Цифровой вольтметр

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем определения средневыпрямленного и среднеквадратичного значений сигнала как за его период, так и за заданный интервал времени - достигается тем, что в вольтметр, содержащий входной усилитель 1, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 определения периода, формирователь 4 частоты, блок 5 управления, генератор 6 импульсов, умножитель 7, счетчик 8 объема выборки, накапливающий сумматор 9, выходной регистр 10, введен блок 11 синхронизации. Положительный эффект данного вольтметра заключается в возможности осуществлять контроль за технологическими процессами, основанными на импульсных воздействиях напряжения несущей частоты. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5))5 < 0 1 R 19/25

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3М

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1337791 (21) 4373014/24-21 (22) 01. 02. 88 (46) 07. 10. 90. "Вюл, Р 37 (72) С.Н.Алисов, В.И.Блинов, Г.И,Сергацкий и Л.А.Ковальчук-Химюк (53) 621.325 (088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

М 1337791, кл. C, 01 R -19/25, 03,12.85. (54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТКЕТР (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процес- . сами. Цель изобретения — расширение

Функциональных возможностей путем определения средневыпрямленного и

„„SU„„ IJ 597756 A 2. среднеквадратичного значений сигнала как за его период, так и за заданный интервал времени — достигается тем, что в вольтметр, содеряащий входноч усилитель 1, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 определения периода, формирователь 4 частоты, блок

5 управления, генератор 6 импульсов, умножитель 7, счетчик Я объема выборки, накапливающий сумматор 9, выходной регистр 10 введен блок 11 синхронизации. Лолояительный эААект данного вольтметра заключается в возможности осушествлять контроль за технологическими процессами, основанными на импульсных воздействиях на- пряжения несушей частоты. 3 з.п.

А-лы, 3 ил.

1597756

Изобретение относится к электроиэмерительной технике, .может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процесса5 ми и является усовершенствованием изобретения по авт. св. Р 1337791.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей за счет измерения средненыпрямленного и действующего значений входных сигналов как по каждому периоду несущей частоты, так и sa заданньФ интервал времени.

На Лиг. 1 приведена структурная схема цифрового вольтметра, на фнг. 2 — структурная схема блока управления; на фиг. 3 — структурная схема счетчика объема. выборки.

Цифровой вольтметр содержит блок 1 входных усилителей, вход которого является первым входом цифрового вольтметра, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2„ информационный вход которого соединен с выходом блока 1 входных усилителей, второй выход которого подключен к входу ,блока 3 определения периода, первый выход которого соединен с первым входом формирователя 4 частоты, выход которого соединен с первым входом блока 5 управления, второй и третий входы которого подключены соответственно к второму выходу блока 3 определения периода и к первому выходу (" Останов цикла ) АЦП 2, первый вы1 - 35 ход блока 5 управления подключен к первому входу управления (" Пуск" )

АЦП 2, генератор 6 импульсов, первый и второй выходи которого соединены с вторим входом формирователя 4 частоти и четнертым входом блока 5 управления, умножитель 7, счетчик 8 объема выборки, перньф выход и вход которого подключены соответственно к пятым входу и виходу блока 5 управления, накапливающий сумматор 9, информационный вход которого соединен с выходом умножителя 7, информационный ныход — с вторым информационным

50 входом АЦП 2, а первый управляющий вход — с третьим выходом блока 5 уп- равления, виходной регистр 10, ин- . формационный вход которого объединен .с информационным .выходом АЦП Z и ин формационным входом умножителя 7, 55 первый упраяляющий вход выходного регистра соединен с четвертым выхоФ дом блока 5 управления, вторым входом счетчика 8 объема выборки и вторым управляющим входом накапливающего сумматора, третий управляющий вход которого подключен к шестому выходу блока 5 управления, а информационный выход выходного .регистра

10 подключен к информационному ныходу цифрового вольтметра, блок 11 синхронизации, Hppâð é выход которого является вторым входом цифрового вольтметра, третий вход которого объединен с третьим входом выходного регистра 10 и вторым входом блока

11 синхронизации, третий вход и первый и второй вьгходы которого соединены соответственно с вторым выходом и третьим и четвертим входами счетчика 8 объема выборки, третий выход которого подключен к первому управляющему входу умножителя 7, а пятый вход - к вторым управляющим входам

АЦП 2 и умножителя 7, к второму выходу блока 5 управления.

Блок 5 управления содержит триггер

12, первый вход которого является вторым входом блока 5 управления, второй вход подключен к выходу триггера 13., первому входу элемента И

14 и третьему выходу блока 5 управления, а выход — к первым входам элемента И 15 и триггера 16, второй вход которого соединен с первыми входами триггеров 13 и 17 и выходом счетчика 18, первый, третий и четвертый входи блока управления подключены соответственно к третьему входу триггера 16, входу одновибратора 19 и второму нходу триггера 13, выход триггера 16 объединен с .первым входом элемента И 20, второй вход которого подключен к пятому входу блока 5 управления и второму входу элемента И 14, выход которого соединен с входом счетчика 18 и с первым входом элемента ИЛИ 21, второй вход которого соединен с вторыми входами элемента

И 15 и триггера 17, четвертым входом триггера 16 выходом. однонибратора 19 и четвертым выходом блока 5 управления, первый, второй, пятый и шестой выходы блока управления подключены соответственно к выходам элемента

И 20, триггера 17, элементов 15 И и 21 ИЛИ.

Счетчик 8 объема ныборки содержит счетчик 22, вход которого является первым входом счетчика 8, счетчик 23, первый вход которого подключен к

1597756 I второму входу счетчика 8,. элемент

ИЛИ 24, первый и второй входы и выход которого подключены соответствен но к третьему и четвертому входам

5 и первому выходу счетчика 8,второй выход которого соединен с выходом счетчика 22 и вторым входом счетчика 23,выход которого соединен с первым входом коммутатора 25, второй вход и выход которого соединены с

,пятым входом и третьим выходом счетчика 8.

Блок 11 синхронизации содержит 1элемент И 26, первый вход которого является первым входом блока 11 синхронизации, элемент ?7 задержки, вход которого объединен с вторим входом блокя 11 синхронизации и первым входом элемента ИСКЛОЧА10ЩЕЕ ИЛИ 28, второй вход которого соединен с выходом элемента ?7 задержки, я выход— с первым входом элемента И 29, второй вход которого соединен с первым вхо- 25 дом элемента И 26 второй вход которого подключен к третьему входу блока синхронизации, третий и четвертый

Нйходы которого соединены с выходами соответственно элементов И ?6 и 29.

Цифровой вольтметр работает следующим образом.

° e

Перед началом работы производят выбор измеряемого параметра сигналя (средненыпрямленное или среднеквадратичное значение напряжения) путем включения н работу определенной области памяти н постоянном зяпоминяющем устройстве умножителя 7. Пред40 нарительной нячальной установки циАроной вольтметр не требует, так кяк в конце каждого периода измеряемого сигнала после выдачи очередного результата измерения прибор сям явтомати1 «5 чески выходит н исходное состояние.

Измеряемое напряжение подают на вход входного усилителя блока 1, в котором производят приведение напряжения к определенному уровню, требуемому для работы АЦП 2 н занисимости от выбранного диапазона измерений.

Блок 3 определения периода служит для преобразования входного периодического сигнала сложной формы несущей частоты в последовательность

55 импульсов того же периода. Формирователь 4 частоты вырабатывает импульсы с частотой, равной

Т где N — - объем выборки, т,е. количестчо отсчетов мгновенных значений измеряемого напряжения за Один период

Т - период измеряемого напряжения.

Работу формирователя 4 частоты тактируют высокочастотным сигналом от генератора 6 импульсов. Сигналы с выходов блока 3 определения периода, формирователя 4 частоты и генератора

6 импульсов являются стартовыми для блока 5 управления.

Первоначально выполняется подцикл накопления суммы. В начале очередного периода входного напряжения сигналом с выхода блока 3 определе1 ния периоца устанавливают первый триггер 12, сигнал с выхода которого разрешает установку триггера 16. Ближайшим во времени импульсом с выхода формирователя 4 частоты возводится триггер

16, сигнал с выхода которого разрешает вывод тактовых импульсов генератора 6 импульсов через второй элемент И 20 на вход запуска АЦП 2. Происходит выборка мгновенного значения измеряемого напряжения. TIo окончании

° выборки сигнал окончания АЦП 2 через одновибрятор 19 сбрясынает триггеры

16 и 17.

Кроме того, сигнал с выхода однонибратора 19 поступает на счетчик 8 объема -выборкИ и через элемент

ИЛИ 2 1 — на накапливающий сумматор

9 как сигнал для накопления нового значения очередного отсчета. Подача тактовых импульсов через элемент И

20 прекращается. Тяк как первый триггер 12 остался и установленном состоянии, то при появлении с выхода формирователя 4 частоты очередного импульса в АЦП 2 происходит очередная выборка мгновенного значения, накапливающий сумматор 9 добавляет к предыдущей сумме очередной отсчет, а счетчик 8 объема выборки изменяет свое состояние ня 1. После N-го цикла выборки счетчик 22 обн ляется, изменив состояние счетчика 23 на 1, сигнал переполнения которого поступает ня вход элемента И 26.

Начинается подцикл обработки результатов измерения. Число N для удобства обработки информации выбирают кратным основанию 2 н целочис1597756 ленной степени. Если производят выделение значенйя напряжения за каждый период несущей частоты, то сигнал

"Йодуляция" на втором входе цифро5 вого вольтметра не устанавливают, а логический уровень в статическом состоянии на третьем входе цифрового вольтметра безразличен. В этом случае сигнал переполнения счетчика 22 через 10 элемент 26 И и элемент 24 ИЛИ устанавливает триггер 13, сигнал с выхода. которого сбрасывает триггер 12 и разрешает прохождение импульсов через элемент И 14. Сигнал с выхода триггера 13 переводит сдвиговый регистр накапливающего сумматора 9 в режим сдвига, и каждый импульс на выходе первого элемента ИЛИ 21 произВодит сдвиг его содержимого вправо на один разряд. Число сдвигов равно

f показателю степени числа И. Таким образом, операция усреднения содержимого накапливающего сумматора 9 осу- ществляется с помощью сдвига. Число сдвигов контролирует счетчик 18, который по окончании серии сдвигов сбрасывает триггер 13 и возводит триггеры 16 и 17.

После выполнения операции усреднения сигнал с выхода триггера 17 переводит АЦП 2 на прием сигналов от накапливающего сумматора 9, коммутатор 25 — на прием числа со счетчика 23. Так как при неустановленном сигнале Модуляция содержимое счетчика 23 после завершения подцикла накопления суммы равно 1, то на вход накапливающего сумматора 9 поступает инверсное значение чисел с выхода умножителя 7. При получении нулевой суммы накапливающий сумматор 9 вырабатывает сигнал переноса, который останавливает работу АЦП 2. При этом сигнал конца выборки через одновибратор 19 сбрасывает триггеры 16 и 17

45 а через элемент И 15 производит сброс третьего счетчика 23, сдвигового регистра накапливающего сумматора 9 и запись результата измерения с его выхода в выходной регистр 10. На этом цикл работы вольтметра завершается, блок 5 управления находится в ожидании следующего импульса от блока 3 определения периода.

Есть установлен сигнал Модуляция", то не происходит перехода на подцикл вычисления результатов.измеренйя при . переполнении счетчика 22, а выполнение подцикла накопления суммы происходит аналогично ранее описанному с тем отличием, что в счетчике 23 накапливается число периодов несущей частоты больше одного. Переход к подциклу. вычисления результатов измерения производят сменой;уровней на втором входе блока 11 синхронизации (сигнал "Измерение" ), При этом с помощью элемента 27 задержки и элемента 28 ИСКЛН)ЧАИЩЕЕ ИЛИ формируют.импульс, который через элемент 24 ИЛИ перевоДит блок 5 управления на выполнение подцикла вычисления результатов измерения ° Число сдвигов такое же, как и в описанном случае. Сигнал на третьем входе выходного регистра

10 может указывать либо на место размещения конечного результата (например, при раздельном представлении значений напряжения фаз импульса и паузы модулированных колебаний), либо на разрешение приема информации в какой-то фазе.

Таким образом, предлагаемый цифровой вольтметр;позволяет производить измерения не только по каждому периоду несущей частоты, но и за заданные временные интервалы периода модуляции. Получаемые интегральные характеристики дают наглядное представление о параметрах технологических процессов, основанных на импульсных воздействиях на объект. ц о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Пифровой вольтметр по авт.св.

Р 1337791, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен дополнительно блок синхронизации, причем первый и второй входы блока синхронизации являются соответственно вторым и третьим входом цифрового вольтметра, второй вход блока синхронизации подключен к третьему входу выходного регистра, второй вход счетчика объема выборки подключен к четвертому выходу блока управления и к второму управляющему входу накапливающего сумматора, третий управляющий вход которого подключен к шестому выходу блока управления, второй и третий выходы счетчика объема выборки подключены соответственно к третьим входам умножителя и блока

15 синхронизации, первьп и второй выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами счетчика объема выборки, .пятый вход которого подключен к второму выходу блока управления.

2. Вольтметр по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок синхронизации содержит элемент задержки, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй элементы И, причем первые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к первому входу блока синхронизации, вторые входы подключены соответственно к третьему входу блока синхронизации и выходу элемента HCKlH03AI0HJEE ИЛИ, а выходы — соответственно к первому и второму выходам блока синхронизации второй вход которого объединен с входами элемента задержки и первым входом элемента ИСКЛ10ЧА10ЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки.

3. Вольтметр по п, 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок управления содержит первый, второй, третий и четвертый триггеры, одновибратор, первьп(, второй и третий элементы И, элемент ИЛИ и счетчик, причем первый вход первого триггера является вторым входом блока управления, третий выход которого подключен к выходу четвертого триггера, первому входу третьего элемента И и второму входу первого триггера, выход которого соединен с первыми входами первого элемента И и второго триггера, первые входы третьего и четвертого, а также второй вход второго тригге ;ров соединены с выходом счетчика, 97756

1О вход которого соединен с выходом третьего элемента И и третьим входом элемента ИЛИ, третий вход второго

5 триггера является первым входом бло..ка управления, вход одновибратора соединен с третьим входом блока управления, а выход — с вторыми входами первого элемента И, третьего триггера и элемента ИЛИ, четвертым вхо дом второго триггера и пятым выходом блока управления, выход второго триггера подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом третьего элемента И и четвертым входом блока управления, второй вход четвертого триггера соединен с пятым входом блока управления, первый, второй,, 20 четвертый и шестой выходы которого подключены соответственно к выходам второго элемента И, третьего триггера, первого элемента И и элемента

ИЛИ.

25 4. Вольтметр по и. 1, о т л ич а ю шийся.тем, что счетчик объема выборки содержит коммутатор, первый и второй счетчики и элемент

ИЛИ, причем первый вход блока под- .

3р ключен к входу первого счетчика, второй вход — к первому входу второго счетчика, третий и четвертый входы соответственно — к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блоЗ5 ка, второй выход которого соединен .I. с выходом первого счетчика .и вГодом, второго счетчика, выход 1 которого соединен с первым входом

4О коммутатора, второй вход которого соединен с пятым входом блока, а выход — с третьим выходом блока.

1597756

euz.Ë

Составитель Е.Зверев

Техред И.Дндык Корректор М.Иароши

Редактор Н.Яцола

Заказ 3050 Тираж 5á0 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 1О1