Способ функционального преобразования двух напряжений и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения отношения двух напряжений и их среднего геометрического значения. Сущность изобретения: способ функционального преобразования заключается в том, что формируют три экспоненциально падающих напряжения и для определения среднего геометрического в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения с постоянной времени τ большему измеряемому напряжению формируют третье экспоненциально падающее с постоянной времени 2τ напряжение, значение которого фиксируют в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому напряжению. Устройство содержит источники 1 и 2 экспоненциально падающих напряжений, нуль-органы 3 и 4, ключ 5, источники 6 и 7 большего и меньшего измеряемых напряжений, источник 8 третьего экспоненциально падающего напряжения, ключ 9, триггер 10, вход "Запуск" 11 и выходы 12 и 13. 2 с.п ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для функционального преобразования напряжений, в частности определения среднего геометрического двух напряжений.

Известен способ функционального преобразования напряжений, а именно измерения отношения двух напряжений, заключающийся в том, что первое экспоненциально падающее с постоянной времени τ напряжение сравнивают с измеряемыми напряжениями, формируют интервал времени между моментами равенства первого экспоненциального падающего напряжения большему и меньшему из измеряемых напряжений, формируют второе экспоненциальное падающее с постоянной времени τ напряжение в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему измеряемому напряжению, а в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому напряжению значение второго экспоненциально падающего напряжения фиксируют.

Известно устройство для функционального преобразования двух напряжений, а именно измерения отношения двух напряжений, содержащее первый и второй источники экспоненциально падающих напряжений, ключ, первый и второй нуль-органы, к первым входам которых подключены выходы источников измеряемых напряжений, соответственно к вторым объединенным входам - выход первого источника экспоненциально падающего напряжения, вход которого подключен к входу "Запуск", выход первого нуль-органа подключен к входу "Пуск" второго источника экспоненциально падающего напряжения, к входу "Останов" которого, объединенному с управляющим входом ключа, подключен выход второго нуль-органа, а выход второго источника экспоненциально падающего напряжения подключен через ключ к выходу устройства.

Недостаток известного способа и устройства для функционального преобразования двух напряжений - ограниченные функциональные возможности, обусловленные возможностью определения только отношения двух напряжений и отсутствием возможности определения среднего геометрического двух напряжений.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, обусловленное возможностью определения среднего геометрического двух измеряемых напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе функционального преобразования напряжений, заключающемся в том, что первое экспоненциально падающее напряжение с постоянной времени τ сравнивают с измеряемыми напряжениями, формируют интеграл времени между моментами равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему и меньшему из измеряемых напряжений, формируют второе экспоненциально падающее с постоянной времени τ напряжение в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему измеряемому напряжению, а в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому напряжению значение второго экспоненциально падающего напряжения фиксируют, согласно изобретению в момент равенства первого экспоненциально падающего с постоянной времени τ напряжения большему измеряемому напряжению формируют третье экспоненциально падающее с постоянной времени 2τ напряжение, значение которого фиксируют в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому напряжению.

Поставленная цель достигается также и тем, что устройство для осуществления способа функционального преобразования напряжений, содержащее первый и второй источники экспоненциально падающих напряжений, ключ, первый и второй нуль-органы, к первым входам которых подключены выходы источников измеряемых напряжений соответственно, к вторым объединенным входам - выход первого источника экспоненциально падающего напряжения, вход которого подключен к входу "Запуск", выход первого нуль-органа подключен к входу "Пуск" второго источника экспоненциально падающего напряжения, к входу "Останов" которого, объединенному с управляющим входом ключа, подключен выход второго нуль-органа, а выход второго источника экспоненциально падающего напряжения подключен через ключ к выходу устройства, согласно изобретению снабжено вторым ключом, триггером и третьим источником экспоненциально падающего с постоянной времени 2 τ напряжения, вход "Пуск" которого подключен к выходу первого нуль-органа, вход "Останов" объединен с входом "Останов" второго источника экспоненциально падающего напряжения, а выход через второй ключ подключен к второму выходу устройства, управляющий вход второго ключа объединен с управляющим входом первого ключа и подключен к прямому выходу триггера, единичный вход которого подключен к выходу второго нуль-органа, а нулевой вход - к входу "Запуск" устройства.

Формирование третьего экспоненциально падающего напряжения с постоянной времени 2 τ от уровня большего измеряемого напряжения и фиксация его в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому напряжению позволяет определить среднее геометрическое значение двух измеряемых напряжений, что и расширяет функциональные возможности способа функционального преобразования двух измеряемых напряжений и устройства для его осуществления.

На фиг.1 приведены временные диаграммы, поясняющие сущность предлагаемого способа; на фиг.2 - устройство, реализующее предлагаемый способ.

По предлагаемому способу первое экспоненциально падающее напряжение U_э1 = U_о ^. e^-t/τ сравнивают с измеряемыми напряжениями U_вх1 и U_вx2. Пусть U_вх1 > U_вх2, тогда напряжение U_э1 оказывается равным напряжению U_вх1 в момент времени t₁, а напряжение U_вх2 - в момент времени t₂ U_{вх 1}=U₀·e ; U_{вх 2}=U₀·e При этом = e (1) В момент времени t₁ формируют второе экспоненциально падающее напряжение U_э2 с постоянной времени τ.

В момент времени t₂ значение напряжения U_э2 фиксируют U_э2(t₂) = U₀·e (2) Решая уравнения (1) и (2) совместно, получают U_э2(t₂) = U₀ (3) т.е. напряжение U_э2(t₂) пропорционально отношению измеряемых напряжений.

В момент времени t₁ формируют третье экспоненциально падающее от уровня U_вх1 с постоянной времени 2 τ напряжение U_э3(t) = U_{вх 1}·e (4)
В момент времени t₂ равенства U_э1(t₂) меньшему измеряемому напряжению U_вх2
U_э1(t₂) = U_{вх 2} = U_{вх 1}·e (5) фиксируют значение третьего экспоненциально падающего напряжения
U_э3(t₂) = U_{вх 1}·e (6)
Решая совместно уравнения (5) и (6), получают
e = (7)
U_э3(t₂) = U_{вх 1}= = _, (8) т.е. напряжение U_э3(t₂) равно среднему геометрическому значению измеряемых напряжений U_вх1 и U_вх2.

Устройство для реализации способа функциональных преобразований двух напряжений содержит первый и второй источники 1 и 2 экспоненциально падающих напряжений, первый и второй нуль-органы 3 и 4, первый ключ 5, источники 6 и 7 большего и меньшего измеряемых напряжений соответственно, источник 8 третьего экспоненциально падающего напряжения, второй ключ 9, триггер 10, вход "Запуск" 11, выходы 12 и 13.

К первым входам нуль-органов 3 и 4 подключены выходы источников 6 и 7 большего и меньшего измеряемых напряжений соответственно, к вторым входам - выход первого источника 1 экспоненциально падающего напряжения, вход которого подключен к внешнему входу "Запуск" устройства. Выход нуль-органа 3 подключен к объединенным входам "Пуск" источников 2 и 8 экспоненциально падающих напряжений, к входам "Останов" которых и входу "Останов" источника 1 подключен выход второго нуль-органа 4. Выходы источников 2 и 8 экспоненциально падающих напряжений подключены через ключи 5 и 9 соответственно к выходам 12 и 13 устройства соответственно.Управляющие входы ключей 5 и 9 объединены и подключены к прямому выходу триггера 10, единичный вход которого подключен к выходу второго нуль-органа 4, а нулевой - к входу "Запуск" 11 устройства.

Устройство для функционального преобразования двух напряжений работает следующим образом.

По команде, поступающей в момент t_о на вход "Пуск" источника 1, на его выходе формируется экспоненциально падающее от постоянного уровня U_ос постоянной времени τ напряжение U_э1(t). Напряжение U_э1(t) поступает на вторые входы нуль-органов 3 и 4, на первые входы которых подаются напряжения U_вх1 и U_вх2 соответственно. Пусть для определенности U_вх1 > U_вх2. При выполнении условия U_э1(t) = U_вх1 в некоторый момент времени t₁на выходе нуль-органа 3 формируется сигнал, поступающий на входы "Пуск" источников 2 и 8 экспоненциально падающих напряжений. На выходе источника 2 формируется экспоненциально падающее от уровня U_о с постоянной времени τ напряжение U_э2(t-t₁). На выходе источника 8 формируется третье экспоненциально падающее от уровня U_вх1 с постоянной временем 2 τ напряжение U_э3(t-t₁). При поступлении на вход 11 сигнала запуска триггер 10 устанавливается в нуль, ключи 5 и 9 оказываются разомкнутыми, на выходах 12 и 13 - нулевые сигналы.

При выполнении условия U_э1(t₂) = U_вх2 в некоторый момент времени t₂на выходе нуль-органа 4 формируется сигнал, поступающий на входы "Останов" источников 1,2 и 8 и единичный вход триггера 10. При этом фиксируются напряжения U_э1(t₂), U_э2(t₂), U_э3(t₂). Триггер 10 устанавливается в единицу, ключи 5 и 9 замыкаются.

На выходе 12 устройства в момент t₂ формируется сигнал U_э2(t₂), который на основании (3) пропорционален отношению измеряемых напряжений.

На выходе 13 устройства в момент t₂ формируется сигнал U_э3(t₂), который на основании соотношения (8) равен среднему геометрическому значению измеряемых напряжений.

По сравнению с прототипом предложенный способ и устройство для его осуществления имеют более широкие возможности за счет определения наряду с частным от деления измеряемых напряжений также и сигнала, равного среднему геометрическому значению двух измеряемых напряжений.

Формула изобретения

1. Способ функционального преобразования двух напряжений, заключающийся в том, что первое экспоненциально падающее от уровня опорного напряжения с постоянной времени τ напряжение сравнивают с измеряемыми напряжениями, формируют интервал времени между моментами равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему и меньшему из измеряемых напряжений, формируют второе экспоненциально падающее от уровня опорного напряжения с постоянной времени τ напряжение в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему измеряемому напряжению, а в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому напряжению фиксируют значение второго экспоненциально падающего напряжения, которое пропорционально отношению двух измеряемых напряжений, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения получения сигнала преобразования, пропорционального среднему геометрическому значению двух измеряемых напряжений, в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения большему измеряемому напряжению формируют третье экспоненциально падающее с постоянной времени 2τ напряжение, в момент равенства первого экспоненциально падающего напряжения меньшему измеряемому напряжению фиксируют значение третьего экспоненциально падающего напряжения, которое пропорционально среднему геометрическому значению двух измеряемых напряжений.

2. Устройство функционального преобразования двух напряжений, содержащее первый и второй источники экспоненциально падающих напряжений, ключ, первый и второй нуль-органы, к первым входам которых подключены соответственно выходы источников измеряемых напряжений, к вторым объединенным входам - выход первого источника экспоненциально падающего напряжения, вход которого подключен к входу "Запуск" устройства, выход первого нуль-органа подключен к входу "Пуск" второго источника экспоненциально падающего напряжения, к входу "Останов" которого подключен выход второго нуль-органа, выход второго источника экспоненциально падающего напряжения соединен через ключ с первым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены второй ключ, триггер, третий источник экспоненциально падающего с постоянной времени 2τ напряжения, вход "Пуск" которого подключен к выходу первого нуль-органа, вход "Останов" объединен с входами "Останов" первого и второго источников экспоненциально падающего напряжения и с единичным входом триггера, а выход через второй ключ соединен с вторым выходом устройства, управляющий вход второго ключа объединен с управляющим входом первого ключа и подключен к прямому выходу триггера, нулевой вход которого соединен с входом "Запуск" устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2