Устройство для сравнения аналоговых сигналов Советский патент 1979 года по МПК G05B1/01 

I

Предлагаемое устройство для сравнения аналоговых сигналов относится к контрольно-измерительной технике и може быть использовано, в системах автоматического контроля.

Известны устройства для сравнения постошшых нанряже1шй, построенные на базе ()еренциального усилителя по специальным схемам, содержащим балансные каскады fl j.

Использовагше этих схем устраняет недостатки, присущие дифференциалыйям усилителям: снижает дрейф нулевого уровня, температурный дрейф.

Эти устройства имеют достаточно высокую чувствительность и быстродействие, но область их применения ограьшчена сравнением только постоянных напряжений.

Извест:ц.1 также устройства для сравнения двух переменных напряжений, состоящие из двух зарядных уси/мтелей, двух запоминакидих ячеек, блока задержки времени, дифф&ренцирукшей цепи, зарядного ключа, нуль-органа, ячейки запрета, .селектора импульсов по длительности 2. Устройство позволяет сравнить два пере- Msiffibix сигнала с учетом амплитуды и фазы и выдает импульсный сигнал превышения одного входного сигнала над друРИМ. Устройство имеет низкую точность дрейфа аналоговых элементов, большое количество элементов и огра1шченкое применет1е только для сравнения переменных напряжений. Общий недостаток рассмотренных устройств заключается в том, что по результату сравнения нельзя определить, насколько отличаются друг от друга сравниваемые напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому

техштческим решением 5Шляется устройство для сравнения аналоговых сигналов, содержашее интегратор вход которого соединен с выходом согласующего блока, а выход связан со входом ключа, времязадающий блок, соединенный с управляющими входами гштегратора и ключа 3.

Устройство имеет низкую точность из-а а схемы вычитания переменных на36и температурного дрейфа выпря мителей и поэтому о величине превышеввя одного сравниваемого напряжения над другим можно судить лишь приближенно по величине выходного напряжени и Целью настош1его изобретения является повышение точности и расширение области применения (сравнение переменных и поото5шных напряжений между собofl устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство для сравнения аналоговых сигналов содержит дополнительные ключи и запоминающий блок, управляющие входы которых подключены к времязадаюшему блоку, вход запоминающего блока соединен с выходом основного ключа, выходы дополнительных ключей подключены ко входам согласующего блока, а их входы являются входами устройства. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства ДЛ51 сравнения а1шлоговых сиг налов; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства при cpeiBнении двух переменных нахфязкений; на фиг. 3 временная диаграмма работы устройства при сравнении переменного и отрицател ного постоянного напряжения и на фиг. 4 - временная диаграмма работы устройс ва при сравнении переменного и положительного постоянного напряже1шя. На фиг. 1 приняты условные обозначени5: первый вход 1, второй вход 2, дополнительные ключи 3, 4, согласующий блок 5, интегратор 6, времязадающий блок 7, основной ключ 8, за юминающий блок 9, выход Ю устройства. Устройство для сравнения а1 юлоговых сигнйлов содержит три ключа 3, 4, 8 (фиг, l), которые управляются времязадаюшим блоком 7. Ко входам ключей 3, 4 подключены источники сравниваемых напряжений U и Ug. Времязадающий блок 7 управляет ключами так, что ключ 3 включается на время наличия на его входе положительной полуволны напряжения и , затем включается ключ 4 на время наличия на его входе отрицательной полу волны напряжения Un. Выходы ключей 3 и 4 связаны с согласующим блоком 5, который служит для изменения амплитуды входного тока интегратора 6 на величину коэффициента формы для приведения среднего значения тока, получаемого после интегрирования полуволны напряжения, к действующему значению. Согласукяяий блок 5 с входом интегратора 6, который управляется времязадаклцим бло0КОМ 7 так, ЧТО последовательно интегрирует подключаемые на его вход полуволны входных напряжений. Интегратор 6 в момент времени t выдает среднее значение первого напряжения и.В момент времени fc, подключается полуволна второго напряжения (2 противоположной погшр- иостк, и напряжение на выходе интегратора 6 начинает уменьшаться. В момент време1Ш 1,4 на выходе интегратора 6 остается постоянное напрях ение, равное разности значений U и U Выход интегратора 6 связан со входом ключа 8, второй его вход связан с выходом времязадакяцего блока 7, который открывает ключ 8 после момента времени t, , для записи выходного напряжения интегратора 6 в запоминающий блок 9, вход Которого связан с выходом ключа 8. Второй вход запоминающего блока 9 связан с выходом врем яз а дающего блока 7 ДЛЯ обнуле{гая предыдущего аначения разности напряжений перед записью в запоминающий блок нового значения разности. Это напряжение хранится в запоминающем блоке до конца следующего цикла сравнеш1я и характеризует величину разности сравниваемых напряжений. После записи выходного напряжения в запоминающий блок 9 интегратор 6 в момент времени t с обнуляется сигналом от времязадающего блока и процесс сравнения повторяется. Таким образом, в предлагамом устройстве сравниваемые напряже шя поочередно подключаются через согласующий блок ко входам интегратора на время, равное половине периода переме1шого напряжения. Одно напряжение подключается в течение положительной полуволны ( Ьл fc. ), второе - в течегше отрицательной полуволны (). На выходе интегратора выделяется посте5шная составляющая, равная разности средних значений сравниваемых переменных напряже1П5Й Ucp. .-U,p. . Масштабные резисторы в согласующем блоке 7 выбираются так, чтобы при интегрировании напряжения в течение- полупе- риода на выходе интегратора в конце полупериода напряже1те было равно его действующему значению U . Так как действующее значе1ше переменного иалря ке11Ия U связано со сред1тм 3Ha4Cin eN .через коэффициент JCP. через формы Кф ср- К Диср-и,р;-и,р 2 Ф Таким образом, З1шчение выходного напряжения интегратора равно разности де ствующих значений двух сравниваемых напряжений. Это позволяет производить cpaBHeirae переменного напряжения с пос тоянным любой полярности, которое подключается для сравне1шя на время равно половине периода переменного напряже1ш Положительное постоянное напряжение подключается на вход 1, а отрицательное постоянное напряжение - на вход 2, при этом на другой вход подается срав1шваемое переменное напряжение. Устройство позволяет также; производить сравнение двух посто$шных напряжений противополо ной полярности. Выходное напряжение интегратора через ключ записывается в запоминающий блок, в котором хранится до следующего сравнения входных напряжений. Выход запоминающего блока явля ется выходом устройства, В связи с тем,что интегратор интегри рует сначала положительную полуволну (положительное значение) первого напряжения, а затем отрицательную полуволну (отрицательное значение второго напряжения), нестабильность постоянной вре мени интегратора не оказывает влижшя на погрешность результата определения разности, т.к. входит в виде погрешности как в первое, так и во второе зна чение интеграла и в их разностя компенсируется. Это делает предлагаемое ус ройство более точным, чем известное. Рассмотрим процесг сравнения двух переменных напряжений при U (J2 Врем5 задающий блок 7 (фиг, l) в момен времени i, подключает вхрдное напряжение и через открытый ключ 3 и согласую щий блок 5 на вход интегратора 6 (фиг, 2), . С момента времени t до момента времени t 2 интегратор производит интегри рование положительной полуволны напряжения и . С момента времени-fc таким же образом 1штегрируется отрицательная .полуволна напряжения U Выходное напря жение интегратора уменьшается и в момент времени t становится равным разности действующих значений первого и второго сравниваемых напряжений. С момента времени t ДО t это напряже1те с выхода интегратора переписывается в запоминающий блок 9 через ключ 8, после чего напряжение на выходе интегра- тсра обнуляется. Запоминающий блок Я выдает постоянно величину этой разности на выходе 10. Следующий цикл сравнения напряжений может начаться после момента времеЕШ t 5 Сдвиг фаз между нагфяжергиями и и и не оказывает влияния на процесс сравнения. В этом случае вреtn nt. ,дне совпадают. На фиг. 2 пунктиром показаны процесс сравнет1я напряже1шй при условии, что U J Если одно из сравниваемых напряжений перемешюе, а второе - постоянное отрицательной полярности, и (J U2 то последнее подается на вход 2. Процесс сравнения происходит аналогично предыдущему и показан на фиг, 3. С момента времени до t, форма напряжения на выходе интегратора имеет вид наклонной гфямой, т.к. интегрируется постоянное напряжение. Если одно из срав1гаваемых напряжешгй переменное, а вторюе-постоянное положительной полярности, то последнее подается на вход 1, Процесс сравнения происходит аналогично первому случаю и показан на фиг, 4, На фиг. 3, 4 пунктиром показан процесс интегрирования постоянного напряжет1я и получение выходного напряжения, если постоянное напряжение больше действующего значения переменного напряжения. Во всех случаях, если напряжениеЦбольще Uc то результат сравнения - разность действующих значет1й напряжения - имеет отрицательный знак, если напряжеmie Ur больше U,, то разность имеет положительный знак. Использоват е предлагаемого устройства по сравнению с существующими имеет следующие преимущества: а)расширяет класс решаемых задач, т.к. позволяет сравнивать переменные И nocTosniHbie напряжения в любом сочетании;б)в результате сравнения получается абсолютная величина разности срав ниваемых напряжений, что позволяет использовать ее для дальнейших вычислительных операций; в)имеет повышенную точность в связи с отсутствием вычитающего блока, оперирующего с пepeмeн ПзIMи напряжг.ш ниями, и компенсацией основных погрешностей интегратора в величине разности. Формула изобретения Устройство для сравнения аналоговых сигналов, .содержащее интегратор, вход которого соединен с выходо : согласую