Устройство для определения момента наступления экстремума электрического сигнала Советский патент 1992 года по МПК G01R19/04 

тельно соединенные блок 1 разности, усилитель 2 с переменным коэффициентом усиления, блок 3 дифференцирования и пороговый элемент 4, а также блок 11 определения момента изменения коэффициента усилейия и блок 12 фиксации вычитаемого уровня, дополнительно введены блок 5 уставки линейности, блок 6 фиксации момента достижения границы линейности, блок 10 формирования вычитаемого уровня, аналоговый ключ 7, блок 8 блокировки ложного сигнала, блок 9 возврата в исходное состояние, а блок 1 разности снабжен дополнительно третьим входом. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в измерительной технике и электротехнике, 7 в частности для измерения и контроля величин сопротивления изоляции электрических сетей. Целью изобретения является повышение точности при одновременном расширении диапазона амплитуд контролируемых сигналов. Цель достигается за счёт ввода автоматического контроля за достижением напряжения сигнала на выходе усилителя допустимой верхней границы линейности, уменьшения входного сигнала на величину, обеспечивающую выход на верхнюю границу линейности, выделения зоны (вершины) сигнала, более близкой к экстремуму, и ее повторного усиления и исключения ложных сигналов. Для этого в устройство для определения момента наступления экстремума электрического сигнала, содержащее последоваСО С

Изобретение может быть использовано в измерительной технике и электротехнике, в частности для измерения и контроля величин сопротивления изоляции электрических сетей.

Целью изобретения является повышение точности измерения при одновременном расширении диапазона амплитуд измеряемых сигналов.

На чертеже представлена функциональная схема.устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 разности, усилитель 2 с переменным коэффициентом усиления, блок 3 дифференцирования, пороговый элемент 4, блок 5 уставки линейности усилителя, выход которого соединен с первым входом блока 6 фиксации момента достижения границы линейности усилителя, второй вход которого подключен к выходу усилите ля 2, первый выход соединен с первым входом аналогового ключа 7, второй выход соединен с первым входом блока 8 блокировки ложного сигнала, третий вход подключен соответственно к выходу блока 9 возврата в исходное состояние и к первому входу блока 10 формирования вычитаемого уровня, второй вход которого соединен соответственно с вторым входом блока 8 блокировки ложного сигнала, с вторым входом усилителя 2, с выходом блока 11 определения момента изменения коэффициента, первому входу блока 12 фиксации вычитаемого уровня, а выход подключен к второму входу аналогового ключа 7, первый вход блока 1 разности соединен с входом блока

11определения момента изменения коэффициента, с входом блока 9 возврата в исходное состояние и с вторым входом блока

12фиксации вычитаемого уровня, выход которого подключен к второму входу блока 3 разности, третий дополнительный вход которого соединен с выходом аналогового ключа 7, выход порогового элемента 4 соединен с третьим входом блока 8 блокировки ложного сигнала, выход которого является

-

выходом устройства, третий вход блока формирования вычитаемого уровня соединен с выходом блока 5 уставки линейности, первый вход блока 1 разности является входом 5 устройства, блок 6 фиксации момента достижения границы линейности содержит последовательно соединенные элемент 13 сравнения, пороговый элемент 14 и элемент

15запоминания, причем первый и второй 10 входы элемента 13 сравнения подключены

соответственно к первому и второму входам ,блока, второй вход элемента 15 запоминания соединен с третьим входом блока, а выход подключен к первому выходу блока, 15 второй выход которого подключен к выходу порогового элемента 14, блок 10 формирования вычитаемого уровня содержит два ре- зистивных делителя 16 и 17 напряжения, переключатель 18 и элемент 19 запомина- 20 ния, причем входы резистивных делителей

16и 17 напряжения подключены к третьему входу блока, а выходы - к первому и второму входам переключателя 18, выход которого соединен с выходом блока, а вход управле25 ния - с выходом элемента 19 запоминания, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам блока, блок 8 блокировки ложного сигнала содержит последовательно соеди30 ненные аналоговый ключ 20, одновибратор 21 и элемент ИЛИ 22, причем первый и второй входы элемента ИЛИ подключены сорт- ветственно к первому и второму входам блока, третий вход которого подключен к

35 второму входу аналогового ключа, выход которого соединен с выходом блока, блок 9 возврата в исходное состояние содержит последовательно соединенные пороговый элемент 23 и конденсатор 24.

40 Устройство работает следующим образом.

При поступлении на вход устройства контролируемого сигнала, передний фронт которого больше уровня задаваемого эле45 ментом уставки в блоке 11 определения мо- мента изменения коэффициента усиления,

на выходе блока 11 находится сигнал низкого уровня - логический О. В этом случае коэффициент усиления усилителя 2 равен первоначальной заданной величине KL

В тот момент, когда крутизна исследуемого сигнала становится равной (а затем и меньше) уровню, задаваемому элементом уставки крутизны в блоке 11 определения момента изменения коэффициента усиления, на выходе блока 11 появляется сигнал высокого уровня-логическая 1. Это обеспечивает увеличение коэффициента передачи усилителя 2 до величины К2, значительно большей значения KL В этом случае крутизна сигнала, поступающего на вход блока 3 дифференцирования, резко увеличивается и момент наступления экстремума определяется более точно, так как чувствительность порогового элемента 4 остается той же.

Для обеспечения усиления именно той части исследуемого сигнала, который примыкает к точке экстремума, с помощью блока 12 фиксации вычитаемого сигнала в момент, когда крутизна исследуемого сигнала становится равной уровню, задаваемому элементом уставки крутизны в блоке 11, на выходе блока 12 фиксируется тот уровень исследуемого сигнала, при котором наступает равенство уровню, задаваемому упомянутой уставкой крутизны. Зафиксированный уровень исследуемого сигнала с выхода блока 12 подается на второй вход блока 1 разности, обеспечивая получение на его выходе разности текущего исследуемого сигнала и зафиксированного уровня, то есть на вход усилителя .2 поступает уже только вершина исследуемого сигнала. Таким образом, увеличению крутизны (масштабированию) подвергается зона, непосредственно примыкающая к экстремуму.

Указанная выше часть работы устройства соответствует работе устройства по авт.св. № 1432414.

Однако в связи с тем, что установленная априори величина коэффициента передачи К2 усилителя 2 может при большом уровне исследуемого сигнала (амплитуде отсекаемой вершины) на входе усилителя 2 вызвать нарушение линейности передачи усилителя 2, то есть попадания выходного сигнала в зону насыщения, то во избежание этого выполняется постоянное сравнение напряжения на выходе усилителя 2 с уровнем, задаваемым блоком 5 уставки линейности усилителя. Уровень, задаваемый блоком 5 уставки, выбирают обычно, например, на 10-20% ниже величины питающего усилитель напряжения постоянного тока, что гарантирует режим линейности в работе усилителя 2, то есть, что автоматически выбранные коэффициенты Ki или Ка постоянны во всем диапазоне усиления.

Если уровень напряжения на выходе

усилителя 2 в процессе работы не превысит уровень, задаваемый блоком 5 уставки, то процесс работы тождественен работе устройства по авт.св. № 1432414.

0 Если же уровень напряжения на выходе усилителя 2 превысит уровень, задаваемый блоком 5 уставки, то на выходе элемента 13 сравнения в блоке 6 фиксации момента достижения границы линейности появится

5 сигнал, величина и полярность которого обеспечат срабатывание порогового элемента 14 в этом же блоке 6, который поступит на первый вход элемента 15 запоминания, например статического триг0 гера, который из исходного состояния 1, при котором на его выходе имеется потенциал низкого уровня, переходит в состояние 2, при котором на его выходе появится потенциал высокого уровня.

5 Сигнал с выхода элемента 15 запоминания и с выхода блока 6 фиксации момента достижения границы линейности поступит на второй (управляемый) вход аналогового ключа 7, что вызовет его замыкание. Это

0 обеспечит поступление напряжения с выхода блока 10 формирования вычитаемого уровня на дополнительный третий вход блоха 1 разности, обеспечивая уменьшение на- пряжения на входе усилителя -2 и

5 выделение зоны сигнала более близкой к его вершине, то есть к экстремуму. При этом уровень вычитаемого сигнала с выхода блока 10 определяется уровнем напряжения, задаваемого блоком 5 уставки

0 линейности, уменьшенным в Ki или К2 раз (в зависимости от того, в каком режиме в этом цикле работал усилитель 2-е коэффициентом Ki или К2). Указанное деление напряжения, поступающего с выхода блока 5 уставки

5 линейности на вход блока 10 формирования вычитаемого уровня, осуществляется с помощью резистивного делителя 16 (при делении на Ki) и резистивнбго делителя 17 (при делении на К2). Деление на коэффициент Ki

0 осуществляется в том случае, если на выходе блока 11 определения момента изменения коэффициента усиления не появлялся сигнал на увеличение коэффициента усиления усилителя 2. В случае же, если на выходе

5 блока 11 определения момента изменения коэффициента усиления появился сигнал, являющийся командой на изменение (увеличение) коэффициента усиления усилителя 2, то одновременно этот сигнал поступает и на второй вход блока 10 формирования вычитаемого уровня, где он поступает на первый вход элемента 19 запоминания, например статического три ггера, который из исходного состояния 1, при котором на его выходе присутствует потенциал низкого уровня, перейдет в состояние 2, при котором на его выходе появится сигнал высокого уровня. Это приведет к тому, что переключатель 18 из исходного состояния 1, при котором его первый вход соединен с выходом, перейдет в состояние 2, при котором с выходом будет соединен его второй вход. Таким образом на выходе переключателя 18 и, следовательно, блока 10 формирования вычитаемого уровня появится уменьшенное в К2 раз напряжение с выхода блока 5 уставки линейности.

Однако на третий вход блока 1 разности это напряжение может попасть только при замыкании аналогового ключа 7.

При подаче как на третий, так и на второй входы блока 1 разности вычитаемых напряжений в первый момент времени на выходе усилителя 2 могут появиться перепады напряжения, которые могут быть восприняты блоком 3 дифференцирования, что вызовет ложное срабатывание порогового элемента 4. Для предотвращения поступления указанных ложных сигналов на выход всего устройства между выходом порогового элемента 4 и выходом всего устройства включается нормально замкнутый аналоговый ключ 20 в блоке 8 блокировки ложного сигнала, который по сигналу с выхода порогового элемента 14 в блоке 6 фиксации момента достижения границы линейности, поступающего на второй вход блока 8 блокировки ложного сигнала, и по сигналу с выхода блока 11 определения момента изменения коэффициента усиления, поступающего на третий вход блока 8 блокировки ложного сигнала, через логический элемент ИЛИ 22 и одновибратор 21 переводится в разомкнутое состояние на некоторое небольшое время, определяемое нахождением одновибратора 21 в неустойчивом состоянии. Благодаря этому ложные сигналы с выхода порогового элемента 4, вызванные перепадом напряжения на выходе усилителя 2 в первоначальные моменты времени, когда производится вычитание из исследуемого сигнала напряжения с выходом блока 12 фиксации вычитаемого уровня и блока 10 формирования вычитаемого уровня, не проходят на выход всего устройства. После истечения заданного по длительности отрезка времени, определяемого временем пребывания одновибратора 21 в неустойчивом состоянии, одновибратор 21 возвращается в устойчивое (исходное) состояние, что обеспечивает возвращение аналогового ключа 20 в исходное нормально замкнутое состояние и прохождение в последующем истинного сигнала об определении момента наступления экстремума на выход всего устройства.

При исчезновении исследуемого сигнала с входа всего устройства на выходе порогового элемента 23 вместо сигнала низкого уровня, обусло0 ленного присутствием сигнала на выходе устройства, появляется сигнал высокого уровня. Этот перепад проходит через конденсатор 24 на третий вход блока 6 фиксации момента достижения границы

5 линейности (на второй вход находящегося в блоке 6 элемента 15 запоминания - статического триггера, обеспечивая его возвращение в исходное состояние 1) и на третий вход блока 10 формирования вычитаемого

0 уровня (на второй вход находящегося в блоке 10 элемента 19 запоминания, например статического триггера, обеспечивая его возвращение в исходное состояние 1). Это приведет к тому, что нормально замкнутый

5 аналоговый ключ 7 возвратится в исходное состояние и переключатель 18 в блоке 10 также перейдет в исходное состояние, при котором его выход соединен с его первым входом. Указанные действия приведут к то0 му, что на третьем входе блока 1 разности исчезнет вычитаемое напряжение. Одновременно при исчезновении сигнала с входа устройства на выходе порогового элемента в блоке 12 фиксации вычитаемого уровня

5 (это подробно изложено в прототипе - основном авторском свидетельстве) вместо сигнала низкого уровня, обусловленного присутствием сигнала на входе, появляется сигнал высокого уровня. Этот перепад про0 ходит через конденсатор на вход аналогового запоминающего элемента (все в том же блоке 12) и переводит его в исходное состояние, обеспечивая исчезновение вычитаемого напряжения на выходе блока 12 и на

5 втором входе блока 1 разности,

Таким образом, все устройство будет приведено в исходное состояние и готово к исследованию очередного сигнала. Формула изобретения

0 1. Устройство для определения момента наступления экстремума электрического сигнала по авт.св. № 1432414, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при одновременном расширении ди5 апазона амплитуд измеряемых сигналов, дополнительно введены блок фиксации момента достижения границы линейности усилителя, блок формирования вычитаемого уровня, аналоговый ключ, блок блокировки ложного сигнала, блок возврата в исходное

состояние, блок уставки, а блок разности снабжен дополнительным третьим входом, причем выход блока уставки соединен с первым входом блока фиксации момента достижения границы линейности усилителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя, первый выход подключен к первому входу аналогового ключа, второй выход соединен с первым входом блока блокировки ложного сигнала, третий вход подключен соответственно к выходу блока возврата в исходное состояние и к первому входу блока формирования вычитаемого уровня, второй вход которого соединен с вторым входом блока блокировки ложного сигнала и с выходом блока определения момента изменения коэффициента усиления, а выход подключен к второму входу аналогового ключа, выход которого соединен с дополнительным третьим входом блока разности, выход порогового элемента под- кл.ючен к третьему входу блока блокировки ложного сигнала, выход которого является выходом устройства, вход блока возврата в исходное состояние подключен к входу уст- ройства, третий вход блока формирования вычитаемого уровня соединен с выходом блока уставки.

2, Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что блок фиксации момента дости- жения границы линейности и усилителя содержит последовательно соединенные элемент сравнения, пороговый элемент и элемент запоминания, причем первый и второй входы элемента сравнения подклю-

чены соответственно к первому и второму входам блока, второй вход элемента запоминания подключены к третьему входу блока, а его выход- к первому выходу блока, выход порогового элемента соединен с вторым выходом блока.

5.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок возврата в исходное состояние содержит последовательно соединенные пороговый элемент и конденсатор.