Способ измерения постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к информаци онно-измерительной технике, и может быть использовано в случаях, когда необходима нелинейная измерительная характеристика, в частности, для рас ширения динамического диапазона измерения. Известен способ измерения постоян ного тока, в . котором получение нелинейной измерительной характеристик достигается за счет использования элементов с нелинейной вольт-амперно характеристикой l. Недостатком это го способа является низкая точность. Известен также способ измерения постоянного тока, заключающийся в промежуточном преобразовании измеряе мого тока в среднюю частоту последовательности импульсов и ее последующей регистрации 2 . Недостаток способа заключается в ограниченных функциональных возможностях, в частности, невозможности получения нелинейной измерительной характеристики требуеморб вида. Целью изобретения является получе ние нелинейной измерительной характеристики заданного вида. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения постоянного тока, включающем промежуточное преобразование измеряемого тока в среднюю частоту сформированной последовательности импульсов и ее последу-г ющую регистрацию, формирование последовательности импульсов осуществля ют по случайному закону распределения импульсов во времени, после чего преобразуют сформированную последовательность импульсов методом ста- тистической выборки импульсов. На чертеже представлена- функциональная электрическая схема устройства. Устройство содержит входной согласующий каскад 1, сравнивающее устройство 2, к входс1М которого подключены выходы входного каскада 1.и частотно-аналогового преобразователя 3, а к выходу - вход усилителя 4 сигнала управления, выход усилителя 4 подключен ко входу генератора 5 импульсов, распределенных во времени по случайному закону. Выход генератора 5 подключен к входам преобразователя 3 и устройства 6 статистической выборки. Генератор 5 импульсов распределенных во времени по случайному закону, выполнен на генераторе шума

7, амплитудном дискриминаторе 8, фор мирователе импульсов 9.

Элементы 1-5 осуществляют преобра зование входного тока в среднюю час тоту последовательности импульсов, распределенных во времени по случайному закону, следуклцим образом. I В отсутствие тока на входе устрой ства отсутствует сигнал разбаланса ; на выходе сравнивающего устройства 2 и сигнал управления на выходе усилителя 4, при этом напряжение дискриминации дискриминатора 8 устанавливается таким, что на его выходе и на выходе генератора 5 отсутствуют выходные импульсы. При подключении входа устройства к источнику тока т выходе сравнивающего устройства 2 . появляется сигнал разбаланса, который усиливается усилителем 4 и подается на вход управления дискриминатора 8, при этом уровень дискриминации дискриминатора 8 понижается и на выходе генератора 5 появляются импульсы, распределенные по закону Пуассона. Импульсы подаются на вход преобразователя 3 и преобразуются и ток, который поступает на второй вход сравнивающего устройства 2. Уровень дискриминации дискриминатора 8 понижается и соответственно возрастает средняя частота следования импульсов на выходе генератора 5 до установления динамического равновесия между входным током и током компенсации с выхода преобразователя 3.

Таким образом, элементы 1-5 осуществляют преобразование измеряемого тока в частоту следования импульсов, распределенных во времени, по случайному закону, например - по закону Пуассона, т.е. выполнение операции, описываемой математическим выражени ем вида:

. F К1(1)

где F - средняя частота статистически распределенных импульсов, К коэффициент преобразования в имп/сек .на единицу тока, 1 входной.ток

Как известно, закон Пуассона определяет вероятность прявления К импулсов на временном интервале t при средней частоте f на бесконечно большом интервале:

P(k) (ft)- (kl). exp(-ft) (2) Из закона Пуассона вытекает, что плотность вероятности временного интервала to между импульсами равна: P(to) - fexp(-ft)(3)

Распределение Pttfl) является непрерывным и нормированным.

Далее с помощью устройства 6 статистической выборки осуществляется преобразование полученного первичног потока статистически распределенных импульсов во вторичный поток со статистической выборкой импульсов, обеспечйвающей сужение динамического диапазона средней частоты следования

импульсов и нелинейное его npeo6pa3OJ вание по частоте. Задаваемый закон статистической выборки будет определять закон нелинейности характеристи ки.

Учитывая, что временное распределение интервалов между импуЛьсами является непрерывным распределением,статистическая выборка может быть проведена по длительности интервала между импульсами. Такая выборка разделяется на два вида: продлевающегося и непродлевающегося типа.

Для выборки продлевающегося типа устройство выборки выполняется таким образом, что по приходе любого импульса первичного потока, импульс

пропускается на выход схемы во втори ный поток, если временной интервал до предшествующего импульса больше - установленного времени ограничения.

При распределении импульсов по закону Пуассона из формул 2 и 3 следует, что вероятность регистрации импульса на бесконечно малом временном промежутке dt равна:

Р(1) fdt, ()

а вероятность отсутствия импульса на временном интервале

Р(0) exp(-ft)(5)

Вероятность пропускания импульса из первичного потока во вторичный будет равна вероятности импульса на интервале dt, умноженной на вероятность отсутствия импульса на интервала , предшествующем интервалу dt, откуда средняя частота следования импульсов вторичного потока после выборки будет равна:

F fexp(-fC)(6)

Закон нелинейности измерительной характеристики принимает вид:

F К1exp(-Ktl)(7)

Для выборки по интервалу непродлевающегося типа устройство выборки выполняется таким образом, что после Кс1ждого импульса первичного потока, пропущенного во вторичный поток, схема закрывается на время для всех последующих импульсов. Если в течение некоторого большого времени Т на вход схемы поступило N импульсов первичного hoTOKa (N f-T), из которых М было пропущено во вторичный поток (М F-T), а L импульсов нет, то общая длительность блокировки устройства выборки т будет равна: т - М -t(8)

Откуда I f.f « M-f-T (9) . R - М + L Н(1 + ff) (10) F - f-(1 + ft} (11) Закон нелинейности при выборке по интервсшам непродлевающегося типа примет вид: F - К1(1 + Kfl) (12)

Аналогичным образом могут оыть получены нелинейные характеристики и по другим законам изменением либо

закона статистического распределени5 импульсов и интервсшов между импульсами (показательное, равномерное и т.д.). либо закона.статистической выборки импульсов во вторичной поток (продлевающийся интервгш по двум предьщущим импульсам, по флюктуирующему интервалу и т.д.).

Дёшее осуществляется регистрация средней частоты импульсов вторичного потока в цифровой или аналоговой форме с использованием соответствующих .технических средств.

Таким образом, е5лагодаря отличительным признакам изобретения может быть получена нелинейная измерительная характеристика требуемого вида, что в частности, необходимо для расширения динамического диапазона изме -рения. Таким образом, расширяются функциональные возможности способа.

Формула изобретения

Способ измерения постоянного тока, включающий промежуточное преобразование измеряемого тока в среднюю частоту сформированной последовательности 5 импульсов и ее последующую регистрацию, отличающийся тем, что. с целью получения нелинейной характеристики заданного вида, формирование последовательности импульсов осуществляют по случайному закону распреде0ления импульсов во времени, после чего преобразуют сформированную последовательность импульсов методом статистической выборки импульсов.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

1.GMmour G.A. 1 ЕЕЕ Trans NS-U 1, 1967, с. 321.

2.Ольдскон Л.Г.,Казанов В.И. В сб. Ядерное приборостроение ,

0 вып. , М. , Атомиздат, 1968, с.24 (прототип).

5)109

ВнлвУ