измерения сигналов низкого уровня в него дополнительно введены масштабирующие блоки 7 и 9, усилитель 8 постоянного тока, интегрирующий преобразователь 5 напряжения в интервал времени и вычислительный блок 6. Блок 4 управления вырабатывает управляющий сигнал, под воздействием которого на выходе модулятора 1 вырабатывается сигнал, эквивалентный входному сигналу с наличием сигнала помехи в нем. Сигнал модулятора 1 поступает в преобразователь 2 и через блок 9-в преобразователь 5, выходные сигналы которых обрабатываются в вычислительном блоке 6 по приведенному в описании алгоритму, в результате которого цифровой отсчетный блок 3 индицирует скорректированный результат измерения. 2 ил.

Физ,2