Устройство для измерения экстремальных значений Советский патент 1992 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения устройств определения формы импульса напряжения с экстремумами разнополярных напряжений, возникающих, например, при переходных процессах в электрических цепях при включении и выключении потребителей (нагрузок) с помощью кнопок, тумблеров, переключателей и других контактно-коммутационных изде- лий. :

Цель изобретения - расширение области применения за счет измерения экстремумов двуполярных напряжений произвольной формы, повышение точности и достоверности.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения экстремальных значений.

Устройство содержит входную клемму 1, элементы 2 и 3 сравнения, коммутатор 4, резисторы 5 и 6 подстройки, элементы 2И- НЕ 7, элементы ЗИ-НЕ 8 и 9, формирователь 10 строба, интегрирующую цепочку 11, мультивибратор 12, реверсивный счетчик 13, цифроаналоговый преобразователь 14 (ЦАП), логический блок 15, выходные клеммы 16, выходной усилитель 17, неинвертирующий 18 и инвертирующий 19 усилители и дополнительную входную клемму 20, при этом инверсный вход первого элемента 2 сравнения соединен с прямым входом второго элемента сравнения, входной клеммой 1 и через дополнительную входную клемму 20 с третьим входом коммутатора 4, выход первого элемента 2 сравнения соединен с первыми входами коммутатора 4 и элемента 2И-НЕ 7, выход второго элемента 3 сравнения соединен с вторыми входами коммутатора 4 и элемента 2И-НЕ 7, первый выход коммутатора 4 соединен с первым входом первого элемента ЗИ-НЕ 8, второй выход коммутатора 4 соединен с первым входом второго элемента ЗИ-НЕ 9, выход элемента 2И-НЕ 7 соединен с входом формирователя 10 строба, выполненным, например, на ждущем мультивибраторе, и с интегрирующей цепочкой 11, выход которой соединен с вторыми входами первого и второго элементов ЗИ-НЕ 8 и 9, выход мультивибратора 12 соединен с третьими входами первого и второго элементов ЗИ-НЕ 8 и 9, выход первого элемента ЗИ-НЕ 8 соединен с входом прямого счета реверсивного счетчика 13, а выход второго элемента ЗИ-НЕ 9 соединен с входом обратного счета реверсивного счетчика 13, выход которого поразрядно соединены с входами ЦАП 14 и первыми входами логического блока 15, вторые входы которого соединены с выходом формирователя 10

строба, а выходы соединены с выходными клеммами 16, а к выходу ЦАП 14 подключен выходной усилитель 17, выход которого соединен с входами неинвертирующего усилителя 18 и инвертирующего усилителя 19, причем усилители 18 и 19 имеют одинаковый коэффициент передачи, а выходы усилителей 18 и 19 соединены с прямым входом первого элемента 2 сравнения и инверсным входом второго элемента 3 сравнения, третий выход коммутатора 4 соединен с выводом питания неинвертирующего усилителя 18, а четвертый выход коммутатора 4 соединен с выводом питания инвертирующего усилителя 19.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно при отсутствии входного сигнала при помощи переменных резисторов, включенных в цепях регулировки смещения и элементов 2 и 3 сравнения проведена настройка: на прямом входе элемента 2 сравнения при помощи переменного резистора 5 установлено положительное смещение относительно нуля, на инверсном входе элемента 3 сравнения при помощи переменного резистора 6 установлено отрицательное смещение относительно нуля. Величина смещения меньше младшего значащего разряда ЦАП 14 составляет 5-7 мВ, при.этом выходные напряжения элементов 2 и 3 сравнения имеют высокий уровень (логическая 1). В цепи регулировки смещения операционных усилителей 17 - 19 установлены, переменные, резисторы (не показаны), при помощи которых начальное смещение снижается до нуля.

Входной сигнал поступает на инверсный вход элемента 2 сравнения, прямой вход элемента 3 сравнения и на третий вход коммутатора 4. При положительной полярности входного сигнала с третьего выхода коммутатора 4 подано напряжение для питания усилителя 18. При этом выходное напряжение элемента 2 сравнения становится равным логическому О, который поступает на первый вход коммутатора 4 и первый вход элемента 7. На выходе элемента 2И-НЕ 7 возникает логическая 1, которая поступает на вход формирователя 10 строба.

Формирователь 10 строба разрешит прохождение кода с выхода реверсивного счетчика 13 через логический элемент 15 на выходные клеммы 16, На первом выходе коммутатора 4 возникает логическая 1 и поступает на первый вход элемента ЗИ-НЕ 8. Через небольшое время на выходе интегрирующей цепочки 11 также возникает логическая 1, которая поступает на второй

вход элемента ЗИ-НЕ 8. После этого импульсное напряжение с выхода мультивибратора 12 через третий вход элемента ЗИ-НЕ 8 поступает на вход прямого счета реверсивного счетчика 13.

Выходное напряжение реверсивного счетчика 13 приведет к изменению выходного напряжения ЦАП 14 и увеличению напряжения на выходе выходного усилителя 17 и неинвертирующего усилителя 18, рост напряжения на выходе которого будет продолжаться до тех пор, пока не станет рав- ным входному, после чего разница напряжений на инверсном и прямом входах элемента 2 сравнения уменьшится. Ее- ли входное напряжение будет продолжать возрастать, то на такую же величину увеличится и выходное напряжение неинвертирующего усилителя 18. Реверсивный счетчик 13 имеет кратковременную оста- новку счета при возникновении экстремума входного сигнала, так как при этом на выходах элементов 2 и 3 сравнения возникают логические 1, а на выходе интегрирующей цепочки 11 возникает логический О.

После прохождения положительного экстремума выходное напряжение элемента 3 сравнения станет равным логическому О, который поступает на второй вход коммутатора 4 и второй вход элемента 2И-НЕ 7. Далее формирователь 10 строба аналогично описанному выше подключает выход реверсивного счетчика 13 через логический блок 15 к выходным клеммам 16 устройства. При этом будет измерен и зарегистрирован первый положительный экстремум входного сигнала.

После прохождения экстремума реверсивный счетчик 13 включается с небольшой задержкой, задаваемой интегрирующей цепочкой 11. Небольшая задержка позволяет точнее измерить значение экстремума напряжения, потому что счет при этом остановлен. Логическая 1 с выхода интегрирующей цепочки 11 поступает на элементы ЗИ-НЕ 8 и 9 и разрешает прохождение через элемент ЗИ-НЕ 9 импульсного напряжения с выхода мультивибратора 12 на вход обратного счета реверсивного счетчика 13.

После этого начнет уменьшаться вход- ной код реверсивного счетчика 13, затем снизится постоянное напряжение на выходе ЦАП 14 и далее на выходах выходного усилителя 17 и неинвертирующего усилителя 18. При дальнейшем уменьшении вход- ного напряжения пропорционально ему снизится и опорное напряжение на прямом входе первого элемента 2 сравнения и инверсном входе второго элемента 3 сравнения. В результате уменьшится выходной

код реверсивного счетчика 13. При возникновении очередного экстремума (переход от уменьшения входного напряжения к возрастанию), после которого входное напряжение начнет увеличиваться, описанные выше измерительные операции повторятся.

При отрицательной:полярности входного сигнала цикл работы устройства аналогичен предыдущему. При этом третий выход коммутатора 4 выключен, а с четвертого подано напряжение питания для инвертирующего усилителя 18. Измерение экстремумов двухполярных напряжений проводится при помощи деух- порогового компаратора, выполненного на двух элементах 2 и 3 сравнения, имеющих разнополярное смещение относительно нуля.

После каждого экстремума возникает логическая 1 на выходе элемента 2И-НЕ 7, которая осуществляет запуск формирователя 10 строба. Последний разрешает прохождение цифрового кода амплитуды напряжением с выхода реверсивного счетчика 13 через логический элемент 15 на выходные клеммы 16.

Как видно из описания работы, устройство выделяет и измеряет экстремальные значения как однополярных, так и двухполярных напряжений произвольной формы с повышенной точностью по сравнению с известным устройством.

Регистрация действительного (более точного) значения экстремума обеспечивается задержкой при помощи интегрирующей цепочки 11 включения обратного счета реверсивного счетчика 13 в момент перехода входного напряжения через экстремум.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения экстремальных значений, содержащее двухпоро- говый компаратор, реверсивный счетчик, первый логический блок, мультивибратор, ЦАП, входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, формирователь строба, второй логический блок, первые входы которого соединены с выходом формирователя строба, вторые входы соединены с соответствующими выходами реверсивного счетчика, а выходы второго логического блока являются выходными клеммами устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем измерения экстремумов двухполярных напряжений произвольной формы и повышения точности измерения, двухпороговый компаратор выполнен на двух элементах сравнения, прямой вход первого элемента сравнения, имеющего положительное смещение относительно нуля, соединен с инверсным входом второго элемента сравнения, имеющего отрицательное смещение относительно нуля, инверсный вход первого и прямой вход второго элементов сравнения соединены с, входной клеммой устройства, и введены коммутатор, неинвертирующий и инвертирующий усилители, при этом первый логический блок состоит из элемента 2И-НЕ и двух элементов ЗИ-НЕ, выход первого элемента сравнения соединен с первым входом логического элемента 2И-НЕ и первым входом коммутатора, выход второго элемента сравнения соединен с вторым входом элемента 2И-НЕ и вторым входом коммутатора, третий вход коммутатора соединен с дополнительной входной клеммой устройства, первый и второй выходы коммутатора соединены соответственно с первыми входами элементов ЗИ-НЕ, выход элемента 2И-НЕ соединен с входом формирователя строба и с вторыми входами элементов ЗИ-НЕ, выход мультивибратора

соединен с третьими входами элементов ЗИ-НЕ, выход первого элемента ЗИ-НЕ соединен с входом прямого счета реверсивного счетчика, а выход второго элемента

ЗИ-НЕ соединен с входом обратного счета реверсивного счетчика, причем выход ЦАП соединен с входами неинвертирующего и инвертирующего усилителей, выходы которых соединены с прямым входом первого и

инверсным входом второго элементов сравнения, третий выход коммутатора соединен с выводом питания неинвертирующего усилителя, а четвертый выход коммутатора соединен с выводом питания инвертирующего

усилителя..

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения достоверности, в него введена интегрирующая цепочка, включенная в разрыв связи между

выходом элемента 2И-НЕ и вторыми входами элементов ЗИ-НЕ первого логического блока.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения устройств определения формы им- пульса напряжения с экстремумами разнополярных напряжений, возникающих, например, при переходных процессах в электрических цепях при включении и выключении нагрузок. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения экстремумов двуполярных напряжений и повышение точности за счет исключения систематической погрешности. Устройство для измерения экстремальных значений содержит двухпороговый компаратор на нуль-органах 2, 3, коммутирующий блок 4, резисторы 5, 6, элемент 2И-НЕ 7, элементы ЗИ-НЕ 8, 9, формирователь 10 строба, интегрирующую цепочку 11, мультивибратор 12, реверсивный счетчик 13, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14, логический элемент 15, выходные клеммы 16, выходной усилитель 17, повторитель 18, операционный усилитель 19, дополнительную выходную клемму 20. Входной сигнал поступает на двухпороговый компаратор, состоящий из двух нуль-органов 2, 3, имеющих разнополярное смещение относительно нуля. Выход компаратора соединен с логическим элементом 2И-НЕ 7 и коммутирующим блоком 4, которые при увеличении сигнала открывают первый элемент ЗИ-НЕ 8, включающий прямой счет двоично-десятичного реверсивного счетчика 13. При уменьшении сигнала через второй элемент ЗИ-НЕ 9 включается обратный счет реверсивного счетчика 13, с входами которого поразрядно соединены входы ЦАП 14. На выходе ЦАП 14 установлены повторитель 18 .и усилитель 19, с выхода которых напряжение отрицательной обратной связи поступает на опорный вход двухпорогового компаратора. При переходе входного сигнала через экстремум формирователь 10 строба открывает ключи, пропускающие цифровой код с выхода реверсивного счетчика 13 на выходные клеммы 16 устройства, на дополнительную выходную клемму 20с выхода коммутирующего блока 4 поступает сигнал о полярности напряжения. 1 з.п. ф- лы, 1 ил. и С N а а. х С7