Устройство для измерения размаха периодического сигнала треугольной формы

 

Устройство содержит линейный преобразователь сигнала треугольной формы в постоянное напряжение 1, сумматор 2, блок вычитания 3, три амплитудных селектора 4, 5, 6, четыре формирователя импульсов 7, 8, 9, 10, временной вычитающий блок 11, два измерителя временных интервалов 12, 13, дифференциатор 14, блок деления 15, блок умножения 16, источник опорных сигналов 17, блок управления 18. Устройство позволяет повысить точность измерения размаха входного сигнала за счет приближения уровней опорных сигналов к уровню экстремумов входного сигнала. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике.

Известно устройство для измерения размаха периодического сигнала треугольной формы, содержащее линейный преобразватель сигнала треугольной формы в постоянное напряжение, сумматор, первый и второй амплитудный селекторы, первый, второй и третий формирователи импульсов, временной вычитающий блок, первый и второй измерители временных интервалов, дифференциатор, блок деления, блок умножения, блок управления и источник опорного напряжения. Вход устройства соединен с входом линейного преобразователя сигнала треугольной формы в постоянное напряжение и с сигнальными входами первого и второго амплитудных селекторов. Выход линейного преобразователя подключен к первому входу сумматора и к опорному входу второго амплитудного селектора. Выход сумматора соединен с опорным входом первого амплитудного селектора. Выход второго амплитудного селектора соединен с входом второго формирователя импульсов, выход первого амплитудного селектора соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом временного вычитающего блока, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выход с информационным входом первого измерителя временных интервалов. Выход второго формирователя импульсов через последовательно включенные дифференциатор и третий формирователь импульсов соединен с входом блока управления и с информационным входом второго измерителя временных интервалов, выход которого соединен с первым входом блока деления. Второй вход блока деления соединен с выходом первого измерителя временных интервалов, а выход с первым входом блока умножения, выход которого соединен с выходом устройства. Выходы блока управления соединены с управляющими входами первого и второго измерителей временных интервалов, блока деления и блока умножения, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения и второму входу сумматора.

Недостатком известного устройства является невысокая точность вследствие использования постоянной по величине разности уровней опорных сигналов и смещения опорных сигналов к уровню максимума измеряемого сигнала, причем разность уровней опорных сигналов устанавливается в соответствии с минимально возможным размахом измеряемого сигнала. Интервал времени, в течение которого уровень измеряемого сигнала находится между уровнями опорных сигналов, может значительно отличаться от периода измеряемого сигнала, что приводит к погрешности в определении величины размаха в случае нелинейности входного сигнала.

Целью изобретения является повышение точности измерения размаха периодического сигнала треугольной формы.

Цель изобретения достигается тем, что в устройство для измерения размаха периодического сигнала треугольной формы, содержащее сумматор, первый и второй амплитудные селекторы, первый, второй и третий формирователи импульсов, временной вычитающий блок, первый и второй измерители временных интервалов, дифференциатор, блоки деления и умножения, источник опорных сигналов и линейный преобразователь сигнала треугольной формы в постоянное напряжение, вход которого является входом устройства и соединен с сигнальными входами первого и второго амплитудных селекторов, а выход соединен с опорным входом второго амплитудного селектора и первым входом сумматора, выход которого соединен с опорным входом первого амплитудного селектора, выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом временного вычитающего блока, выход которого соединен с информационным входом первого измерителя временных интервалов, выход второго амплитудного селектора соединен через последовательно соединенные второй формирователь импульсов, дифференциатор и третий формирователь импульсов с первым входом блока управления и с информационным входом второго измерителя временных интервалов, выход которого соединен с первым входом блока деления, второй вход и выход которого соединены с первым входом блока деления, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого измерителя временных интервалов и первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом источника опорных сигналов и вторым входом сумматора, с первого по четвертый выходы блока управления соединены с управляющими входами соответственно первого и второго измерителей временных интервалов, блоков деления и умножения, выход которого является выходом устройства, введены третий амплитудный селектор, четвертый формирователь импульсов и блок вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход блока вычитания соединен с опорным входом третьего амплитудного селектора, сигнальный вход и выход которого соединены соответственно с входом устройства и входом четвертого формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом временного вычитающего блока и со вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, пятый выход блока управления соединен с первым входом источника опорных сигналов, второй вход которого соединен с выходом блока умножения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит линейный преобразователь 1 сигнала треугольной формы и постоянное напряжение, сумматор 2, блок 3 вычитания, амплитудные селекторы 4 6, формирователи 7 10 импульсов, временной вычитающий блок 11, измерители 12, 13 временных интервалов, дифференциатор 14, блок 15 деления, блок 16 умножения, источник 17 опорных сигналов, блок 18 управления.

Вход устройства соединен с входом линейного преобразователя 1 и сигнальными входами амплитудных селекторов 4 6. Выход линейного преобразователя 1 соединен с опорным входом амплитудного селектора 5 и первыми входами сумматора 2 и блока 3. Выход сумматора 2 соединен с опорным входом амплитудного селектора. Выход амплитудного селектора 4 соединен с входом формирователя 7. Выход формирователя 7 соединен с третьим входом блока 18 и первым входом временного вычитающего блока 11. Выход временного вычитающего блока 11 соединен с информационным входом измерителя 12. Выход амплитудного селектора 5 соединен с входом формирователя 8. Выход формирователя 8 соединен с входом дифференциатора 14. Выход дифференциатора 14 соединен с входом формирователя 9. Выход формирователя 9 соединен с информационным входом измерителя 13 и первым входом блока 18. Выход измерителя 13 соединен с первым входом блока 15. Выход измерителя 12 соединен с вторым входом блока 15. Выход блока 15 соединен с первым входом блока 16. Выход источника 17 соединен с вторыми входами сумматора 2, блоков 3 и 16. Выход блока 3 соединен с опорным входом амплитудного селектора 6. Выход амплитудного селектора 6 соединен с входом формирователя 10. Выход формирователя 10 соединен с вторыми входами временного вычитающего блока 11 и блока 18. С первого по пятый выходы блока 18 соединены соответственно с управляющими входами измерителя 12, измерителя 13, блока 15, блока 16 и первым входом источника 17. Выход блока 16 соединен с вторым входом источника 17 и выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. Периодический сигнал U_(t) треугольной формы поступает на вход линейного преобразователя 1 и сигнальные входы амплитудных селекторов 4 6. Сигнал U₁ с выхода линейного преобразователя 1 поступает на опорный вход амплитудного селектора 5 и первые входы сумматора 2 и блока 3. На вторые входы сумматора 2 и блока 3 поступает сигнал U₀ с выхода источника 17. С выхода сумматора 2 сигнал U₂, равный сумме U₂ U₀ + U₁, поступает на опорный вход амплитудного селектора 4. С выхода блока 3 сигнал U₃, равный разности U₃ U₁ U₀, поступает на опорный вход амплитудного селектора 6.

В первом цикле измерения сигнал на выходе источника 17 опорных сигналов устанавливается равным в соответствии с минимальной величиной размаха входного сигнала, поэтому разность уровней сигналов на опорных входах амплитудных селекторов 4 и 6 составляет величину, равную 2 , которая меньше величины размаха входного сигнала U_(t). При равенстве величины входного сигнала и сигнала на опорном входе U_(t) U₃ срабатывает амплитудный селектор 6. Если входной сигнал увеличивается, по сигналу с выхода амплитудного селектора 6 формирователем 10 формируется передний фронт прямоугольного импульса, задний фронт которого формируется в момент равенства величины входного сигнала и сигнала U₃ на опорном входе амплитудного селектора 6 при уменьшении входного сигнала.

Длительность импульса на выходе формирователя 10 равна (фиг. 2) интервалу времени Δt=t₄-t₁, в течение которого входной сигнал U_(t) превышает уровень сигнала U₃ на опорном входе амплитудного селектора 6.

При равенстве величины входного сигнала и сигнала на опорном входе U_(t) U₂ срабатывает амплитудный селектор 4. Если входной сигнал увеличивается, по сигналу с выхода амплитудного селектора 4 формирователем 7 формируется передний фронт прямоугольного импульса, задний фронт которого формируется в момент равенства величины входного сигнала и сигнала на опорном входе амплитудного селектора 4 при уменьшении входного сигнала. Длительность импульса на выходе формирователя 7 равна интервалу времени Δt=t₃-t₂, в течение которого входной сигнал U_(t) превышает уровень сигнала U₂ на опорном входе амплитудного селектора 4.

Импульсы с выходов формирователей 7 и 10 поступают на входы временного вычитающего блока 11, на выходе которого в течение периода входного сигнала формируются два прямоугольных импульса, суммарная длительность которых равна интервалу времени, в течение которого уровень входного сигнала находится между опорными уровнями U₂ и U₃ Δt=(t₂-t₁)+(t₄-t₃)..

Эти импульсы поступают на информационный вход измерителя 12.

При равенстве величины входного сигнала и сигнала на опорном входе U_(t) U₁ срабатывает амплитудный селектор 5. Если входной сигнал увеличивается, по сигналу с выхода амплитудного селектора 5 формирователем 8 формируется передний фронт прямоугольного импульса, задний фронт которого формируется в момент равенства величины входного сигнала U_(t) и сигнала U₁ на опорном входе амплитудного селектора 5 при уменьшении входного сигнала.

Прямоугольные импульсы с выхода формирователя 8 поступают на вход дифференциатора 14, сигналы на выходе которого совпадают с передними фронтами прямоугольных импульсов, поступающих на вход дифференциатора 14. По сигналам с выхода дифференциатора 14 формирователем 9 формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна периоду T входного сигнала. Прямоугольный импульс с выхода формирователя 9 поступает на информационный вход измерителя 13.

Сигнал с выхода измерителя 12 поступает на вход делителя блока 15. Сигнал с выхода измерителя 13 поступает на вход делимого блока 15. Величина выходного сигнала блока 15 пропорциональна отношению периода входного сигнала к длительности интервала времени, в течение которого уровень входного сигнала находится между уровнями сигналов на опорных входах амплитудных селекторов 4 и 6. Сигналы с выхода блока 15 и выхода источника 17 поступают на входы блока 16. Величина сигнала U₈ на выходе блока 16 пропорциональна произведению и соответствует размаху входного сигнала.

Для повышения точности измерения размаха входного сигнала во втором цикле осуществляется коррекция уровней сигналов, поступающих на опорные входы амплитудных селекторов 4 и 6. Целью коррекции является приближение уровней сигналов на опорных входах амплитудных селекторов 4 и 6 к уровням, соответствующим экстремумам входного сигнала. Сигнал с выхода блока 16 поступает на вход источника 17. Сигнал на выходе источника 17 становится пропорциональным произведению , где k постоянный коэффициент, величина которого устанавливается с учетом максимальной скорости изменения размаха входного сигнала.

Порядок работы устройства во втором цикле соответствует порядку работы в первом цикле измерения. Управление работой измерителей 12 и 13, блоков 15 и 16, источника 17 осуществляется с помощью блока 18 по сигналам, поступающим на его входы с выходов формирователей 7, 9, 10.

Если уровни экстремумов входного сигнала U_(t) в цикле измерения находятся между уровнями сигналов U₂ и U₃ на опорных входах амплитудных селекторов 4 и 6, сигнал с выхода блока 18 поступит на управляющий вход источника 17.

На выходе источника 17 установится уровень сигнала, равный , соответствующий минимальной величине размаха периодического сигнала треугольной формы, и измерение размаха осуществляется в соответствии с первым циклом.

Таким образом, измерение размаха периодического сигнала треугольной формы осуществляется устройством с повышенной точностью в широком диапазоне изменения динамики и размаха периодического сигнала.

Формула изобретения

Устройство для измерения размаха периодического сигнала треугольной формы, содержащее сумматор, первый и второй амплитудные селекторы, первый, второй и третий формирователи импульсов, временной вычитающий блок, первый и второй измерители временных интервалов, дифференциатор, блоки деления и умножения, источник опорных сигналов и линейный преобразователь сигнала треугольной формы в постоянное напряжение, вход которого является входом устройства и соединен с сигнальными входами первого и второго амплитудных селекторов, а выход соединен с опорным входом второго амплитудного селектора и первым входом сумматора, выход которого соединен с опорным входом первого амплитудного селектора, выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом временного вычитающего блока, выход которого соединен с информационным входом первого измерителя временных интервалов, выход второго амплитудного селектора соединен через последовательно соединенные второй формирователь, импульсов, дифференциатор и третий формирователь импульсов с первым входом блока управления и с информационным входом второго измерителя временных интервалов, выход которого соединен с первым входом блока деления, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого измерителя временных интервалов и первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом источника опорных сигналов и вторым входом сумматора, с первый по четвертый выходы блока управления соединены с управляющими входами соответственно первого и второго измерителя временных интервалов, блоков деления и умножения, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что введены третий амплитудный селектор, четвертый формирователь импульсов и блок вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход блока вычитания соединен с опорным входом третьего амплитудного селектора, сигнальный вход и выход которого соединены соответственно с входом устройства и входом четвертого формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом временного вычитающего блока и с вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, пятый выход блока управления соединен с первым входом источника опорных сигналов, второй вход которого соединен с выходом блока умножения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2