Широкополосный преобразователь напряжения Советский патент 1982 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электрора-диоизмерител ной технике и предназначено для преобразования высокочастотных напряжений в низкочастотные. Известен преобразователь переменного Напряжения, содержащий последовательно соединенные входной детектор, орган сравнения, усилитель разбаланса, модулятор, выходной детектор и усредняющий фильтр, в котором управляющий вход модулятора соединен с выходом генератора, а выходной детектор при компенсирующем детекторе соединен с вторым входом органа срав нения t, . Недостатками этого преобразовател являются малая точность из-за неиден тичности входного детектора и выходного детектора, включ;енного в цепь отрицательной обратной связи, а такж значительная частотная погрешность до десятков процентов) в области сотен и более мегагерц, обусловленная наличием в схеме преобразователя амплитудных детекторов. Известен преобразователь высокочастотного напряжения в гармоническо напряжение фиксированной частоты, со держащий два детектора, сумматор, ус литель постоянного тока, модулятор, опорный генератор гармонического напряжения и звено обратной связи. Входное высокочастотное напряжение преобразуется в постоянное и сравнивается на сумматоре с преобразованным гармоническим напряжением, снимаемым с модулятора. Разница через усилитель постоянного тока воздействует на модулятор, нарример оптрон, до тех пор, пока амплитуда гармонического напряжения низкой частоты не будет равна амплитуде напряженид высокой частоты 2 J, Существенными недостатками такого преобразователя являются невозмож- ность переноса спектра высокочастотного напряжения и большая частотная погрешность, Наиболее близким к предлагаемому является широкополосный преобразователь , содержащий стробоскопический преобразователь, подключенный к входу устройства и детектор, соеди,ненный с выходом стробоскопического преобразователя C3j, Существенным недостатком такого стробоскопического преобразователя является большая погрешность преоб разования (до 10%) в широком диапазоне частот, обусловленная нестабильностью длительности и амплитуды строб-И2чпульсов и конечной длительностью строб-импульсов (обычно 0,40,7 не).Кроме того, чувствительность таких преобразователей ограничена из-за возникновения шумов при стробировании сигналов. Цель изобретения - повьпаение чувствительности и точности преобразования напряжений в широком диапазоне частот. Поставленная цель достигается тем что в широкополосный преобразователь напряжения, содержащий стробоскопический преобразователь, вход которог подключен к входной клемме, введены дополнительный стробоскопический пре образователь, вычислительный блок, звено обратной связи, сумматор и ключ, причем выход стробоскопического преобразователя подключен к вычислительному блоку и через ключ, звено обратной связи - к первому входу сумматора, второй вход которого соедине с входной клеммой, а выход - через дополнительный стробоскопический преобразователь подключен к второму входу вычислительного блока, выход которого является выходом широкополосного преобразователя напряжения. На фиг. 1 представлена структурная схема широкополосного преобразователя напряжения; на.фиг. 2 - функциональная схема вычислительного блока; на фиг. 3 показаны временные диаграммы., поясняющие работу широкополосного пре образователя напряжения. Широкополосный преобразователь напряжения содержит стробоскопический преобразователь 1, вычислительный бло 2, ключ 3, звено 4 обратно связи ,д6полнительный стробоскопический преобразователь б, входную 7 и выходную 8 клеммы преобразователя. Вычислительный блок 2 состоит из двух преобразователей 9 и 10 действу ющего значения напряжений в код, выходы которых подключены к решающему блоку 11. Широкополосный преобразователь нйпряжения работает следующим образом. Высокочастотное напряжение ILy-. поступает на вход стробоскопического лреобразователя 1 и преобразуется им на промежуточную фиксированную частоту Upp (например, 20 кГц). Одновременно оно поступает на сумматор 5 где суммируется с напряжением обратной связи промежуточной частоты поступающего на него с выхода стробоскопического преобразователя 1 через ключ 3 и звено 4 обратной связи. Просуммированное напряжение поступает на дополнительный стробоскопический преобразователь.6. На выходе дополнительного стробоскопического преобразователя б формируется разностью напряжение фиксированной низкой частоты Л Unp г которое поступает на вычислительный блок 2, на второй вход которого поступает напряжение и пр с выхода стробоскопического преобразователя 1. На фиг. За показаны два гармонических напряжения, высокочастотное напряжение промежуточной частоты . В моменты стробирования времени оба напряжения имеют одинаковые значения. На фиг. Зв показано напряжение промежуточной частоты, которое снимается с выхода звена 4 обратной связи, На фиг.Зг показана сумма напряжения обратной связи промежуточной частоты Uoctif и напряжения высокой час-тоты Ujx. Это просуммированное напряжение и снимается с выхода сумматора 5 и поступает на дополнительный стробоскопический преобразователь 6. При его стробировании строб-импульсами (фиг. Зб) мгновенные значения напряжения обратной связи (фиг. ) сравниваются с мгновенными значениями высокочастотн.ого напряжения, т.е. с .огибающей напряжения промежуточной частоты, и формируется разность мгновенных значений этих напряжений (фиг. 3g) . . Иными словами при стробировании просуммированного напряжения U (фиг. Зг) на выходе дополнительного стробоскопического преобразователя формируется напряжение.некомпенсации промежуточной частоты д U(,p , равное разности напряжения .обратной связи (фиг. Зв) и огибащей напряжения промежуточной частоты (фиг. За), Далее напряжение йУпрпоступает на вычислительный блок 2, на другой вход которого поступает напряжение промежуточной частоты Upp. . Для повышения чувствительности стробоскопических преобразователей в широкополосном преобразователе напряжения применен двухтактны режим работы. В первом такте преобразования ключ 3 разомкнут. Стробоскопические преобразователи 1 и 6 работают параллельно и преобразованные напряжения соответственно поступают на входы преобразователей 9 и 10 действуняцего значения напряжений в код вычислительного блока 2. На выходе преобразователей 9 и 10 с учетом шумов блоков 1 и б получаем ьхСР У К- б-, i:obxtPHU(p), где U fp) и и (р) - соответствен но шумы стробоскопическихпреобразователей 1 и 6; Kjj - их коэффициент преобразования. Считаем коэффициент преобразования блоков 9 и 10 вычислительного блока равными единице. При этом учте но, что ) блока 1 и Umg(p) стро боскопического преобразователя 6 некоррелированны с входным напряжением и, следовательно, интеграл их произведения равен нулю. Кроме того, считаем, что мультипликативные погрешности стробоскопических преобразователей 1 и б равны нулю. Во втором такте ключ 3 замкнут. Коэффициент передачи звена 4 обратно связи .равен К jj- . Тогда напряжение на выходе преобразователя 10 вычислительного блока равно )-ивДР)- Ко-иш/Р) + , (PMuS,,tPHuS,(P)l. (1 в решающем блоке II вычисляется корень квадратный из суммы напряжений N с разностью напряжений Hj причем разность напряжений N и N2. берется с коэффициентом 0,25, т.е. . N VNg 0,25 (N,-N.j). (3 После .подстановки (1)и (2) в (3) и преобразования получаем при KQ 1 WP WfP. Видно, что шумы UUI(P) и ) 1 стробоскопических преобразователей 1 и 6 не входят в результат излтерени тем самьвд расширяется чувствительность широкополосного преобразователя напряжения. В частном случае, если ключ 3 будв замкнут, а в качестве вычислительног блока 2 применить сумматор, то на вы ходе 8 будет сформировано напряжение промежуточной частоты Ugyj(p). Приче .погрешность преобразования будет зна чительно снижена по сравнению с прототипом. Действительно, используя оператор ный метод анализа электрических цепей и обозначив коэффициенты передач блоков (фиг. 1) в соответствии с их номерами, получим. Чвьи(Р)); пр -tUe(p;HJw ,(p;(4 Kt(p); 6bt P UnpCp)tAUnp(p;. { Так как звено обратной связи обычно представляет собой резистивный делитель с пренебрежимо малой реактивно- стью Hqi промежуточной частоте, то можно считать, что ) К4. После подстановки и преобразования выражения (4) получим ВЬи( (p)tKitPMUP)K6(P)K43. Обозначив КИр) К, Cp)j; . К|(р) (р) и выбрав К4 4 где К - номинальный коэффициент пере дачи стробоскопических преобразователей 1 и 6; C|(p) ) - погрешности этих блоков, из выражения (5) получаем Р Таким образом, погрешность данного широкополосного преобразователя напряжения определяется произведением мультипликативных погрешнсЛтей (р) и j,(p) стробоскопических преобразователей 1 и б, что значительно повышает точность. Так, например, при 7() Зб () 3% результирующая погрешность предлагаемого устройства 1 будет менее 0,1%. Предлагаемый широкополосный преобразователь напряжения позволяет зна- чительно повысить чувствительность и точность преобразования электрического напряжения по сравнению с известными стробоскопическими преобразователями. Примечательным является также то, что ключ 3 находится на выходе стробоскопического преобразователя, что значительно снижает к нему требования, так как он работает при больших уровнях сигнала и на низкой промежуточной частоте. Формула изобретения Широкополосный преобразователь напряжения, содержащий стробоскопический преобразователь, вход которого подключен к входной клемме, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности преобразования, в него введены дополнительный стробоскопический преобразователь, вычислительный блок, эвеио обратной связи, сумматор и ключ, причем выход стробоскопического преобразователя подключен к вычислительному блоку и через ключ, звено обратной связи - к первому входу су1«иатора, второй вход которого соединен с входной клеммой, а выход - через дополнительный стробоскопический преобразователь подключен к второму входу вычислич;ельного блока, выход которого является выходом широкополосНогЬ преобразователя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство- рССР 157731, КЛ. Н 02 М, 1962.

2.Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем,М.,Советское радио, 1971.

3.Патент США № 3334305,

КЛ. 328-151, 1967 (прототип).

X

I

ОшВ