Калибратор периодических сигналов Советский патент 1993 года по МПК G01R35/00 

(Л

С

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для формирования калиброванных по уровню среднеквадратического значения периодических колебаний с заданным спектрально-весовым составом в диапазоне частот до ультразвуковых Сущность изобретения: в устройство, содержащее блок 1 постоянной памяти, вычислитель 2, дисплей 3, блок 4 оперативной памяти,синтезатор 5 частот, основной цифроаналоговый преобразователь б, умножающий цифроаналоговый преобразователь 7, блок 8 усилителей, блок 9 делителей, компаратор 10, источник 11 образцового напряжения, дополнительные блок 12 оперативной памяти и цифроаналоговый преобразователь 13, введены интегратор 14 и регулятор масштаба 15. 1 ил.

xj о ел со ю ю

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для формирования калиброванных по уровню среднеквадратического значения периодических колебаний с заданным спектрально-весовым составом в широком диапазоне частот для аттестации вольтметров, спектроанализаторов и других приборов.

Известен калибратор периодических сигналов инфразвуковых частот, содержащий постоянное запоминающее устройство, вычислитель, оперативное запоминающее устройство, формирователь сетки частот, фильтр нижни:х частот, выходной масштабный преобразователь, цифроаналоговый преобразователь и переключатель.

Недостатком этого калибратора является невысокая точность выходного напряжения, определяемая точностью цифроанало- гового и масштабного преобразователей.

Наиболее близким к заявляемому является калибратор периодических сигналов, содержащий блок постоянной памяти, алфа- винто-цифровой блок постоянной памяти, алфа- ки оперативной памяти, цифроаналоговые преобразователи, формирователь сетки частот, масштабный преобразователь, регистры памяти, вентили, аналоговый сумматор, умножающий цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, компаратор, формирователь и источник образцового напряжения.

Калибратор формирует сигналы с заданным спектрально-весовым составом.

Недостатком калибратора-прототипа является невысокая точность выходного напряжения и, как следствие, более узкая по сравнению с предложенным калибратором область применения, определяемая цепью подстройки выходного напряжения, состоящей из умножающего цифроаналогового преобразователя, реверсивного счетчика, компаратора, источника образцового напряжения и формирователя, а также невысокой точностью выходного масштабного преобразователя, в состав которого, кроме делителей, входят и усилители, выходные напряжения которых в прототипе не корректируются автоматически.

Целью изобретения является расширение области применения калибратора за счет повышения точности его выходного напряжения, Поставленная цель достигается тем, что в калибратор периодических сигналов, содержащий блок постоянной памяти, соединенный с первым входом вычислителя, второй вход которого подключен к алфавитно-цифровому дисплею, а первый выход соединен с первым входом блока оперативной памяти, второй выход вычислителя соединен с входом синтезатора частот, выход которого соединен с вторым входом блока оперативной памяти, выход которого соединен с первым входом основного цифроаналотового преобразователя, выход которого соединен с первым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока усилителей, первый выход которого соединен с первым входом блока делителей,- а выход блока делителей соединен с выходом калибратора, компаратор и источник образцового напряжения, дополнительно введены регулятор масштаба, интегратор и

5 дополнительные цифроаналоговый преобразователь и блок оперативной памяти,причем третий выход вычислителя соединен с первым входом дополнительного блока оперативной памяти, первый выход которого

0 соединен с вторым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, второй выход соединен с вторым входом блока усилителей, третий выход соединен с вторым входом блока делителей, а четвертый

5 выход соединен с первым входом дополнительного цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом источника образцового напряжения, а выход соединен с первым входом

0 компаратора, второй вход которого соединен с вторым выходом блока усилителей, выход компаратора через интегратор и регулятор масштаба соединен с вторым входом основного цифроаналогового

5 преобразователя.

Функциональная схема калибратора периодических сигналов изображена на чертеже.

Калибратор содержит блок постоянной

0 памяти 1,. соединенный с первым входом вычислителя 2, второй вход которого подключен к алфавитно-цифровому дисплею 3, а первый выход соединен с первым входом блока оперативной памяти 4, второй выход

5 вычислителя 2 соединен с входом синтезатора частот 5, выход которого соединен с вторым входом блока оперативной памяти 4, выход которого соединен с первым входом основного цифроаналогового преобра0 зователя 6, выход которого соединен с первым входом умножающего цифроаналогового преобразователя 7, выход которого соединен с первым входом блока усилите лей 8, первый выход которого соединен с

5 первым входом блока делителей 9, выход которого соединен с выходом калибратора, компаратор 10 и источник образцового напряжения 1.1, третий выход вычислителя 2 соединен с первым входом дополнительного блока оперативной памяти 12, первый

выход которого соединен с вторым входом умножающего цифроаналогового преобразователя 7, второй выход соединен с вторым входом блока усилителей 8, третий выход соединен с вторым входом блока делителей 9, а четвертый выход соединен с первым входом дополнительного цифроаналогового преобразователя 13, второй вход которого соединен с выходом источника образцового напряжения 11, а выход соединен с первым входом компаратора 10, второй вход компаратора соединен с вторым выходом блока усилителей 8, выход компаратора 10 через интегратор 14 и регулятор масштаба 15 соединен с вторым входом основного цифроаналогового преобразователя 6.

Калибратор периодических сигналов, представленный на фиг,1, работает следующим образом.

В блок постоянной памяти 1 записаны в цифре ординаты образцового синусоидального сигнала и программа работы калибра- тора.

Синтез ординат выходного сигнала осуществляется с помощью задаваемых оператором коэффициентов ряда Фурье по формуле

F(x) А+Stslnx + S2Sin2x+S3Sin3x+... +Cicosx+C2cos2x+C3cos3x+,..,

где А - постоянная составляющая;

Si - амплитуда синусной составляющей i-й гармоники;

Ci - амплитуда косинусной составляющей i-й гармоники.

Постоянная составляющая, номер гармоники и коэффициенты ряда Фурье со знаком вводятся в вычислитель 2 с алфавитно-цифрового дисплея 3. Вводимые данные и операция ВВОД индицируется на алфавитно-цифровом дисплее 3.,После завершения операции ВВОД данных с алфавитно-цифрового дисплея 3 в вычислитель 2 вводится подпрограмма Синтез сложного сигнала. Операция СИНТЕЗ индицируется на дисплее 3.

При синтезе из блока 1 постоянной памяти выводятся образцовые синусные и косинусные ординаты, которые умножением на соответствующие введенные коэффициенты Si и Ci образуют гармоники сложного выходного сигнала. Далее происходит сложение (с учетом знака) ординат гармоник так, чтобы получился сложный сигнал, содержащий заданные в нем гармонические составляющие. После синтеза автоматически (без команд оператора) осуществляется

совместное нормирование по амплитуде (по экстремальному значению) ординат синтезированного сигнала таким образом, чтобы экстремальное значение синтезированного

и нормированного по амплитуде сигнала не превышало динамического диапазон используемого основного цифроанэлоа- его преобразователя 6.

После нормирования сигнала по амплитуде осуществляется округление кодов его ординат по разрядности основного цифроаналогового преобразователя 6.В соответствии с этим округлением округляются амплитуды введенных гармоник сложного

сигнала.

В результате операции синтеза сложного сигнала вычислитель 2 подсчитывает приближенное среднеквадратическое значение выходного сигнала иёкз на периоде по округленным амплитудам гармоник выходного сигнала по формуле

V

Ускз Ul + Ltf + U2 + Ll3 + . . . (Jl

где Uo - постоянная составляющая;

UI...DK - амплитуды гармоник сложного выходного сигнала.

Затем по значению вычислитель 2 рассчитывает приближенную номинальную величину кода NH для умножающего цифро- аналогового преобразователя 7 по формуле

NH

,(2У-1)Ц

оых.н

и,

скз

где Квых.н. - номинальное выходное среднеквадратическое значение напряжения преобразователя 7, которой при любой форме

выходного сигнала и на любом диапазоне должно быть близким к постоянной величине, определяемой максимальным средне- квадратическим значением напряжения на выходе дополнительного цифроаналогового

преобразователя 13;

у- число разрядов двоичного кода преобразователя 7.

На этом операция СИНТЕЗ завершается. Оператор, получив на алфавитно-цифровом дисплее 3 информацию о завершении операции СИНТЕЗ, вводит в вычислитель 2 с дисплея 3 команду ВВОД ПАРАМЕТ- РОВ выходного сигнала (адрес старта подпрограммы ввода выходных параметров

сложного сигнала, среднеквадратического значения выходного напряжения и частоты выходного сигнала) и вводит нужные параметры, которые индицируются на алфавитно-цифровом дисплее 3.

Вычислитель 2 запоминает эту информацию и приводит ее к виду, удобному для подачи команд на блок усилителей 8, на блок делителей 9, на дополнительный циф- роаналоговый преобразователь 13 и на синтезатор частот 5. Кроме того, в зависимости отгаданного значения выходного напряжения калибратора Ускз рассчитывается код Мскз по формуле

N«3

К NH Цжз

УвЫХн

где К - коэффициент больше единицы.

В зависимости от величины Ускз в вычислителе 2 рассчитывается код Мдоп для дополнительного цифроаналогового преобразователя 13 по формуле

М Мндоп Гчдоп

UCKS

где NH доп - максимальное значение кода преобразователя 13;

UH - максимальное среднеквадратиче- ское значение напряжения преобразователя 13, соответствующее значению кода

NH доп.

По окончании операции ВВОД ПАРАМЕТРОВ на дисплее 3 индицируется готовность устройства для ввода команды ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ выходного сигнала.

Для получения на выходе калибратора сигнала с введенными параметрами вводится команда ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ выходного сигнала.

По этой команде стартует подпрограмма, которая выводит на индикацию выходное напряжение 1)Вых. частоту выходного сигнала, а также выводит коды на синтезатор частот 5, в блок оперативной памяти 12.

Дополнительный блок оперативной памяти 12 принимает информацию о средне- квадратическом значении выходного напряжения калибратора искз, а блок 4 о форме выходного сигнала. Следовательно, при изменении формы сигнала информация изменяется только в блоке 4, при изменении частоты сигнала информация изменяется только в блоке 5, а при изменении средне- квадратического значения выходного напряжения изменяется вся информация в блоке 12.

. Из блока 12 получают информацию в коде блоки 7, 8, 9 и 13. При этом с первого выхода блока 8 следует приближенное, однако всегда завышенное, среднеквадрати- ческое значение напряжения.

Пропорциональное выходному напряжению с первого выхода блока 8, следует напряжение с второго выхода этого блока, которое поступает на второй вход компаратора 10. На первый вход компаратора -10

поступает образцовое напряжение с выхода дополнительного цифроаналогового преобразователя 13.

В процессе работы петли поддержки выходного напряжения, состоящей из компэратора 10 с поданными на его входы напряжениями, интегратора 14 и регулятора масштаба 15 изменяется (уменьшается) выходное напряжение основного цифроаналогового преобразователя 6, который

регулирует тем самым выходное напряжение блоков 7 и 8 до тех пор, пока на входах компаратора 10 напряжения не уравняются. В итоге петлей обратной связи, охвачен блок усилителей 8. Это позволяет увеличить

точность выходного напряжения калибратора. Снятие команды ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ блокирует выход калибратора от ошибочных напряжений, которые могут перегрузить вход испытуемого прибора.

Для изменения формы выходного сигнала требуется изменить информацию о величинах A, Si, Ci, поступившую ранее по команде ВВОД ДАННЫХ, провести процедуру синтеза сигнала, пронормировать

его по амплитуде и среднеквадратическому значению, ввести новые значения выходного напряжения и частоты сигнала, вывести все полученные данные о сигнале во внешние устройства. Коррекция среднеквадратического значения напряжения поддерживает систематическую погрешность калибратора во время его работы на постоянной величине.

Предложенное устройство позволяет

сформировать и откалибровать с высокой точностью по среднеквадратическому значению напряжения выходные сигналы различных уровней с различным заданным спектрально-весовым составом в области

звуковых и ультразвуковых частот. Эти свойства необходимы для аттестации большой группы электроизмерительных приборов переменного напряжения, реагирующих на среднеквадратическое значение.

5

Формула изобретения Калибратор периодических сигналов, содержащий блок постоянной памяти, соединенный двунаправленной шиной с первым входом вычислителя, второй вход которого соединен двунаправленной шиной с алфавитно-цифровым дисплеем, а первый выход - с первым входом блока оперативной памяти, второй выход вычислителя соединен с входом синтезатора частот, выход блока оперативной памяти соединен с первым входом основного цифроаналогового преобразователя, умножающий цифроана- логовый преобразователь, выход которого через последовательно соединенные блок усилителей и блок делителей соединен с выходом устройства, компаратор, источник образцового напряжения, последовательно соединенные дополнительные блок оперативной памяти и цифроаналоговый преобразователь, вход дополнительного блока оперативной памяти соединен с третьим выходом вычислителя, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения калибратора за счет повышения точности получения среднеквадратического значения его выходного напряжения, в него введены последовательно соединенные интегратор и регулятор масштаба, выход которого соединен с вторым входом основного цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с вторым выходом дополнительного блока оперативной памяти, вход дополнительного блока оперативной памяти соединен с третьим выходом вычислителя через двунаправленную шину, третий выход дополнительного блока оперативной памяти соединен с вторым входом блока усилителей, второй вход блока делителей соединен с четвертым выходом дополнительного блока оперативной памяти, выход источника образцового напряжения соединен с вторым входом дополнительного цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с вторым выходом блока усилителей, а выход - с входом интегратора; выход синтезатора частот соединен с вторым входом блока оперативной памяти, первый вход которого соединен с первым выходом вычислителя через двунаправленную шину, вход синтезатора частот соединен с вторым выходом вычислителя через двунаправленную шину.