Амплитудный преобразователь Советский патент 1993 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения максимальных и минимальных значений амплитуды входного периодического сигнала в диапазоне низких и инфранизких частот при наличии постоянной составляющей в измеряемом сигнале.

Целью изобретения является повышение быстродействия и достоверности измерения.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы прототипа; на фиг. 2 - структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 3- 5 представлены временные диаграммы предлагаемого устройства при различных сочетаниях Uc и DCM во входном сигнале.

Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, входы которого соединены с входами устройства, первый пиковый детектор 2 положительных значений и первый инвертирующий сумматор 3, причем вход первого пикового детектора 2 и первый вход инвертирующего сумматора 3 соединены с выходом дифференциального усилителя 1, выход пикового детектора 2 соединен с входом первого инвертора 4, первым входом сумматора 5 и первым входом управляемого коммутатора 6, выход инвертора 4 соединен с вторым входом инвертирующего сумматора 3 и первым входом второго инвертирующего сумматора 7. Второй пиковый детектор 8 положительных значений, вход которого соединен с выходом инвертирующего сумматора 3 и первым входом компаратора 9, выход пикового детектора 8 соединен со вторым входом инвертирующего сумматора 7, четвертым входом коммутатора 6, входами первого 10 и второго 11 делителей напряжения, выход инвертируюXIЧЭ 00 Х|

о о

щего сумматора 7 соединен со вторым входом сумматора 5 и третьим входом коммутатора 6 и выход сумматора 5 соединен со вторым входом коммутатора 6, выход делителя напряжения 10 соединен с пятым входом компаратора 6, выход делителя напряжения 11 соединен со вторым входом коммутатора 9, переключатель 12, первый контакт которого соединен с шиной логической единицы, второй - с выходом компаратора 9 и третий - со входом второго формирователя импульсов 13, выход которого соединен со входом ждущего мультивибратора 14, третий формирователь импульсов 15, вход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора 14 и входом пятого формирователя импульсов 16, а выход соединен со входом четвертого формирователя импульсов 17, выход формирователя импульсов 16 соединены с управляющим входом блока выборки-хранения 18 и входом второго инвертора 19, выход которого соединен со входом первого формирователя импульсов 20, выход формирователя 20 соединен с управляющими входами пиковых детекторов 2 и 8, выход коммутатора 6 соединен со входом блока выборки-хранения 18, выход которого является первым выходом устройства, инвертирующий выход формирователя 17 является вторым выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства подается сигнал вида:

sin a) t ± UCM.

О)

где Uo - амплитуда входного сигнала;.

UCM - напряжение смещения: о) - круговая частота;

t - время.

Пусть исм 0 и I UCM I Uol. Сигнал подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя 1. инвертирующий вход которого подключается при этом к общей шине, На выходе пикового детектора 2 формируется напряжение

Uebix2 Kay(Uo4Ur.M),

(2)

где Кду - коэффициент передачи дифференциального усилителя 1.

Напряжение (2) пропорционального амплитуде максимального значения сигнала (1) подается на первый вход коммутатора 6.

Сигналы с выходов инверторов 4 и с выхода усилителя 1 поступают на входы инвертирующего сумматора 3. коэффициент передачи которого равен

URbix.a KflyOJo-UrjsIn w t)

.(3)

Напряжение с выхода сумматора 3 подается на вход пикового детектора 8, на выходе которого с учетом его коэффициента передачи,. равного , устанавливается напряжение

10

иВых.8 2Кду11о

(4)

Напряжение (4) пропорционально размаху (удвоенной амплитуде) сигнала 1 и подается на четвертый вход коммутатора 6.

На входы инвертирующего сумматора 7 подается напряжение с выхода инвертора 4 и детектора 8. Учитывая коэффициент передачи сумматора 7, равный , получим на его выходе напряжение

20 иВых.(исм-ио)

(5)

которое пропорционально минимальному значению сигнала (1) и подается на третий вход коммутаторов:

На вход сумматора 5 подается напряжение с выходов детектора 2 и сумматора 7. Учитывая коэффициент передачи сумматора 5, равный ,5, получим на его выходе

напряжение

Uebjx.5 KflyUcM .(6)

которое пропорционально напряжению смещения сигнала (1) и подается на второй

вход коммутатора 6.

На вход делителя напряжения ТО, имеющего коэффициенты передачи ,5, подается напряжение с выхода детектора 8. На выходе делителя 10 получаем напряжение

UBbix.10 KflyUo,

(7)

пропорциональное амплитуде сигнала (1), которое подается на пятый вход коммутатора 6.

При UCM 0 и IUcM I I Uo I , UCM 0, UCM 0 и | UCM I I Uo I устройство работает аналогично. При UCM 0 и I UCM I Uol

сиг нал подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя 1 и устройство работает аналогично описан ному случаю. Измеренные значения UCM, Umax и Umin в этом случае имеют противоположный знак

относительно истинного, т.е. положительный, а не отрицательный, что необходимо учитывать при измерениях.

В моменты превышения входного напряжения пикового детектора 8 под входным напряжением делителя 11 и наоборот

на выходе компаратора 9 формируются перепады напряжения (0-1) и, соответственно, (1-0). Сигнал с выхода компаратора 9 через контакты 2 и 3 переключателя 12 подается на вход формирователя импульсов 13, который запускается задним фронтом импульса компаратора 9 и формирует короткий импульс, поступающий на вход ждущего мультивибратора 14. Сигнал с выхода мультивибратора 14 подается на входы формирователей импульсов 1-5 и 16, которые запускаются его передним фронтом. Формирователь 16 (ФИ5) формирует сигнал управления блоком выборки-хранения, который находится в режиме слежения и при формировании напряжения логического нуля переходит в режим хранения. Сигнал с выхода формирователя 16 через инвертор 19 подается также на вход формирователя 20 (ФИТ), который по заднему фронту импульса с выхода инвертора 19 формирует импульс сброса пиковых детекторов 2 и 8. Формирователь 15 (ФИЗ) вырабатывает импульс задержки. Задним фронтом сигнала формирователя 15 запускается формирователь 17 (Ф.И4), с инвертирующего выхода которого подается сигнал записи на аналого-цифровой преобразователь (АЦП)-. С выхода коммутатора 6 один из сигналов, пропорциональных выделенному значению (Umax, Umin, 2Uo, Uo, UCM), подается на вход блока выборки-хранения, сигнал с выхода которого подается на вход АЦП. Управление коммутатором осуществляется через его управляющие входы напряжением логической единицы. Переключатель 12 выполняет функцию подготовки устройства к работе.

Как видно из представленных временных диаграмм (фиг. 3-5), запись информации в АЦП блока выборки-хранения происходит с некоторой задержкой для исключения влияния переходных процессов, а сброс пиковых детекторов происходит во время перехода блока выборки-хранения из режима хранения в режим слежения, т.е. после окончания записи информации в АЦП, что исключает нестабильность и сбой информации при записи сигнала в АЦП. Ждущий мультивибратор 14 определяет только время смены измерительной информации, поступающей на вход АЦП.

Введение блока выборки-хранения также исключает влияние нестабильности и случайных сбоев во время записи сигнала в АЦП.

Исключение третьего пикового детектора и введение соответствующих связей сократило время преобразования до одного периода входного сигнала и сохранило возможность работы устройства с сигналами, напряжение смещения у некоторых превышает амплитуду полезного сигнала. Формула изобретения

Амплитудный преобразователь, содержащий дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с первой входной -клеммой преобразователя, последовательно соединенные первый пи0 ковый детектор, первый инвертор, второй инвертирующий сумматор и сумматор, а также первый инвертирующий сумматор, выход которого соединен с входом второго пикового детектора, выход которого соеди5 нен с вторым входом второго инвертирующего сумматора, первый и второй делители напряжения, входы которых соединены между собой, компаратор, переключатель, четыре формирователя импульсов, ждущий

.0 мультивибратор, причем вход первого пикового детектора соединен с первым входом первого инвертирующего сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора, выход второго делителя

5 напряжения соединен с первым входом компаратора., первый неподвижный контакт переключателя .соединен с положительной шиной питания, а подвижный контакт соединен с входом второго формирователя им0 пульсов, выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, к выходу которого подключен вход третьего формирователя импульсов, выход первого формирователя импульсов соединен с входами сброса пер5 вого и второго пиковых детекторов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и достоверности измерений, в него введены пятый формирователь импульсов, второй инвертор, блок выборки0 хранения, управляемый коммутатор, причем первый вход коммутатора соединен с .выходом первого пикового детектора и вто- . рым входом сумматора, выход которого соединен с вторым входом управляемого

5 коммутатора, третий вход управляемого коммутатора соединен с выходом второго инвертирующего сумматора, четвертый вход управляемого, коммутатора соединен с выходом второго пикового детектора, а пя0 тый вход управляемого коммутатора соединен с выходом первою делителя напряжения, выход управляемого коммутатора соединен с входом блока выборки-хранения, вход пятого формирователя

5 импульсов соединен с выходом ждущего мультивибратора, а его выход соединен с входом второго инвертора и управляющим входом блока выборки хранения, выход которого является первым выходом преобразователя, выход второго инвертора

соединен с входом первого формирователя импульсов, выход третьего формирователя импульсов соединен с входом четвертого формирователя импульсов, инвертирующий выход которого является вторым выходом преобразователя, второй вход компаратора соединен с выходом первого инвертирующего сумматора, а выход компаратора соединен с вторым неподвижным контактом

переключателя, выход второго пикового детектора соединен с входами первого и второгоделителей напряжения, инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен е второй входной клеммой, а выход - с входом первого пикового детектора, управляющие входы управляемого коммутатора соединены с внешней шиной управления.

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения макси- .мальных.и минимальных значений амплитуды входного периодического сигнала в диапазоне низких и инфраиизких частот при наличии постоянной составляющей в измеряемом сигнале. Сущность изобретения: амплитудный преобразователь содержит дифференциальный усилитель, входы которого соединены с входами устройства, первый пиковый детектор положительных значений и первый инвертирующий сумматор, первый инвертор, сумматор, управляемый коммутатор, второй инвертирующий сумматор, второй пиковый детектор положительных значений,компаратор, два делителя напряжения, переключатель, пять формирователей импульсоз, ждущий мультивибратор, блок выборки-хранения, второй инвертор, 5 ил.

lUnaf

Ы

I

Uuci

д

U-C2

1хш

4--1JJSx U Sin. cut фиг5

US - UoSln vt - U , . Фиа.5