Устройство для измерения уровня напряжения

 

Изобретение относится к технике измерений и может найти применение для измерения уровня напряжения в линии. Сущность изобретения: устройство для измерения уровня напряжения содержит дешифраторы 1 и 2, выходы которых соединены с выходными шинами 3 и 4, реверсивные счетчики 5 и 6, триггеры 7 и 8, элемент И 9, элементы ИЛИ - НЕ 10 и 11, элементы НЕ 12 и 13, входную шину 14 измеряемого сигнала, входную шину 15 импульсов начала цикла измерения, входную шину 16 тактовых импульсов и выходную шину 17 знака, при этом разрядные выходы реверсивного счетчика 5 соединены с выходами двоичного кода дефишратора 1, сумматор 18 по модулю два, формирователь 19 образцового напряжения, реверсивный счетчик 20, счетчик-дешифратор 21, формирователь 22 временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела измерения, формирователь 23 временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала, блок 24 гашения индикации при превышении верхнего предела измерения, амплитудный детектор 25, регулируемый делитель 26 напряжения, элементы ИЛИ - НЕ 27 и 28, элементы НЕ 29, 30 и 31 и входную шину 32 опорного напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения, а именно к устройствам для измерения уровня напряжения.

Известно устройство для измерения уровня напряжения, содержащее счетчики, триггеры, элементы ИЛИ и элементы НЕ, включенные между входной шиной измеряемой информации и дешифраторами, соединенными выходами с выходными шинами сигналов высвечивания цифр.

Недостаток известного устройства для измерения уровня напряжения состоит в значительной сложности его конструкции.

Известно также устройство для измерения уровня напряжения, содержащее первый и второй дешифраторы, выходы которых соединены с выходными шинами, первый реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с входами двоичного кода первого дешифратора, второй реверсивный счетчик, первый и второй триггеры, элемент И, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ, первый и второй элементы НЕ, входную шину измеряемого сигнала, входную шину импульсов начала цикла измерения, входную шину тактовых импульсов, выходную шину знака.

Недостаток подобного устройства для измерения уровня напряжения состоит в значительной погрешности результата измерения уровня напряжения.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения уровня напряжения.

С этой целью в устройство для измерения уровня напряжения, содержащее первый и второй дешифраторы, выходы которых соединены с выходными шинами, первый реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с входами двоичного кода первого дешифратора, второй реверсивный счетчик, первый и второй триггеры, элемент И, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ, первый и второй элементы НЕ, входную шину измеряемого сигнала, входную шину импульсов начала цикла измерения, входную шину тактовых импульсов и выходную шину знака, введены сумматор по модулю два, формирователь образцового напряжения, третий реверсивный счетчик, счетчик-дешифратор, формирователь временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела измерения, формирователь временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала, блок гашения индикации при превышении верхнего предела измерения, амплитудный детектор, регулируемый делитель напряже- ния, третий и четвертый элементы ИЛИ-НЕ, третий, четвертый и пятый элементы НЕ и входная шина опорного напряжения, причем выход сумматора по модулю два соединен с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с входами разрешения смены информации первого и второго дешифраторов и с входом разрешения счета второго реверсивного счетчика, счетный вход второго реверсивного счетчика соединен с входной шиной тактовых импульсов, выход формирователя образцового напряжения соединен с входной шиной импульсов начала цикла измерения, которая соединена с входами предварительной установки первого и второго реверсивных счетчиков, с входом сброса первого триггера и с входом сброса второго триггера, инверсный выход второго триггера соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, вход установки единицы - с выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого разряда второго реверсивного счетчика, второй вход через второй элемент НЕ - с выходом второго реверсивного счетчика, третий вход - с выходом третьего разряда второго реверсивного счетчика, выход переноса которого соединен через третий элемент НЕ с счетным входом второго триггера и с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, второй вход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход через четвертый элемент НЕ - с счетным входом первого реверсивного счетчика, счетный вход третьего реверсивного счетчика соединен с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, выходы - с входами двоичного кода второго дешифратора и с первым и вторым входами четвертого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом установки единицы первого триггера, третий вход - с выходом переноса первого реверсивного счетчика и входом пятого элемента НЕ, выход первого разряда счетчика-дешифратора соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход пятого элемента НЕ соединен с счетным входом счетчика-дешифратора и с вторым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход блока гашения индикации при превышении верхнего предела измерения соединен с входами гашения первого и второго дешифраторов, выход амплитудного детектора соединен с входной шиной измеряемого сигнала, вход регулируемого делителя напряжения соединен с входной шиной опорного напряжения, выход амплитудного детектора соединен с первым входом блока гашения индикации при превышении верхнего предела измерения и с первым входом формирователя временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала, выход которого соединен с первым входом сумматора по модулю два, второй вход сумматора по модулю два соединен с выходом формирователя временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела измерения, первый вход которого соединен с первым выходом регулируемого делителя напряжения, второй выход регулируемого делителя напряжения соединен с вторым входом блока гашения индикации при превышении верхнего предела измерения, второй вход формирователя временного интервала превышения образцовым напряжением нижнего предела измерения соединен с первым выходом формирователя образцового напряжения, второй выход которого соединен с вторым входом формирователя временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала, входная шина импульсов начала цикла измерения соединена с входом сброса счетчика-дешифратора и с входом предварительной установки третьего реверсивного счетчика, а прямой выход первого триггера соединен с входами направления счета первого, второго и третьего реверсивных счетчиков.

На чертеже изображен один из возможных вариантов предлагаемого устройства для измерения уровня напряжения.

Устройство содержит первый и второй дешифраторы 1 и 2, выходы которых соединены с выходными шинами 3 и 4, первый и второй реверсивные счетчики 5 и 6, первый и второй триггеры 7 и 8, элемент И 9, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ 10 и 11, первый и второй элементы НЕ 12 и 13, входную шину 14 измеряемого сигнала, входную шину 15 импульсов начала цикла измерения, входную шину 16 тактовых импульсов и выходную шину 17 знака. При этом разрядные выходы первого реверсивного счетчика 5 соединены с входами двоичного кода первого дешифратора 1.

Устройство содержит также сумматор 18 по модулю два, формирователь 19 образцового напряжения, третий реверсивный счетчик 20, счетчик-дешифратор 21, формирователь 22 временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела измерения, формирователь 23 временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала, блок 24 гашения индикации при превышении верхнего предела измерения, амплитудный детектор 25, регулируемый делитель 26 напряжения, третий и четвертый элементы ИЛИ-НЕ 27 и 28, третий, четвертый и пятый элементы НЕ 29, 30 и 31 и входную шину 32 опорного напряжения.

Выход сумматора 18 по модулю два соединен с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ 10 и с входом первого элемента НЕ 2. Выход первого элемента НЕ 12 соединен с входами разрешения смены информации первого и второго дешифраторов 1 и 2 и с входом разрешения счета второго реверсивного счетчика 6. Счетный вход второго реверсивного счетчика 6 соединен с входной шиной 16 тактовых импульсов. При этом вход формирователя 19 образцового напряжения соединен с входной шиной 15 импульсов начала цикла измерения, которая соединена с входами предварительной установки первого и второго реверсивных счетчиков 5 и 6, с входом сброса первого триггера 7 и с входом сброса второго триггера 8. Инверсный выход второго триггера 8 соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ 10. Вход установки единицы второго триггера 8 соединен с выходом элемента И 9, первый вход которого соединен с выходом первого разряда второго реверсивного счетчика 6. Второй вход элемента И 9 соединен через второй элемент НЕ 13 и с выходом второго разряда второго реверсивного счетчика 6. Третий вход элемента И 9 соединен с выходом третьего разряда второго реверсивного счетчика 6, выход переноса которого соединен через третий элемент НЕ 29 с счетным входом второго триггера 8 и с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ 11. Второй вход второго элемента ИЛИ-НЕ 11 соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ 10. Выход второго элемента ИЛИ-НЕ 11 через четвертый элемент НЕ 30 соединен с счетным входом первого реверсивного счетчика 5.

Счетный вход третьего реверсивного счетчика 20 соединен с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ 27. Выходы третьего реверсивного счетчика 20 соединены с входами двоичного кода второго дешифратора 2 и с первым и вторым входами четвертого элемента ИЛИ-НЕ 28, выход которого соединен с входом установки единицы первого триггера 7. Третий вход четвертого элемента ИЛИ-НЕ 28 соединен с выходом переноса первого реверсивного счетчика 5 и с входом пятого элемента НЕ 31.

Выход первого разряда счетчика-дешифратора 21 соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ 27, выход пятого элемента НЕ 31 соединен с счетным входом счетчика-дешифратора 21 и с вторым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ 27, а выход блока 24 гашения индикации при превышении верхнего предела измерения соединен с входами гашения первого и второго дешифраторов 1 и 2. При этом вход амплитудного детектора 25 соединен с входной шиной 14 измеряемого сигнала, вход регулируемого делителя 26 напряжения соединен с входной шиной 32 опорного напряжения, а выход амплитудного детектора 25 соединен с первым входом блока 24 гашения индикации при превышении верхнего предела измерения и с первым входом формирователя 23 временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала. Выход формирователя 23 временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала соединен с первым входом сумматора 18 по модулю два. Второй вход сумматора 18 по модулю два соединен с выходом формирователя 22 временного интервала превышения образцовым напряжением предела измерения, первый вход которого соединен с первым выходом регулируемого делителя 26 напряжения. Второй выход регулируемого делителя 26 напряжения соединен с вторым входом блока 24 гашения индикации при превышении верхнего предела измерения. Второй вход формирователя 22 временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела измерения соединен с первым выходом формирователя 19 образцового напряжения, второй выход которого соединен с вторым входом формирователя 23 временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала. При этом входная шина 15 импульсов начала цикла измерения соединена с входом сброса счетчика-дешифратора 21 и с входом предварительной установки третьего реверсивного счетчика 20, а прямой выход первого триггера 7 соединен с входами направления счета, первого, второго и третьего реверсивных счетчиков 5, 6 и 20.

Работа предлагаемого устройства для измерения уровня напряжения происходит следующим образом.

Измеряемый сигнал поступает по входной шине 14 измеряемого сигнала на амплитудный детектор 25, который производит выделение огибающей измеряемого одночастотного сигнала. При этом по входной шине 15 импульсов начала измерения поступают импульсы начала измерения, имеющие период повторения, равный 3 с. Импульсы начала цикла измерения подаются на входы предварительной установки первого, второго и третьего реверсивных счетчиков 5, 6 и 20, на входы сброса первого и второго триггеров 7 и 8 и счетчика-дешифратора 21 и на вход формирователя 19 образцового напряжения. Импульсы начала цикла измерения устанавливают первый, второй и третий реверсивные счетчики 5, 6 и 20 в состояние, соответствующее уровню напряжения +10 дБ, и запускают формирователь 19 образцового напряжения. Одно и то же образцовое напряжение подается с первого и второго выходов формирователя 19 образцового напряжения на вторые входы соответственно формирователя 22 временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела измерения и формирователя 23 временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала. На первый вход формирователя 22 временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела измерения подается уровень напряжения +10 дБ с первого выхода регулируемого делителя 26 напряжения, возбуждаемого напряжением 12 В, подаваемым по входной шине 32 опорного напряжения. С выхода формирователя 22 временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела измерения на второй вход сумматора 18 по модулю два поступает результат формирования временного интервала, соответствующего времени превышения образцовым напряжением уровня напряжения +10 дБ. На первый вход сумматора 18 по модулю два с выхода формирователя 23 временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала подается результат формирования временного интервала, соответствующего времени превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала, поступающего с выхода амплитудного детектора 25. При этом сумматор 18 по модулю два формирует временной интервал, длительность которого соответствует времени спада образцового напряжения от верхнего уровня измерения до уровня измеряемого сигнала. Сигнал сумматора 18 по модулю два подается непосредственно на первый вход первого элемента ИЛИ-НЕ 10, а через первый элемент НЕ 12 - на вход разрешения счета второго реверсивного счетчика 6 и на входы разрешения смены информации первого и второго дешифраторов 1 и 2. За время сигнала сумматора 18 по модулю два производится реверсивный счет тактовых импульсов, поступающих с частотой 10 кГц по входной шине 16 тактовых импульсов, до момента прохождения первым, вторым и третьим реверсивными счетчиками 5, 6 и 20 состояния, соответствующего уровню напряжения 0 дБ, после чего первым триггером 7 производится переключение на прямой счет. При этом на выходной шине 17 знака присутствует уровень логической единицы, индицирующий знак "+".

Второй реверсивный счетчик 6 осуществляет счет десятых долей децибела, а при каждом десятом импульсе с его выхода переноса производится перенос в первый реверсивный счетчик единиц децибелов через третий элемент НЕ 29, второй элемент ИЛИ-НЕ 11 и четвертый элемент НЕ 30. При этом принятие решения о переносе осуществляется с участием второго элемента НЕ 12, элемент И 9, второго триггера 8 и первого элемента ИЛИ-НЕ 10.

При появлении на выходах первого, второго и третьего разрядов второго реверсивного счетчика 6 кода цифры "5" второй триггер 8 посредством второго элемента НЕ 13 и элемента И 9 устанавливается в состояние логической единицы. При этом в случае, если до окончания сигнала сумматора 18 по модулю два не произошел перенос с выхода переноса второго реверсивного счетчика 6, происходит принятие решения об округлении формированием уровня логической единицы на выходе первого элемента ИЛИ-НЕ 10. Сформированный сигнал переноса по результату округления через второй элемент ИЛИ-НЕ 11 и четвертый элемент НЕ 30 поступает на счетный вход первого реверсивного счетчика 5. При прохождении первым реверсивным счетчиком 5 состояния, соответствующего уровню напряжения 0 дБ, происходит запрет переноса десятков децибел в третий реверсивный счетчик 20, что осуществляется счетчиком-дешифратором 21 и третьим элементом ИЛИ-НЕ 27.

Переключение первого, второго и третьего реверсивных счетчиков 5, 6 и 20 с обратного на прямой счет осуществляется четвертым элементом ИЛИ-НЕ 28 и первым триггером 7, что обеспечивает на выходной шине 17 знака изменение знака на противоположный. Четвертый элемент ИЛИ-НЕ 28 устанавливает первый триггер 7 в состояние логической единицы при условии формирования сигнала переноса на выходе переноса первого реверсивного счетчика 5 при прохождении состояния, соответствующего уровню напряжения 0 дБ.

В процессе измерения на выходных шинах 3 и 4 высвечивается результат предыдущего измерения в соответствии с сигналом первого элемента НЕ 12, поступающим на входы разрешения смены информации первого и второго дешифраторов 1 и 2. По окончании измерения изменение сигнала на выходе первого элемента НЕ 12 первый и второй дешифраторы 1 и 2 обеспечивают поступление результата текущего измерения на выходные шины 3 и 4.

При превышении измеряемым сигналом верхнего предела измерения блок 24 гашения индикации при превышении верхнего предела измерения обеспечивает формирование уровня логической единицы на входах гашения первого и второго дешифраторов 1 и 2, которые за счет вырабатывания на их выходах уровня логического нуля обеспечивают гашение индикации.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый и второй дешифраторы, выходы которых соединены с выходными шинами, первый реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с входами двоичного кода первого дешифратора, второй реверсивный счетчик, первый и второй триггеры, элемент И, первый и второй элементы ИЛИ - НЕ, первый и второй элементы НЕ, входную шину измеряемого сигнала, входную шину импульсов начала цикла измерения, входную шину тактовых импульсов, выходную шину знака, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения уровня напряжения, в него введены сумматор по модулю два, формирователь образцового напряжения, третий реверсивный счетчик, счетчик-дешифратор, формирователь временного интервала повышения образцовым напряжением верхнего предела измерения, формирователь временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала, блок гашения индикации при превышении верхнего предела измерения, амплитудный детектор, регулируемый делитель напряжения, третий и четвертый элементы ИЛИ - НЕ, третий, четвертый и пятый элементы НЕ, входная шина опорного напряжения, причем выход сумматора по модулю два соединен с первым входом первого элемента ИЛИ - НЕ и входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с входами разрешения смены информации первого и второго дешифраторов и с входом разрешения счета второго реверсивного счетчика, счетный вход второго реверсивного счетчика соединен с входной шиной тактовых импульсов, вход формирователя образцового напряжения соединен с входной шиной импульсов начала цикла измерения, которая соединена с входами предварительной установки первого и второго реверсивных счетчиков, с входом сброса первого триггера и с входом сброса второго триггера, инверсный выход второго триггера соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ - НЕ, вход установки единицы - с выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого разряда второго реверсивного счетчика, второй вход через второй элемент НЕ - с выходом второго разряда реверсивного счетчика, третий вход - с выходом третьего разряда второго реверсивного счетчика, выход переноса которого соединен через третий элемент НЕ со счетным входом второго триггера и с первым входом второго элемента ИЛИ - НЕ, второй вход второго элемента ИЛИ - НЕ соединен с выходом первого элемента ИЛИ - НЕ, выход через четвертый элемент НЕ - с счетным входом первого реверсивного счетчика, счетный вход третьего реверсивного счетчика соединен с выходом третьего элемента ИЛИ - НЕ, выходы - с входами двоичного кода второго дешифратора и с первым и вторым входами четвертого элемента ИЛИ - НЕ, выход которого соединен с входом установки единицы первого триггера, третий вход - с выходом переноса первого реверсивного счетчика и входом пятого элемента НЕ, выход первого разряда счетчика-дешифратора соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ - НЕ, выход пятого элемента НЕ соединен с счетным входом счетчика-дешифратора и с вторым входом третьего элемента ИЛИ - НЕ, выход блока гашения индикации при превышении верхнего предела измерения соединен с входами гашения первого и второго дешифраторов, вход амплитудного дедектора соединен с входной шиной измеряемого сигнала, вход регулируемого делителя напряжения соединен с входной шиной опорного напряжения, выход амплитудного детектора соединен с первым входом блока гашения индикации при превышении верхнего предела измерения и с первым входом формирователя временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала, выход которого соединен с первым входом сумматора по модулю два, второй вход сумматора по модулю два соединен с выходом формирователя временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела измерения, первый вход которого соединен с первым выходом регулируемого делителя напряжения, второй выход регулируемого делителя напряжения соединен с вторым входом блока гашения индикации при превышении верхнего предела измерения, второй вход формирователя временного интервала превышения образцовым напряжением верхнего предела соединен с первым выходом формирователя образцового напряжения, второй выход которого соединен с вторым входом формирователя временного интервала превышения образцовым напряжением уровня измеряемого сигнала, входная шина импульсов начала цикла измерения соединена с входом сброса счетчика-дешифратора и с входом предварительной установки третьего реверсивного счетчика, прямой выход первого триггера соединен с входами направления счета первого, второго и третьего реверсивных счетчиков.

РИСУНКИ

Рисунок 1