Интегрирующий время-импульсный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

(5) ИНТЕГРИРУИЙИЙ ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНЫЙ Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых приборах специального и универсального назначения для измерения напряжения постоянного тока, средневыпрям ленного значения напряжения перемен ного тока, векторных составляккцих переменного напряжения. Известен аналого-цифровой.преобразователь, содержащий интегратор, первый вход которого соединен с источником преобразуемого напряжения, а выход подключен к входу блока срав нения, второй вход которого соединен с генератором циклов, а выход подключен к управляющему входу переключателя, через который соединят, ется выход биполярного источника образцового напряжения с вторым входом интегратора t. Недостатком известного устройства является невозможность изменения ПРЕОБРА ВАТ % 8 широких пределах длительности цикла преобразования. Известен цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий интегратор, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, источник ка-i либровзниого напряжения, выходы которого соединены с входами переключа.те-и ляг первый, вход дополнительного интегратора подсоединен j выходу ис- : точника калиброванного напряжения и через КЛИМ к выходу дополнительного 6/toKa .сравнения, входы сумматоров соединен с выходом дополнительного интегратора и с выходом генератора тактовых импульсов, выход суммафора соединен с вторым входом блока сравнения у первый вход дополнительного блока сравнения соединен с вы-. ходом дополнительного интегратора, а второй вход - с шиной источника порогового напряжения, раздельные входы триггера соединены с выходом генератбра тактовы.х импульсов и с выходом блока сравнения, выход три1- гера соединен с управляющим входом ключа, а второй вход интегратора соединен с вторым входом дополнитель ного интегратора Г21. Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности. . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем что в интегрирующий время-импульсный преобразователь, содержащий доз бло ка сравнения, два интегратора, первые входы которых объединены, -второй вход первого интегратора соединен с выходом переключателя, входы которого соединены с двумя выходами биполярного источника образцового напр жения, первый выход которого соединен с вторым входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй, вход которого соединен выходом первого интегратора, выход генератора циклов соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход соединен с входом Сброс второго интегратора, введены элементы ИЛИ и дополнительный триггер, причем вход второго бло ка сравнения соединен с выходом пер вого интегратора, а выход - с первым входом элемента ИЛИ, второй аход которого соединен с выходом генератора циклов, а выход - с первым входом дополнительного триггера, выход которого соединен с управляю- щим входом переключателя, а второй вход соединен с выходом первого блока сравнения. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу. Устройство содержит интеграторы и 2, блоки 3 и 4 сравнения, триггер 5, элемент ИЛИ 6, генератрр 7 циклов, триггер 8, переключатель 9, биполярный источник 10 образцового наг пряжения. На фиг. 2 обозначено: напряжение 11 на выходе интегратора 1 напряжение 12 на выходе интегратора 2; напряжение 13 на выходе генера тора 7 напря)чение И на выходе блока 3; напря}хение 15 на выходе блока ; напряжение 16 на выходе триггера 5; напряжение 17 на выходе триггера 8. В процессе работы устройства выходное напряжение интегратора 1 то убывает, то возрастает в зависимости от знака образцового напряжения UQ. Изменение направления интегрирования осуществляется в м омент срабатывания одного из блоков сравнения. Рассмдтрим сначала процесс, происходящий в частном цикле преобразования Т. -f Tfl , находящимся внутри полного цикла преобразования Т|, . Из фиг. 2 видно, мто приращение интеграла на выходе интегратора 1 за время -(,, равно его приращению за время равно U. Следовательно, будет выполняться соотношение Т пV -tM+Tiltn €5 )«3i-o/ из которого следует fjt-%: Из выражений (1) и (2) видно, что среднее значение Uy на интервале Т пропорционально разности . Кроме того, длительность частного цикла Jf, зависит от величины Uy . Поэтому для полного цикла преобразования сумма приращений напряжения на выходе интегратора при интегрировании Ux У0 и сумма приращений при интегрировании Up в общем случае не будут равны нулю, как это происходит в частном цикле преобразования, В данном случае при равенстве постоянных времени интеграторов 1 и 2 выполня ется равенство -, f|/«-f{svFinHr H,( где Ujj- напряжение на интеграторе I в начале цикла преобразования ; Йапряжение на; интеграторе 1 в конце цикла преобразования;BL- сумма интервалов времени, в течение которых осуществляется интегрирование разности (Ux- Uo) 13Т|р- сумма интервалов времени, в течение которых осуществляется интегрирование суммы (Ux+ Uo). Как следует из (3) при произвольном цикле преобразования разность интегралов от преобразуемого U)( и образцового DO напряжений за время цикла Т отлична от нуля и равна U(,- Цц, причем эта величина случайна и может принимать значение от О flolV o. Из-за неравенства нулю разности Uu возникает погрешность, абсолютное значение KOTopoi i в масштабе выходной величины преобразователя определяется выражением . -y.H-.t. (/о Следовательно, для ее исключения э результат преобразования необходимо ввести поправку |(ЛТ1 со знаком, противоположным знаку d4. Для этого в устройстве , в начале и в конце каждого цикла преобразования происходит срабатывание триггера 5, который разрешает интегрирование входных напряжений интегратора 2, в результате чего срабатывание блока 3 происходит не в момент равенства нулю выходного напряжения интегратора 1, как это осуществляется внутри цикла преобразования, а несколько ра ньше через интервал времени d T,jj, ко ;Торый может быть определен из выраже ния -у дТ « Г i i о} ,(5 ОО откуда получаем дт yWSL.rr. iT ГГДЬ. .ff.(6} Д- 2Uo V) 2Uo Из сравнения выражений С) и (6) следует, что для ввода поправки необходимо удвоить значения При этом функция преобразования принимает вид .v|i,(T,. где Uy среднее значение входного напряжения за цикл преобразо-. вания. Из выражения (7) видно, что для преобразования интегрального (среднего) значения входного напряжения в код при помощи предлагаемого преобразователя необходимо применять реверсивныи счетчик импульсов, причем в течение интервалов времени 2Т, и дТц счет чик должен заполняться на Сложение а в течение интервалов ST и дТц на вычитание. Предлагаемое устройство можно ис-; пользовать в качестве базового блока при конструировании различных приборов - вольтметров постоянного напряжения, измерителей средневыпрямленного значения напряжения, фазЪчувствитальных вольтметров для измерения ортогональных составляющих гармонических колебаний. Для измерения средневыпрямленного значения напряжения достаточно выбрать цикл преобразования разным и совпадающим с полупериодом входного напряжения. При этом,.например, в положительный полупериод ре- :. зультат заносится в реверсивный счетчик со знаком -«-, а в отрицательный -; с знаком минус. Для получения результата интегрирования с противоположным знаком необходимо поменять порядок заполнения реверсивного счетчика на обратный. Аналогично осуществляется фазочувствительное детектирование с той лиадь разницей, что циклы преобразования задаются от внешнего генератора синхроимпульсов. Операция фазочувствительного (синхронного) детектирования будет ос тцествляться в цифровом виде и поэтому высокоточно, что позволяет расширить области применения устройства. Положительный.эффект достигается того, что цикл интегрирования может варьироваться в широких пределах. Пов|9шение точности достигается за счет того, что основной интегратор I работает в ограниченном (величиной и,,) динамическом диапазоне, что позволяет повысить линейность преобразования. К стабильности и не предъявляется жестких требований. Формула изобретения Интегрирующий время-импульсный преобразователь, содержащий два блог ка сравнения, два интегратора, первые входы которого объединены, второй вход первого интегратора соединен с выходом переключателя, входы которого соединены с двумя выхода ми биполярного источника образцового напряжения, первый выход которого соединен с вторым входом второго интегратрра, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй лход которого

соединен с выходом первого интегра- . тора, выход генератора циклов соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения , а выход соединен с входом Сброс второго интегратора, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены элемент ИЛИ и дополнительный триггер, причем вход второго блока сравнения соединен с выходом первого интегратора, а выход - с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом генератора циклов, а выход - с первым входом дополнительного триггера,выход которого соединен с управляющим входом переключателя, а второй вход - с выходом первого блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

t. Авторское свидетельство СССР N365038, кл. Н 03 К 13/20, 19732, Авторское свидетельство СССР по заявке If 20375t5/l8-21, кл. Н 03 К 13/20, 197t (прототип).