Измеритель напряжения произвольной формы

Патент 966888

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>966888 (6ЦДополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 02.03 ° 81 (21) .3256389/18-21 (53) M Кп з.

Н 03 К 13/02

G 01 R 19/25 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

ССС,Р ио делам изобретений и открытий (23) ПриоритетвЂ”

Опубликовано 1510.82 Бюллетень ¹ 38

Р з) УДК б 81. 325(088. 8) Дата опубликоваиия описания 151082

Ф сес щз „, B.Ì.Äåðÿáèí и В.П.Комлев j -17ЯЯт) . 1 > . с 1, "" Е:.

Владимирский политехнический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ

Изобретение относится к измери= тельной технике и может быть использовано для измерения скользящих среднеквадратического или средневыпрямпенного значений напряжения произвольной форьы.

Известен цифровой интегрирующий вольтметр, предназначенный для измерения интегральных характеристик периодических напряжений, содержащий .тактовый генератор, соединенный с генератором опорного пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов устройства сравненйя и через усилитель-ограничитель. с одним иэ входов логическогб блока, другие входы которого связаны с выходами эадатчика рода работы и устройства сравнения, другой вход которого соединен с источником измеряемого напряжения, а выходы логического блока связаны с последовательно соединенными реверсивным счетчиком и отсчетным устройством, генератор случайных стробирующих импульсов, выход которого подключен к стробируемому входу устройства сравнения, .к входам логического блока и стабилизатора математического ожидания, выход последнего подключен к входу управления генератора случайных стробирующих импульсов (1) .

Недостатком вольтметра является то, что он не позволяет измерять среднеквадратическое значение напряжения, изменять время усреднения, а кроме того, фактическое значение интегральной характеристики периодического сигнала измеряется только в момент окончания интервала усреднения и на протяжении всего последующего интер- вала усреднения считается постоянным.

При большом времени усреднения это приводит к тому, что нельзя непре15 рывно контролировать динамику изменения интегральной характеристики сигнала.

Известно устройство для определения совмещенной электрической нагрузки предприятия, осуществляющее измерение скользящего среднего значения сигнала и содержащее датчики расхода электроэнергии, выходы которых включены на вход блока приема информации, 25 выход которого подключен на вход блока магнитной записи, счетчик текущей усредненной наг узки, связанный с регистратором, распределительную схему, один вход которой соединен с

ЗО выходом блока приема информации, 966888

10 вЂ” число импульсов, поступивших с выхода устройства сравнения согде другой вЂ” с выходом блока магнитной записи, а выход вЂ” со счетным входом счетчика текущей нагрузки, и блок управления, осущесть..оций синхронизацию. элементов схемы (2)..

Недостатком этого устройства яв- 5 ляется то, что оно не позволяет измерять среднеквадратическое значение входного сигнала, а также наличие движущихся частей (лентопротяжного механйзма), необходимость изменения расстояния между магнитными головками записи и считывания или изменения длины ленты при необходимости изменения интервала усреднения, зависимость точности измерения от величины 5 интервала усреднения.

Наиболее близким к предложенному по .технической сущности является измеритель напряжения произвольной формы, содержащий линейный детектор, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй и третий входы которого подключены к выходам генераторов случайных последовательностей, синхронизируемых генератором тактовых импульсов, ключ, счетчик. импульсов и индикатор (3).

Недостатком этого вольтметра является то, что фактическое значение интегральной характеристики измеря- -З0 емого сигнала определяется только в момент окончания интервала усреднения и на протяжении всего последующего интервала усреднения считается постоянным. При большом времени ус- 35 реднения это приводит к тому, что нельзя непрерывно контролировать динамику изменения интегральной характеристики сигнала . Кроме того, непостоянство общего количества сра- 40 внений за интервал усреднения не озволяет зафиксировать отношение максимально возможного значения амплитуд случайных импульсов к общему количеству сравнений равным единице, 45 чтобы считывать средневыпрямленное значение сигнала непосредственно с одного индикатора.

Цель изобретения вЂ” получение скользящего среднеквадратического значения напряжения.

Цель достигается тем, что в измерителе напряжения произвольной форьы, содержащем линейный детектор, выход которого соединен с первым входом устройства, сравнения, второй и третий входы которого подключены к выходам генераторов случаййых последовательностей, синхронизируеьых генератором тактовых импульсов, ключ, счетчик импульсов и индикатор, между 60 выходом устройства сравнения и первым входом ключа включено оперативное запоминающее устройство со счетчиком адреса, между выходом счетчика импульсов и входом индикатора вклю- 65 чено вычислительное устройство, счетчик импульсов выполнен реверсивным, причем суммирующий вход его соединен с выходом устройства сравнения,. а вычитающий вЂ” с выходом ключа, прямой выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом счетчика адреса, вторым входом ключа, тактовым входом вычислительного устройства и входом разрешения чтения оперативного запоминающего устройства, а вход разрешения записи последнего подключен к инверсному выходу генератора тактовых импульсов.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит линейный детектор 1, устройство сравнения 2, оперативное запоминающее устройство

3, счетчик адреса 4, ключ 5, счетчик импульсов 6, индикатор 7, reнератор тактовых импульсов 8, генераторы случайных последовательностей

9 и 10, в состав которых входят re нераторы случайных однополярных процессов 11 и 12 и ключи 13 и 14, вычислительное устройство 15. Входом устройства является вход линейного детектора 1, а выходом вЂ индикатор 7.

В устройстве абсолютная величина измеряемого напряжения f Ull(t)/ сравнивается с двумя синхронными последовательностями периодических импульсов N раз в течение интервала усреднения Т. Амплитуды импульсов имеют равномерный закон распрецеления вероятностей. Количество сравнений.m, в которых амплитуды обоих импульсов не превышают мгновенного значения измеряемого напряжения, пропорционально квадрату среднеквадратического значения измеряемого напряжения произвольной форьн.

Скользящее среднеквадратическое значение напряжения есть результат усреднения квадратов мгновенных значений измеряемого напряжения U+(g) за достаточно большое время Т и определяется по где t - текущее время;

T - интервал усреднения.

Применяя метод статистических испытаний для вычисления интегралов, за,пишем

966888.ответственно к текущему моменту времени и к моменту времени, отстоящему от те.кущего на интервал усреднения Т; к, = ЕО„ ;

i-o текущий отсчет времени; номер текущего отсчета времени; расстояние между . отсчетами;

- результат сравнения в i-ом отсчете (логический

"0" или логическая "1") . к-

w„= r.а; с=о

tk - =Rbt

k = NэN+1ВИ+2,...у

>t = Т/N счетчика .импульсов б и на информаци15 онный вход оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 3. Порядок работы устройства задается генератором .тактовых импульсов 8, имеющим два выхода, прямой и инверсный (это может

2О быть двухфазный генератор). Прямой выход генератора соединен с входом

"Чтение" ОЗУ 3, управляющим входом ключа 5 и счетным входом счетчика адреса 4. инверсный выход генератор ра соединен с входом "Запись" ОЗУ 3 к и управляющими входами ключей 13 и

14. Длительность такта работы устройства Ь с = Т/N задается вручную в зависимости от необходимого интерва

ЗО ла усреднения T. Значение T можно устанавливать в широких пределах, в том числе и равным периоду измеря; емого напряжения.

Такт делится а две части. В течение первой половины такта инициирован прямой выход генератора 8, при этом состояние счетчика адреса

4 увеличивается на единицу и выбирается очередная ячейка ОЗУ 3. Включается режим чтения информации из очв4О редной ячейки ОЗУ 3 и открывается ключ 5, пропускающий бит считанной информации на вычитающий вход счетчика импульсов б.

Во второй половине такта сигнал

45 с инверсного выхода генератора 8 включает режим записи информации в

ОЗУ 3 и открывает ключи 13 и 14, пропускающие сигналы с генераторов 11 . и 12 на устройство сравнения 2. Ре5О зультат сравнения поступает на суммирующий вход счетчика импульсов б и одновременно записывается в ячейку ОЗУ 3 вместо ее .содержимого, считанного в первой половине такта.

55 Еа этом такт заканчивается, а код

7" записанный в счетчике импульсов к поступает в вычислительное устрой1 .ство 15, которое вычисляет среднеквадратическое значение напряжения, бО а результат выводится на индикатор 7.

Погрешность метода измерения (метода статистических испытаний) зависит от числа сравнений N эа интервал .усреднения Т и при увеличении N убы65 вает пропорционально корню квадратМожно записать

Таким образ ом, для измерения сколь зящего среднеквадратического значения напряжения необходимо вычислять скользящее значение к

m =m -m = X, (а. -а.,), j=-ci 1 1-й

/ которое получается из предыдущего ,дитем прибавления результата очеред ного Е-ro> сравнения а „ (логический

"0" или логическая "1") и вычитания результата (k-N)-го сравнения, отсто.ящего от очередного на интервал усреднения Т.

Устройство работает следующим образом.

При измерении скользящего средне квадратического значения напряжение произвольной формы UX(t) подается на линейный детектор 1. С выхода детектора 1 выпрямленное напряжение . /П (й)/ поступает на вход устройства сравнения 2. На устройство сравнения также поступают от генераторов 9 и 10 случайных последовательностей две синхронные периодические последовательности однополярных импульсов U ..и U<. Амплитуды импульсов U и U< являются случайными

4 величинами, независикнми и имеют равномерный закон распределения вероятностей . Генераторы 9 и 10 случайных последовательностей состоят из генераторов 11 и 12 случайных однополярных процессов и ключей 13 и 14, управляеьнх импульсами, поступающими от инверсного выхода генератора тактовых импульсов 8. Импульсы с инверсного выхода генератора тактовых импульсов 8 открывают ключи 13 и 14, а сигналы от генераторов 11 и 12 соответственно через ключи 13 и 14 проходят на устройство сравнения 2.

Устройство сравнения 2 выполняет следующие логические операции.

Если в момент сравнения t„- ампли- туды обоих импульсов U (t ) и 0 (t; ) не превосходят мгновенного значения

f Uy, (1- )/ выпрямленного напряжения, то на выходе устройства сравнения 2 появляется импульс нормированной амплитуды (логическая "1"), в противном случае импульс на выходе устрой10 ства сравнения 2 отсутствует (логический "0").

Далее импульс от устройства сравкения 2 поступает на суммирующий вход

966888

Формула изобретения

10 где U - максимально возможное знаИФ чение амплитуд случайных процессов U è Uz, которое выбирается при проектировании устройства исходя из заданной допустимой величины амплитуды измеряемого напряжения;

N - общее количество сравнений за интервал усреднения Т; 20 о к значение суммы импульсов с ,выхода схемы сравнения за скользящий интервал усреднения Т (содержимое счетчика импульсов 6) . 25

Для правильной работы устройства необходимо, чтобы перед началом измерения (при включении устройства) во всех ячейках ОЗУ 3 были записаны нули, иначе первое значение в получит- 30 ся неверным и эта ощипа сохранится в течение всего времени измерений.

Вместо обнуления ОЗУ 3 можно закрывать ключ 5 на время первых N сравнений (испытаний). 35

Период смены показаний индикатора определяется соотношением. между длительностью такта ht = Т/N и временем выполнения программ вычислений в вычислительном устройстве и равен 40 большему из этих двух значений.

Устройство позволяет измерять. и. скользящее средневыпрямленное значение напряжения произвольной формы.

Дря этого необходимо положить U = О, т.е. просто отключить один из ключей

13 или 14 от входа устройства сравнения 2. В этом случае скользящее средневыпрямпенное значение измеряемого напряжения определяется в вычислительном устройстве 15 по формуле

3. Авторское свидетельство СССР

Р 213975, кл.G 01 R 19/26, 1968 (прототип) . ному иэ N . Емкость ОЗУ 3, а. значит и счетчика адреса 4, должна быть равна Х и задается при проектировании устройства.

Скользящее среднеквадратическое значение измеряемого напряжения опре- 5 деляется в вычислительном устройстве

15 по формуле

К скy Я

Поскольку значения U „и N постоянны при задании любого значения Т, то их отношение U /N можно установить равным единице. Тогда + =, m. т,е. результат измерения, можно счйтывать с индикатора 7, подключив его непосредственно к выходу счетчика импульсов 6, минуя вычислительное устройство 15.

Измеритель напряжения произвольной формы, содержащий линейный .детектор, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй и третий входы которого подключены к выходам генераторов случайных последовательностей, синхронизируемых генератором тактовых импульсов, ключ, счетчик импульсов и индикатор, отличающийся тем, что, с целью получения скользящего среднеквадратического значения напряжения, между выходом устройства, сравнения и первым входом ключа включено оперативное запоминающее устройство со счетчиком адреса, меящу выходом счетчика импуЛьсов и входом индикатора включено вычислительное у тройство, счетчик импульсов выполнен реверсивным, причем суммирующий вход его соединен с выходом устройства сравнения, а вычитающий вЂ” с выходом, ключа, прямой выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом счетчика адреса, вторым входом ключа, тактовым входом вычислительного устройства и входом разрешения чтения оперативного запоминающего устройства, а вход разрешения записи цоследнего подключен к инверсному выходу генератора тактовых импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 473114, кл.6 .01 R 19/26, 1975.

2. Авторское свидетельство. СССР

9 525026, кл. G . 01 R . 11/56, 1976.

966888

Составитель В.Махнанов

Редактор Л.Веселовская Техред, A.Áàáèíåö орр р

К екто М.Демчик

Заказ 7900/76 Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4