Стохастический цифровой вольтметр Советский патент 1975 года по МПК G01R13/02 

1

Изобретение относится к области измерительной технИКи и может быть ис1юльз0|ва«о для измерения постоянных напряжений.

Известен стохастический цифровой вольтметр, содержащий два счетчика импульсов, цифровое делительное устройство, входы которого соединены с выхода;ми счетчиков, цифровое отсчетное устройство, соединенног с выходом дифр01вото дел:ительнаго устройства. В этом вольтметре значение измеряемой велич-ины отфеделяется методом статистических испытаний, путем подсчета Количества импульсов, амплитуда ксггорых не п1ревышает значения иэмеряемото напряжения, и деления полученного числа на число испытаний. В том случае, гели время измерения продолжительное (стати1стическая законамерность импульсов проявляется в достаточной степени), погрешность известного статистического вольтметра будет определяться точиостью задания распредгления вероятностей амплитуд импульсав, с которыми сравнивается измеряемое напряжение. Известные же методы генерирования случайных сигналов не позволяют строить генэраторы импульсов со случайной paiBпомерио распределенной а мплитудой с точностью лучше чем 1-2%, поэтому, известный стохастический вольтметр имеет низкую точность, что является его существенным недостатком.

Цель изобретения - повышение точности вольтметра.

Предлагаемый вольтметр снабжен последовательно согдвненныМи генератором шума, пороговым устройством с блоком управления порогом срабатывания, управляемым источником эталонного напряжения, фильтро;м нижних частот, дифференциальным усилителем, а также генератором импульсов и ключом, П|ричем .второй вход дифференциалыюго усилителя соэдинен со входом вольтметра, выход - с блоком управления порогом срабатывания, выход которого соединен с пороговым устройством, генератор импульсов через ключ, второй вход которого соединен с выходом порогового устройства, связан с од,нпм из счетчиков и непосредственно со вторым счетчиком.

Структурная схема вольтметра изображена «а чертэже.

На схеме показаны вход 1 вольтметра, дифференциальный усил.итель 2, фильтр 3 ннжних частот, счетчижа 4 и 5, генератор 6

шума, пороговое устройство 7, блок 8 управления порогом срабатывания, управляемый ИСТОЧ1ПИК 9 эталонного наиряжения, ключ 10, гэнератор 11 импульсов, цифровое делительное устройство 12 и цифровое отсчетное устройство 13.

Принцип работы вольтметра заключается в следующем. Мзмеряемое напряжение t/, со входа 1 вольтметра подагтся на один из входов дифференциального усилителя 2, иа вто,рой вход которого подается напряжение с выхода фильтра нижних частот. Счетчики 4 и 5 в исходном состоянии устаиа-вливаются на «луль. Напряжение шума | (/) с генератора 6 поступает на вход порогового устройства 7, которое преобразует его в случайный сигнал u(i), принимающий два значения: «яуль и «единицу соответственно, если I (О У и g (/) У, где У - напряжение, поступающее с выхода блока 8 управления порогом срабатывания. Сигнал и (t) управляет источником 9 эталонного напряжения таким образом, что на его выходг появляется эталовное напряжение, равное максимальному значению из меряемого напряжения U,„, если ы (/) 1 и нулю в противном случае. Фильтр нижних 4aiCTOT выделяет из этого сигнала .нанряжение, равноз его математическому ожиданию т,., и нодает его «а вход дифференцлального усилителя. На выходе дифференциального усилителя появляется усиленная разность измеряемого напряжения И выходного напряжения фильтра ниж1них частот. Усиленная разность этих «аиряжаний, проходя через блО|К управления норогом срабатывавия порогового устройства, меняет порог срабатывания таким образо.м, чтобы напряжение на выходе фильтра .нижних частот стало равиым дазмерязмому напряжению, т. Q часть устройст(ва, содержащая усилитель 2, фильтр 3, генератор 6, пороговое устройство 7, блок 8 и управляемый источник 9 эталонного наоряжения, представляет собой неллнейпую систему автоматического регулирования. Выходным сигналом этой системы является выходной сипнал Р порогового устройства 7, который арииимает два значения «пуль и «единицу. Математическое ожидание этого сигнала определяется выражением

)-и,„(1)

Учитывая, что в установившемся режим г на-нряжвние па выходе фильтра частот (математическое ожидание т,,) равно измеряемо.му напряжению, получаем

fAr.

Л(1)

(2)

Urn

Для случая, кОГда U „ 1, вероятность появления «2ДИНИЦЫ на выходе порогового

устройства 7 числепно будет равна измеряемому нанряжепию. Выражение (2) будет выполняться тем точнее, чем больше коэффициент усил21ния дифференциального усилителя.

Выходной сипнал порогового устройства 7 управляет ключом 10, который разрешает ирохол дение нмпульсов с генератора 11 на выход счетчика 5, если сигнал на выходе пороговото устройства равен «единице, и запрещазт в иротивпом случае. Счетчик 4 подсчитывает общее число импульсов на выходе генератора И. Через время, которое выбирается исходя из заданной статистической погрешности, цифровое дглителытое устройство 12 производит деление показания счетчика 5 на показание счетчика 4. Полученное в результате доленпя число записывается в цифровое отсчетное устройство 13 и представляет собой значение вероятности появления «единицы в двоичном сигнале на выходе порогового устройства , что то же са:мое, значение измеряемого напряжения на входе I вольтметра.

Точность преобразования измеряемого напряжения в вероятность поя|Вления «единицы на выходе порогового устройства в основном определяется точностью задания напряжения иа выходе источника эталонного напряжения и -может быть более 0,01%.

Ф о р 1 у л а изобретения

Стохастический цифровой вольтметр, содержащий два счетчика имиулысов, цифровое

дэлителвное устройство, входы которого соединены с выходами счетчиков, цифровое отсчетное устройство, соединенное с выходом цифрового деллтельного устройства, отличающийся тем, что, с -целью повышения точности,

он снабжен лоследоватгльно соединенными генератором шума, пороговым устройством с блоком управления порогом срабатывания, управлемым источником эталонного напряжения, фильтро.м нижних частот, дифференциальньш усилителем, а та-кже генератором импульсов и ключом, причем второй вход дифференциального усилителя соединен со входом вольтметра, выход - с блоком управления норогом .срабатывания, выход которого соединен с пороговым устройством, генератор импульсов через ключ, второй вход которого соединен с выходо.м порогового устройства, связан с одним из счетчиков и непосредственно со вторым счетчиком.