Устройство для измерения логарифмического декремента электрических колебаний Советский патент 1977 года по МПК G01R29/00 

(54) УСТРШСтеО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО ДЕКРЕМЕНТА ЭЛГ-КГРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

первой цепи соединен с первым выходом счетчика числа периодов входного сигнала управлшощий вход второго атшлогового ключа первой цепи. - с выходом второго элемета совпадения, управляющий вход второго аналогового ключа второй цепи с выходом второго элемента задержки, выход логического порогового элемента сравнениявторым входом второго элемента совпадерия, а входы элемента ИЛИ-с соответса- вующими выходами счетчика числа периодов входного сигнала, вводят два дополни тельных Элемента совпадения, причем их выходы соединены с соответствующими входами триггера, выход которого соединен с управляющим входом первого аналогового ключа второй цели, вход первого дополнительного элемента совпадения подключен к выходу компаратора, вход второго допол витального элемента совпадения - к выход} первого элемента задержки, а их вторые входы - к выходу генератора импульсов образцовой частоты.

Это позволяет уменьшить погрешность дискретности измерительного устройства, накапливающуюся при переходе от одного предела измерения к другому, а также использовать один аналоговый элемент запоминания амплитуды напряжения-первого периода исследуемых колебаний независиМО от количества переключаемых предепсе измерения.

На чертеже показана схема-, устройства дпя измерения логарифмического декремента электрических колебаний,

Устройство содержи-т аналоговые ключи 1-4 управления запоминающими конденсаторами 5 и 6, диоды 7 и 8,, отключающие запоминающие конденсаторы от входа устройства в момент перехода мгновенного значения амплитуды напряжения входного сигнала через маиссимум, резисторы 9 и 10, компаратор 11, генератор 12 .импульсов образцовой частоты, элементы 13 и 14 совпадения, триггер 15 формирования импульса длительностью, пропорциональной логарифмическому декременту, с элементом 16 совпадения, счетчик 17 числа импульсов образцовой частоты, уложивщихся в импульс, пропорциональный логарифмическому декременту, логический пороговьй элемент сравнения (дискриминатор 18, формирователь 19 входного сигнала в прямоугольные электрические импульсы, счетчик 20 числа периодов колебаНИИ входного сигнала, переключатель пределов измерения, состоящий из элемента ИЛИ 21 и элемента 22 совпадения, и элементы 23 и 24 задержки. Электрические колебания напряжения исследуемого входного сигнала, затухающие по амплитуде, поступают по входу 25, цифровой код, соответствующий измеряемому логарифмическому декременту, поступает по выходам 2

В исходном состоянии счетчики 17 и 20 и триггер 16 находятся в нулевом положении, аналоговые ключи 1-4 закрыты, конденсаторы 5 и 6 разряжены, с; выхода порогового элемента 18 поступает сигнал, разрещающий прохождение выходных импульсов счетчика 20. на элементы устройства.

С поступлением по входу 25 затухающих по амплитуде электрических колебаний формирователем 19 производится формирование периодов входного сигнала в прямоугольные электрические импульсы, которые подаются на вход счетчика 20. Импульс с первого выхода счетчика 20, совпадающий по времени с первым периодом колебаний входного игнала, открывает аналоговый ключ 1, и первый no/ioжительный полупериод входного сигнала поступает через диод 7 на запоминающий конденсатор 5. В момент перехода мгновенного значения амплитуды напряжения входного сигнала через максимум диод 7 закрывается, и на конденсаторе 5 остается потенциал, равный амплитуде напряжения первого положительного полупери да входного сигнала.

Импульсом, поступающим сП, -го выхода счетчика 20 через-Элемент ИЛИ 21 и элемент 22 совпадения, соответствующим П -му периоду входного сигнала, открывается аналоговый ключ 2, Аналогично производится запоминание амплитудного значения.п.-го положительного полупериода входного сигнала конденсатором 6. Этот же импульс, задержанный с помощью элемента ЧЗ задержки, поступает на один из входов элемента 13 ссчвпадения, на второй вход которого подаются импульсы генератора 12, Первым импульсом, постунающим по выходу элемента 13 совпадения и соответствующим фронту импульса генератора 12, перебрасывается триггер 15 в единичное состояние, его выходным сигналом открывается аналоговый ключ 3, подключающий к конденсатору 5 резистор 9. Напряжение на конденсаторе 5 U начинает уменьшаться по экслоненте

t

.

(1)

амплитуда напряжения первого положительного полупериода входного сигнала;

Т - постоянная времени разряда конденсатора 5, fc - текущее время разряда коиденсатора 5. В момент равенства напряжений на конденсаторах 5 и 6 собгиодаетсп усповтю n-i.max амплитуда 1 апряже 1ия П -го положительного попупери.ода вход ноле сигнала; ±. PJ - момент равенства напршкеиий на к денсаторах. Компаратором 11 при этом вырабатывается фронт перепада напряженчл, посгтупающего на один из входов элемента 14, ссвпадения, на второй вход которого подаю ся импульсы генератора 12. Первым импул сом, поступающим с выхода этой схемы со падения, соответствующим импульсу генера тора 12, триггер 15 перебрасывается в н левоесостояние. Резистор 9 отключается от запоминающего конденсатора 5, на кото ром остается напряжение и е С-(3) 1 . где At.( - интервал времени между моментом равенства напряжений на конденса торах 5 и 6 и моментом переброса триггер 15 в нулевое состояние. На выходе триг-ч гера 15 формируется импульс, длительность которого кратна целому числу периодов генератора импульсов образцовой частоты и пропорциональна логарифмическому декременту с погрешностью, не превышающей периода генератора 1лшульсов образцовой частоты, д-ь, Ci) t,t -NJ-Ttnгде Т - период генератора импульсов образцовой частотыО«л, ;Геп , где tr- логарифмический декремент.; Число импульсов генератора 12 образцо вой частоты, совпадающих по времени с выходным импульсом триггера 15, выделяется элементом 16 совпадения и подсчитывается счетчиком 17.. Выходной импульс счетчика 20, соответ- ствуюший П -му периоду входного сигнала, задержанный элементом 24 задержки. открывает аналоговый ключ 4, разряжая запоминающий конденсатор 6. По выходам счетчика 17 появляется код числа, пропорционального логарифмическому декременту с погреип остью в одну единицу дигжретности. Этот код подается на входы дискриминатора 18, на выходе которого имеется напряжение, если число, записанноэ Е счетчике 1/, кленьше кпп1Г1маль- но допустим иго. Э-го напряжение пс-дается на вход эпемпита 22 совпадения, на второй вхо/.гкоторого п&тгупает и.гггупьс со еле дующего выхода счотчяка числа т-ериодов Бходиого 20, соответетвующий .11, ™му ьериоду входного сигнала. импульсом СЮва открывается аналоговый KJU04 2 аналогично осуществзшется запо шнание конденсатором 6 амплитуды напрячсеция П попожлггель ;ого полунериода sxo.miO-го сигнала U.j.|j,y,-., 1П1реоб мооЕанпеотн&шения 1ап я;кений на запоминающих конденсаторах б П G Б интервал времеин, а за™ тем в .гнело и 5пуяьсов г-енератсра образ довой . Это число .пов попеть--тываетсл счетчиком 17 прибавляясь к ранее хранимому в числу, Flpii такем преобразовапин в г-ломйнт выключения ipHr гера 16 напряжемте на запомнпшощем крн-« денсатрре 5 равн.о t,-t.i-t. где i - интервал времени между моментом начала формирования экспоненты из налряжен11Я (З) и моментом равенстве на пряжений ia конденсаторах 5 и 6; At2 - интервал времени-, между моментом равенства напряжений на конденсаторах 5 и 6 и моментом переброса триггера 15 в нулевое состояние., Интервал времени-t -V Atj, , пропорцноналЬ ный логарифмическому декременту, содержит две составпй.ощие погрешности. Первая соо тавляюи1ая обусловлена тем что экспонента формируется не из напряжениз, равного амплитуде tl го положительного полуперио да входного сигнала ,гпаж -ипяу напряжения (З), а вторая составляющая пог- решности вызывается интервалом времени Ai. Иа выражения (5) видно; что первая составй ляющая рассматриваемой погрещности равна -At, поэтому при суммир(жании временно го интервала t . иранее полученного i, + д-t она исключается, и в результате остается погрешность Д i , , которая не превышает периода следования импульсе генератора образцовой частоты 0:$ Aij Т. Код суммарного подсчитанного счетчиком числа, которое также пропорционально логарифмическому декременту (логарифму отношения амплитуд первого и h, -го положительных полупериодов входного сигнала) погрешностью, не лревьпиающеП одной едн,ницы дискретности, снова сравнивается с минимально допустимым значением с п& и т.д. Процессы мощыо дискриминатора 18, и, -го запоминания амплитуды напряжения м, П г го и поспедующих попожитепьных полупериодов входного сигнала, преобразов«иия отношения напряжений на запоминающих кон денсаторах 5 и 6 в число импульсов генератора образцсвой частот , суммирования его с ранее подсчитанным числом импульсов этого же генератора и сравнения кода получаемого суммарного числа с мИ1гимально допустимым значением повторяются до тех пор пока код суммарного числа не превысит его минимально допустимое значение. При этом помощью элементассжпадения 22 запрещает ся прохождение импульсов с выхода счетчик 20 на входы остальных акементсда устройства. Процесс измерения логарифмического дек ремента на этом зака1гчивается. Число, кодсмзая комбинация которого поступает по выходу 26, пропорционально логарвфмическому декременту, причем время измерения логарифмического декремента (числ периодов входного сигнала между первым и последним запоминаемыми значенияк. и их амплитуд напряжения) автоматически выбирается таким, чтобы точность измерения бьь ла оптима.. Причем так как псгрешности измерения, вносимые дискретностью устройства на двух соседних пределах измерения, взаимно уничтожаются, результат измерения логарифмического декремента имеет погрешность, не превышающую одной едини1Ы дискретности устройства, независимо от количества пределов измерения. зобретения р м у л а Устройство для измерения логарифмического декремента электрических колебаний, содержащее две одинаксвые цепи, вклюпенные параллельно между входисй клеммой устройства в земляной шиной, состоящие из послЕдсжательно .соединенных первсиго аналогового ключа, диода, второго аналогового ключа н pe3HCTOf a, включенные параллельно вторым аналоговым ключам и ро.зисторам обеих цепей, зшюминаючие кондоцсаторы, пот(.нциалы1ые выводы которых соединены со входами компаратора, последовательно соединенные триггер, первый элемент совпадения, счетчик и логический пороговой элемемт сравнения, а также генератор импульсов образцовой частоты, подключенный ко второму входу первого элемента ссжпадения, счетчик числа периодов входного сигналя, подключенный ко входной клеммо устройства через формирователь, и последовательно соединенные элемент ИЛ11, второй элемент ссжпадения и два элемента задержки, причем управляющий вход первого аналогового ключа первой цепи соединен с первым выходом счетчика числа периодов входного сигнала, управляющий вход второго аНгалогового ключа первой цепи - с выходом второго элемента совпадения, управляющий вход второго аналогового ключа второй цепи - с выходом второго элемента задержки - выход логического порогового элемента сравнения - со вторым входом второго элемента совпадения, а входы элемента ИЛИ ь с соответствующими выходами счетчика числа периодов входного сигнал;), отличающееся тем, что, g цепью повьиления точности, в него введены два дополнительных элемента совпадения, причем их выходы соединены с соответствующими входами триггера, выход которого соединен с управл5по- щим входом первого аналогового ключа второй цепи, вход первого дополнительного элемента совпадения подключен к выходу компаратора, вход второго, дополнительного элемента совпадения - к выходу первого элемента задержки, а их вторые входы - к вы ходу генератора импульсов образцовой частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 98915, -кл.бО 29/ОО, 1954. 2.Авторское свидетейьство СССР № 377702, кл.СО Т 29/UO, 1973.