Устройство для выделения переменнойи пОСТОяННОй СОСТАВляющиХ элЕКТРи-чЕСКОгО СигНАлА Советский патент 1981 года по МПК G01R19/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЬЩЕЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ И ПОСТОЯННОЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА

щей выходного сигнала относительно входного, возникающее за счет использования демодуляции, что приводит к уменьшению точности определения поетоянной составляющей. Амплитуда выходной переменной составляющей зависит от постоянной составляющей, что требует дополнительной компенсации при разделении сигналов и увеличивает погрешность.

Цель изобретения - повышение точности и уменьшение фазового сдвига между переменными составляющими входного и выходного сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для выделения переменной и постоянной составляющих электрического сигнала, содержащее блок управления, преобразователь напряжение-частота, два .счетчика, усилитель , «резистор, источник напряжения, сумматор и компаратор, соединенные со входом устройства, снабжено вторым сумматором, двумя элементами 2 И, цифровым управляемым резистором цифроаналоговым преобразователем и генератором, соединенным через элемент 2 И со счетчиком, выход которого соединен со входом цифрового управляемого резистора, выход которого соединен со входом усилителя и резистором, второй выход которого соединен с выходом усилителя и входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с одним входом второго сумматора, второй вход которого, как и вход цифрового управляемого резистора, соединен с выходом источника напряжений, а выход второго сумматора соединен с первым выходом устройства, вторыми входами компаратора и сумматора, выход которого соединен со вторым выходом устройства, причем вход устройства дополнительно соединен с преобразователем напряжение-частота, выход которого через второй элемент 2 И и второй счетчик со входом цифроаналогового преобраз ователя, а выход компаратора соединен с блоком управления, один выход которого соединен со входами элементов 2 И, а два других соответственно с управляющими входами счетчиков и управляющими входами цифрового управляемого резистора и цифроаналогового преобразователя.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит компаратор 1 преобразователь 2 напряжение-частота , сумматор 3, генератор 4 постоянной частоты, элемент 2 И 5, счетчик 6, цифровой управляемый резистор 7, усилитель 8, резистор 9, цифроаналоговый преобразователь 10, сумматор 11, выход которого соединен с выходом устройства, источник12 напряжения, второй элемент 2 И 13,

второй счетчий 14, блок 15 управления с выходами 16, 17 и 18.

Устройство работает следующим образом.

Компаратор 1 выполнен в виде усилителя постоянного тока с дифференциальными входами, выход которого соединен со счетным входом триггера, выходной сигнал которого поступает на выход компаратора (на чертеже не показано). На выходе компаратора 1 сигнал 1 возникает в интервалах между нечетным и четным моментом, когда входной сигнал превышает сигнал на выходе сумматора 3. В интервалах между четным и нечетным моментами вышеуказанного превышения сигнал на выходе компаратора 1 равен нулю. В исходном состоянии счетчики 6 и 14 установлены в нулевые состояния. На вход устройства подается напряжение UJL,,; , содержащее переменную и постоянную составляющие. Пусть входной сигнал имеет вид:

U..V е

(i:

М 6in (JL

fex

- круговая частота переменгде CJL ной составляющей. В начальный момент напряжение на выходе сумматора 11 равно нулю и на выходе компаратора 1 сигнал соответствует 1. в первом цикле измерения блок 15 управления по этому сигналу формирует на выходах 16 и 18 команды Счет и Перезапись. При этом от генератора 4 постоянной частоты чере элемент 2 И 5 на вход счетчика 6 поступают импульсы с постоянной частоВ счетчике 6 отсчитывается

той

текущее число Nt, .

t,2)

где t - текущее время включения компаратора 1.

Текущее число N, все время переписывается в память цифрового управляемого резистора 7. Под воздействием числа Nfc, сопротивление цифрового управляемого резистора 7 изменяется. Его величина соответствует RT KliNfe,(3)

где V. - масштабный коэффициент цфрового резистора 7 с размерностью Ом/число. Напряжение на выходе усилителя 8 определяется выражением:

(4)

i-H

и

Ч.

где . напряжение источника 12;

T2g- сопротивление резистора 9. В то же время входной сигнал воздействует на преобразователь 2 напряжение-частота, на выходе которого формируются импульсы,напряжения с частотой :

f4 -fo aUb, (5) .

йГде fjj - начальная частота преобразователя 2, На - коэффициент преобразования преобразователя 2 с раз мерностью Гц/в. Импульсы с частотой ч через эле мент 2 И 13 поступают на.счетчик 14 Число отсчитываемое счетчи ком 14, . Ni4 lo f (t)d t, (6) поступает на цифроаналоговый пре-, образователь 10, сигнал на выходе к торого описывается выражением; A),O U8- |oNl4 U|2-f-pio2 X2 2 l(-C0560t) U) где V.Q - безразмерный масштабный коэффициент цифроаналогового преобразователя 10. Выбором масшабных коэффициентов множитель . приравнен единице, и вырая ение (7) имеет вид: ,d-( где слагаемое у имеет размернос В. Напряжение на выходе сумматора 1 равно V J o- l - tlHU-cobut) (9) где Цг, - напряжение источни11- kr 2. ка 12. Напряжение Un поступает на вт рой вход компартора 1, на выходе ко торого напряжение соответствует сиг налу 1. Сигнал 1 на выходе компаратора исчезает в момент, когда входной сигнал во второй раз (четный момент превышает Uii , что происходит при t to ц7 В эт же момент на выходе 18 блока 15 управления исчезает команда Перезапись, а через небольшой промежуток времени на выходе 17 появляется команда Сброс, устанавливающая счет чики 6 и 14 в нулевые состояния. Пр этом в памяти цифрового управляемого резистора 7 и цифроаналогового преобразователя 10 остаются соответ ственно числа NO и Ы, , полученные в момент времени t . В следующий интервал времени, когда сигнал на выходе компаратора 1 соответству ет О, напряжения на выходах сумма торов 3 и 11 соответственно равны ;(10) i.,.-4rMbinu t. Таким образом, на выходах устрой ства получены постоянная и переменная составлякхаие входного сигнала.. Следукхций цикл измерения происхо дит после очередного превьпиения входным сигналом напряжения U, , т. е. через период входного сигнала При этом появление 1 на выходе компаратора 1 соппадает с командой Счет на выходе 16. Процесс работы счетчиков 6 и 14 совпадает с ранее описанными, а в схемах памяти цифрового управляемого резистора 7 и сумматора 11 продолжают храниться ранее запомненные числа. При исчезновении 1 на выходе компаратора 1 исчезает команда Счет, выдается команда Перезапись, а после ее окончания команда Сброс. Затем вышеописанный цикл повторяется периодически. При этом сигналы на выходах устройства продолжают описываться выражениями (10), (11). Положительный эффект заключается в получении по раздельным выходам с высоким быстродействием переменной и постоянной составляющих входного сигнала инфранизкочастотного диапазона. При этом между динамической составляющей входного сигнала и сигналом на выходе устройства отсутствует фазовый сдвиг, так как переменная составляющая на выходе получается вычитанием из входного сигнала его постоянной составляющей. Амплитуда определенной переменной составляющей равна амплитуде переменной составляющей входного сигнала и не зависит от уровня постоянной составляющей, что повышает точность определителя. При усталостных и ресурсных испытаниях конструкций задаваемые механические нагрузки в большинстве случаев имеют разные значения положительных и отрицательных амплитуд, а закон изменения мгновенных значений нагрузок между амплитудами отличается от их аналитического описания. Поэтому возможность анализа реальных переме нных и постоянных составляющих сигнала повышает достоверность результатов испытаний, что позволяет определить оптимальный вариант конструкции и, как следствие, приводит к повышению ресурса изделий. Формула изобретения Устройство для выделения переменной и постоянной составляющих , электрического сигнала, содержащее блек управления, преобразователь напряжения-частота, два счетчика, усилитель, резистор, источник напряжения, сумматор и компаратор, соединенные со входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения фазового сдвига между переменными доставляющими входного и выходного сигналов, оно снабжено вторым сумматором, двумя элементами 2 И, цифровым управляемым резистором, цифроаналоговым преобразователем и генератором, соединенным через элемент 2 И со счетчиком, выход которого соединен со входом цифрового управляемого резистора, выход которого соединен со входом усилителя и резистором, второй выход которогд соединен с выходом усилителя и входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с одним входом второго сумматора, второй вход которого, как и вход цифрового управляемого резистора, соединен с выходом источника напряжений, а выход второго сумматора соединен с первым выходом устройства вторыми входами компаратора и сумматора, выход которого соединен со вто рым выходом устройства, причем вход ycTpcvTcTBa дополнительно соединен с преобразователем иапряжение-частота, выход котброго через второй элемент 2 И и второй счетчик связан со входом цифроанашогового преобразователя, а выход компаратора соединен с блоком управления, один выход которого соединен со входами элементов 2 И, а два других соответственно с управляющими входами счетчиков и управляющими входами цифрового управляемого резистора и цифроаналогового преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии 48-23466, кл. I 10 В 6, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 340973, кл. G 01 R 17/02, 1970.