Устройство формирования калибровочного сигнала

Устройство формирования калибровочного сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Устройство относится к измерительной технике. Может быть использовано при калибровке и поверке измерителей параметров нелинрйности пилообразного напряжения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. В устройство, содержащее источник 1 постоянного напряжения, интегрирую

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (g 4 Н 03 К 5/00

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц к двтоесномм свидетельствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM (21) 3862842/24-21 (22) 17.12.84 (46) 15.10.86.Бюл. 1(38 .(72) И.А.Раков (53) 621.374(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 663092, кл. Н 03 К 5/01, 1977.

Бондарь В,А., Кузнецов Е.М. Измеритель нелинейности пилообразного напряжения. " Измерительная техника, 1980, Ф 8, с.57. (54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ КАЛИБРОВОЧНОГО СИГНАЛА (57) Устройство относится к измерительной технике. Может быть использовано при калибровке и поверке измерителей параметров нелинейности пилообразного напряжения. Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей устройства. В устройство, содержащее источник 1 постоянного напряжения, интегрирую12643 щую RC-цепь 2, для достижения цели введены генератор 3 синусоидальных сигналов, аттенюатор 4, компараторы

5, 6, 7, элемент И 8, источники 9, 10 опорного напряжения, буферные усилители 11, 12, переключатель 13, сумматор 14, ключ 15, блок 16 управления. Цель достигаешься путем формирования сигнала с отключениями от линейного сигнала разных знаков, а так. же калибровочного сигнала малой дли18 тельности. Блок 16 управления может быть выполнен на основе микропроцессорной техники или линии ЭВМ типа

"Искра 22В". Устройство позволяет формировать сигнал с коэффициентами нелинейности от сотых долей процента до 1007., абсолютными отклонениями от ть сячных долей процента до IOX, причем как положительными, так и отрицательными . 1 э.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано при калибровке и поверке измерителей параметров нелинейности пилообразного напряжения, 5

Цепль изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем формирования калибровочного сигнала с отключениями от линейного сигнала разньгх знаков, а также калибровочного сигнала малой длитель ности.

На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 †.диаграммы, поясняющие его работу, на 15 фиг.3 — рабочий участок формьфуемого калибровочного сигнала.

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, интегрирующую RC-цепь 2, генератор 3 синусоидальных сигналов, аттенюатор 4, первый 5, второй 6 и третий 7 компараторы, элемент И 8, первый 9 и второй

10 источники опорного напряжения, первый 11 и второй 12 буферные усили25 тели, переключатель 13, сумматор 14, ключ 15 и блок 16 управления, причем выход генератора 3 синусоидальных сигналов соединен с входом интегрирующей RC-цепи 2 и входом аттенюатора 4, выход которого подключен .к входу первого буферного усилителя 11, а .также к первым входам второго 6 и третьего 7 компараторов, вторые входы которых подключены соответственно 35 к выходам первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения, выход интегрирующей RC-цепи 2 соединен с первым. входом первого компаратора

5, второй вход которого соединен с точкой нулевого потенциала, инверсный выход второго 6 и прямой выход третьего 7 компараторов подключен со ответственно к первому и второму входам элемента И 8, третий вход которого соединен с первым выходом переключателя 13, а выход подключен к управляющему входу ключа 15, первый вход которого подключен к выходу первого буферного усилителя 11, второй вход — к второму выходу переключателя 13, а выход — к перваму входу сумматора 14, второй вход которого подключен к выходу источника 1 постоянного напряжения, а выход — к входу второго буферного усилителя 12, выход которого является выходом устройства, первый вход переключателя

13 соединен с инверсным выходом первого компаратора 5, второй вход — с прямым выходом первого компаратора 5, третий вход — с выходом второго источника 10 опорного напряжения, а четвертый вход — с выходом первого источника 9 опорного напряжения, управляющие входные шины генератора 3 синусоидальных сигналов, аттенюатора

4, первого 9 и второго 10 источников опорного на пряжения, источника 1 постоянного напряжения и переключателя

13 соединены соответственно с первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой управляющими выходными шинами блока 16 управления.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальный сигнал, вырабатываемый генератором 3 синусоидального

1264318 сигнала (фиг.2а) поступает на входы аттенюатора 4 и интегрирующей RC-ueпи 2. Частоты сигнала определяются кодом, поступающим на входную управляющую шину генератора 3 с первой уп- равляющей выходной шины блока 16 управления. На выходе аттенюатора 4 сигнал совпадает по фазе с выходным сигналом генератора, а его амплитуда обратно пропорциональна управляющему 0 коду, поступающему на входную управляющую шину аттенюатора 4 с второй выходной управляющей шины блока 16 управления. С выхода интегрирующей цепи 2 сигнал, имеющий сдвиг по фазе (-Ю2) относительно входного сигнала (фиг.2б) поступает на первый вход первого компаратора 5, второй вход которого соединен с точкой нулевого потенциала. В результате на прямом выходе первого компаратора 5(фиг.2в) сигнал логической единицы соответствует интервалу фаз сигнала генератор 3(( ра 3 (- + 2«п, -- +2((n), а логическо-, 2 2 ) 25 го нуля — интервалу фаз (- — +2н и, 2

Зи — +27(п) ° n=O, + 1, +2 .... На инверсном выходе — противоположный сигнал.

Если переключатель 13 находится в первом положении, то сигнал с инверсного выхода первого компаратора

5 поступает с первого входа на выход первой группы и далее на третий вход элемента И. Если переключатель 35

13 находится во втором положении, то на третий вход элемента И сигнал постуПает с прямого выхода первого компаратора 5 через второй вход и выход первой группы. Положение переключа- 4о теля 13 определяется сигналами, поступающими на его входную управляющую шину от шестой управляющей выходной шины блока 16 управления.

Сигнал с выхода аттенюатора 4 пос-45 тупает на первый вход ключа 15 через первый буферный усилитель 11, а также на первые входы второго 6 и третьего 7 компараторов. Уровни срабатывания компараторов определяются 50 постоянными напряжениями, поступающими на вторые входы второго 6 и третьего 7 компараторов соответственно с первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения. Напря- 5S жения первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения определяются управляющими кодами, поступающими на их управляющие входные шины соответственно с третьей и четвертой управляющих выходных шин блока 16 управления. Таким образом, сигнал логической единицы на инверсном выходе второго компаратора соответствует интервалам фаз (2«пи,+ 2« n), 1(Д -a,+

+ 2(in), 2 в (и+1)), а на прямом выхо;, де второго компаратора — интервалу фаз (Ы +2((п, («-ы,) + 2((n), где (V . UÜ

arcsin --,; М = arcsin —; U(,V1 г (Я напряжения соответственно первого 6 и второго 7 источников опорного напряжения, Vm амплитуда сигнала на выходе аттенюатора 4. С инверсного выхода второго компаратора 6 (фиг.2г) и прямого выхода третьего компаратора 7 (фиг. 2д) логические сигналы по— ступают соответственно на первый и второй входы элемента И 8. Если переключатель 13 находится в первом положении, то сигнал логической единицы на выходе элемента И 8 (фиг.2е) соответствует участку синусоиды в интервале фаз (ог +2нп, с(с, +2((п) (фиг.3)

) а если во втором положении — то

f(«- о(,)+2нп, (7«-М )+2«п . Сигнал с выхода элемента И 8 поступает на управляющий вход ключа 15. Если этот с сигнал — логическая единица, то на вход ключа 15 поступает сигнал с первого входа ключа, а если логический ноль — то с второго входа. В первом положении переключателя 13 на второй вход ключа 15 через первый вход и выход второй группы переключателя 13 поступает напряжение второго источника 10 опорного напряжения, а во втором положении — первого источника 9 опорного напряжения. В результате работы ключа 15 сигнал на его выходе имеет вид пилообразных импульсов, нарастающий (первое положение переключателя 13) или ниспадающий (второе положение переключателя !3) участок которого является отрезком синусоиды (фиг.2ж) ° В паузах между пилообразными импульсами сигнал имеет постоянный уровень U (для линейно падающего напряжения) или U (для линейно нарастающего).

Этот сигнал складывается в сумматоре 14 с сигналом источника I постоянного напряжения, задающего постоянную составляющую выходного сиг— нала под действием сигнала управления, поступающего с четвертой управ1264318

5. U„=U

6.6q- =h где Ы

h),Ü

7. К = (1

S ляющей выходной шины блока 16 управления на входную шину управления источника 1 постоянного напряжения. С выхода сумматора 14 сигнал через второй буферный усилитель 12 поступает на выход устройства.

Блок 16 управления представляет собой специализированное управляющевычислительное устройство. Управляя затуханием аттенюатора 4, постоянными напряжениями первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения: и источника 1 постоянного напряжения, положением переключателя 13, блок управления обеспечивает получение им- 15 пульсов как линейно нарастающего, так и линейно падающего напряжения, линейный участок которых имеет калиброванные параметры нелинейности, так как является участком синусоиды, ка- 2О чество которой, в свою очередь, можно легко оценить известными спектральными методами, а уровни начала и конца рабочего кода постоянны для данного сигнала и могут быть повере- 25 ны, например, компенсационными методами. Вследствие этого параметры нелинейности однозначно связаны с параметрами, устанавливаемыми блоком 16 упр авл ения . 30

Возможны два алгоритма работы блока 16 управления. По первому алгоритму по установленным значениям частот

f сигнала генератора 3,,затухания A аттенюатора 4, U, U< и напряжения З5

П„ос источника постоянного напряжения, блок управления рассчитывает значения начального уровня U и амплитуды Ug (или конечного уровня U„) выходного сигнала, коэффициента не- 4О линейности К, максимального абсолютного отклонения 11, длительности импульса Т и периода его повторения 1 и индицирует вычисленные значения.По второму алгоритму по заданным и вве- 5 денным в блок 16 управления параметрам U„ U„ (U„), Кс(й),; вычисляются необходимые значения f,, U, U А и U è выдаются соответствующие управляющие коды на входные управляющие шины исполнительных устройств (генератора 3 синусоидальных сигналов, аттенюатора 4, первого 9 и второго 10 источников опорного напряжения, источника 1 постоянного иапряже-5 ния и переключателя 13). В случае дискретной реализации блока 16 управления и схем управления исполнительными устройствами невозможна точьая установка вычисленных значений

f, U,, А, U2È U„îñò, поэто у по е установки приближенных значений целесообразен расчет по первому алгоритму и индикации уточненных параметров 11о П (Пк) Kc Ь, < n и Т.

Устройство позволяет получать сигналы с калиброванными параметрами, обладающие максимальными абсолютными отклонениями разных знаков, различными по абсолютной величине. Имеется воэможность перемещения моментов.максимальных отклонений по оси времени внутри длительности импульса.

Из-за наличия протяженного очень близко к линейному участку синусоиды в окрестности нулевой фазы возможно получение весьма малых значений нелинейности .

В большинстве случаев для упрощения блока 16 управления целесообразно ограничиться формированием сигналов при /П,/ = /U /,/n / =/Ы /.

Первый алгоритм. Исходные данные для расчета: f, А, U<=U, U, а также U — амплитуда синусоидального сигнала на выходе генератора 3 (постоянна для каждого конкретного устройства); напряжение нарастающее (падающее).

1. Т 1/f

2. П„=20;

arcsin(Ui А/U )

7f

4. Ц,=11„„„-U (для линейно нарастающего напряжения)

П =П„„, +11, (для линейно падающего напряжения) + оп

sins 1

=sin (агссоз (— „— )1

sine sin — — arccos(— — )

М 06

=arcsin(U, А/U ), — максимальные значения модулей соответственно положительного и отрицательного абсолютных отклонений

-cosa) "100X

Второй алгоритм. Исходные данные для расчета: К (илид), U<, U„ (или

U„),, U„; напряжение нарастающее (падающее).

1.е = axccos (1-K ).

Определяется путем численного решения трансцендентного уравнения

1264318!

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что переключатель содержит две сблокированные трехкон- . тактные группы, причем переключающие контакты первой и второй групп

S0 соединены соответственно с первым и вторым выходами переключателя, размыкающий и замыкающий контакты пер.вой группы соединены соответственно с размыкающим и замыкающим входами переключателя, а первый и второй ком(и. 6 первого алгоритма) при заданном А.

1-1н) 2

U, ° sink

3. А

4. f

5. Т=—

=U„+U, (для линейно нарастающего напряжения)

Ппост U н U (для линейно падаю щего напряжения)

7. При необходимости уточнения, проводятся вычисления по первому алгоритму.

Блок 16 управления может быть выполнен на основе микропроцессорной техники или линии ЭВМ типа чИскра

22В". В качестве источников опорного и постоянного напряжений применены цифроаналоговые преобразователи соответствующей разрядности, работах щие от общего высокостабильного ис— точника напряжения.

Устройство формирования калибровочного сигнала позволяет формировать сигнал с коэффициентами нелинейности от сотых долей процента до

100%, абсолютными отклонениями от тысячных долей процента до 10%., причем как положительными, так и отрицательными. Устройство применимо и для формирования сигнала с монотонной нелинейностью.

Имеющаяся возможность смещения моментов максимумов и минимумов отклонения внутри отрезка времени, соответствующего рабочему ходу, позволяет исследовать динамические характеристики измерителей.

Ф о р мул а и э о б р е т е н и я

1. Устройатво формирования калибровочного сигнала, содержащее источник постоянного напряжения и интегрирующую RC-цепь, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены генератор синусоидальных сигналов, аттенюатор, первый, второй и третий компараторы, элементы И, первый и второй источники опорного напряжения, первый и второй буферные усилители, переключатель, сумматор, ключ и блок управления, причем выход генератора синусоидальных сигналов соединен с входом!

40 интегрирующей RC-цепи и входом аттенюатора, выход которого подключен к входу первого буферного усилителя, а также к первым входам второго и третьего компараторов,вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго источников опорного напряжения, выход интегрирующей RC-цепи соединен с первым входом первого компаратора, второй вход. которого соединен с общей шиной, инверсный выход второго и прямой выход третьего компараторов подключены соответственно к первому и второму входам элемента И, третий вход которого соединен с первым выходом переключателя, а выход — с управляющим входом ключа, первый вход ключа подключен к выходу первого буферного усилителя, второй вход — к второму выходу переключателя, а выход — к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу источника постоянного напряжения, а выход— к входу второго буферного усилителя, выход которого является выходом устройства, первый вход переключателя соединен с инверсным выходом первого компаратора, второй вход — с прямым выходом первого компараторс, третий вход переключателя соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а четвертый вход — с вьходом первого источника опорного напряжения, управляющие входные шины генератора синусоидальных сигналов, аттенюатора, первого и второго источников опорного напряжения, источника постоянного напряжения и переключателя соединены соответственно с первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой управляющими выходными шинами блока управления. мутируемые контакты второй группы— соответственно с третьим и четвертым входами переключателя.

1264318

Составитель Г.Брынский

Техред Л.Олейник Корректор Г.Решетннк

Редактор А.Огар

Заказ 5573/56 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб., д.4/5

Производственно"полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4