Стохастический преобразователь напряжения

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения напряжений с помощью цифровых измерительных приборов - вольтметров, аналого-цифровых преобразователей . Цель изобретения - повышение точности измерения. Преобразователь содержит генератор 1 случайных чисел, цифровой вольтметр 2, входные шины 3,4, переключатель 5, 3 о управляемьй делитель 6 напряжения, вьтолненный на резисторах 7,8 и ключе 9, регулируемый источник 10 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 11, а генератор i случайных чисел выполнен на генераторе 12 импульсов, ключе 13 и счетчике 14. В преобразователе использованы статистическая минимизация, погрешность от квантования за счет ведения случайных сигналов. С помощью генератрра 1 случайных чисел, регулируемого источника 10 опорных напряжений и цифроаналогового преобразователя 11 устанавливается максимальное значение величины случайного сигнала, равное максимальному значению предела измерения цифрового вольтметра, производится измерение функции распределения случайного сигнала, после чего его динамический диапазон уменьшается в.определенное число раз и производятся многократные измерения суммы случайного сигнала с измеряемым напряжением. Результат вычисляется по формуле. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. i (Л оо ел 00 о х 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 Н 03 М 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l) 3971887/24-24 (22) 29.10.85 (46) 07.12.87. Бюл. У 45 (71) Гомельский государственный университет (72) В.А. Яцкевич (53) 681 ° 325(088.8) (56) Балакай В.Г. и др. Интегральные схемы аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей. — M.:

Энрегия, 1978, с. 45, рис. 1-13.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1023648, кл. Н 03 М 1/04, 1980. (54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измери- тельной технике, в частности к устройствам измерения напряжений с помощью цифровых измерительных приборов— вольтметров, аналого-цифровых преобразователей. Цель изобретения — повышение точности измерения. Преобразователь содержит генератор случайных чисел, цифровой вольтметр 2, входные шины 3,4, переключатель 5

YÄÄSUÄÄ 1358093 А1 управляемый делитель 6 напряжения, выполненный на резисторах 7,8 и клю- .че 9, регулируемый источник 10 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь ll, а генератор случайных чисел выполнен на генераторе

12 импульсов, ключе 13 и счетчике 14.

В преобразователе использованы статистическая минимизация, погрешность от квантования эа счет ведения случайных сигналов. С помощью генератора 1 случайных чисел, регулируемого источника 10 опорных напряжений и цифроаналогового преобразователя ll устанавливается максимальное значение величины случайного сигнала, рав- . ное максимальному значению предела измерения цифрового вольтметра, производится измерение функции распределения случайного сигнала, после чего его динамический диапазон уменьшается в определенное число раз и производятся многократные измерения суммы случайного сигнала с измеряемым напряжением. Результат вычисляется ф е. 2 s.ï. ф-лы, I ил.

1358093

2 где R,R — сопротивления первого 7 г и второго 8 резисторов.

Напряжение с выхода ЦАП уменьшается в п раз и в сумме с.неизвестной измеряемой величиной напряжения U поступает на входы вольтметра 2.

При этом на выходе ЦАП вырабатываются случайные значения напряжений с известной функцией распределения

F(U). Зти сигналы, уменьшенные по амплитуде в К раз с помощью делителя

6, складываются с измеряемой величиной U и измеряются вольтметром. По

15 результатам многократных измерений (п раз) определяется значение функции распределения суммарного сигнала относительно одного выбранного уровня квантования, например N-Д11„, где

2p U z — величина шага квантования циф3 рового вольтметра, N — код случайно. го числа на выходе генератора 1.

Зто значение функции распределения равно вероятности того; что сум25 марный сигнал меньше уровня N-dU<, поэтому за значение уровня можно выбрать показание вольтметра, которое меняется в процессе многократных измерений. Неизвестное измеряемое напряжение U определяется по полученным значениям в соответствии с выражением (4) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устфойстваф измерения напряжений с помощью цифровых измерительных приборов — вольтметров, аналого-цифровых преобразователей.

Цель изобретения — повышение точ ности измерения.

На чертеже приведена функциональ ная схема преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 случайных чисел, цифровой вольтметр 2, входные шины Зи 4,переклЬчатель 5, управляемый делитель 6 напряжения, выполненный на, резистор

7 и 8 и ключе 9, регулируемый источ ник 10 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП 1 11

Генератор l случайных чисел выполне на генераторе 12 импульсов, ключе и счетчике 14.

Преобразователь работает следующим образом.

Измерение осуществляется в два этапа. Сначала определяется функция распределения случайных напряжений с выхода ЦАП 11 и производится умен шение их амплитуд в определенное чи ло раз. Для этого. переключатель 5 устанавливают в положение, при кото ром первый вывод резистора 8 делителя 6 оказывается подключенным к входам вольтметра 2, а шина 4 источника измеряемого напряжения отключена.

Ключ 9 замкнут, так что резистор 7 зашунтирован и коэффициент деления делителя равен единице. После этого включается вольтметр 2 и выходное напряжение ЦАП оказывается приложенным к входу вольтметра. Контролируя по показаниям вольтметра величины случайных напряжений, их максимально возможная амплитуда устанавливается равной верхнему пределу измерения вольтметра. После этого производится многократное изменение Случайных напряжений (п, раз) и их измерение вольтметром 2, в результате чего определяется функция распределения случайного напряжения во всем динамическом диапазоне прибора.

Затем размыкают ключ 9 и изменяют положение переключателя 5. При этом цепь делителя 6 включается второй резистор 7, устанавливается коэффициент деления делителя 4:

R1+Н2 1 Б 1 (l)

Б, Я, U„=N 4и — — F (и " ) (2)

35 1, nn. где — F (†-) — полученное значение

К п функции распределения случайного сигнала с учетом . ее сжатия в К раэ.

Для того, чтобы не сужать динамический диапазон измеряемых напряжений, амплитуды случайных сигналов

Ч должны быть достаточно малыми. В

45 идеальном случае максимальная амплитуда случайного сигнала должна быть равна шагу квантования йБк вольтметра 2, т.е., если на первом этапе на выходе ЦАП ll выставлено максималь50 ное значение напряжения, равное пределу вольтметра Uñÿ.м 1 ар 1 макс HUE то делитель 6 должен обеспечить его уменьшение в К раз, так что

Uci м Бмакс 4Пк (3) к к

Условие (3) выполняется, если выбрать соотношение резисторов 6 и 7

R< Unp

R „uUgg.

3 1358093 4

Тогда с учетом (1) и (4) зволяют повысить точность измерения Ucä.ì 1 ко к =40„. (5) входного напряжения.

К,ИдУк, При этом и определение параметров

I+(-1)

d случайного сигнала и измерение неЧисло измерений п, необходимых 5 известной величины осуществляется для первоначального определения функ- с помощью входящего в состав преобции распределения случайных сигналов, разователя цифрового вольтметра. а также число многократных измерений п для определения неизвестного напря- ф о Р м У л а и з о б р е т е н и я жения выбираются иэ общих, известных требований к измерению характеристик 1. Стохастический преобразователь случайных величин. Как правило и, напряжения, содержащий первую входпд=30-100. ную шину, генератор случайных чисел

Выработка случайных напряжений и упРЪвляемый делитель напряжения, производится с помощью генератора 15 выход которого подключен к первому

1 случайных чисел и ЦАП 11 следующим входУ блока цифРового измеРениЯ, образом. отличающийся тем, что, С выхода генератора 12 высоко- с целью повышения точности, в него частотные прямоугольные импульсы по- введены переключатель, регулируемый ступают на счетный вход счетчика 14. 20 источник опорного напряжения и цифПри нажатии ключа 13 на управляющий роаналоговый преобразователь, а блок вход счетчика 14 поступает нулевой цифрового измерения выполнен на цифпотенциал, разрешающий его заполнение роВоМ волЬтметре, причем информационимпульсами от генератора 12. При ные входы цифроаналогового преобразо 5 отпускании ключа поступление импуль- вателя соединены с соответствующими сов блокируется и на выходных разряд- выходами генератора случайных чисел, ных шинах счетчика 14. Код с выхода первый и второй входы опорного напря счетчика поступает на входы ЦАП 11 жениЯ подключены к соответствУющим на выходе которого появляется соот- выхоДам РегУлиРУемого источника ветствующее ему напряжение. При пос- -30 опоРного напРЯжениЯ,. а пеРвый и втоледующем нажатии ключа 13 происходит повторное заполнение счетчика 14 и второму входам управляемого делителя выборка нового напряжения на выходе напряжения соответственно, последний

ЦАП. Поскольку время нажатия ключа из которых подключен к выводу подвиж13 не коррелировано с периодом гене- 35 ного контакта пеРеключателЯ, вывод ратора 12, каждый раз счетчик запол- пеРвого неподвижного контакта котоРоняется случайным числом импульсов и каждый раэ вырабатывается случайная а вывоД втоРого непоцвижного контакступенька напряжения на выходе ЦАП та объеДинен с втоРым вхоДом цифровоТакой режи позволяет после каж- 40 го вольтметра и подключен к первой дой выработки случайного напряжения произвести его сложение с измеряемым

2. Преобразователь по и. 1, о т— напряжением и их измерение вольтмет- л и ч а ю шийся тем, что генераром 2, а затем повторить цикл. тор случайных чисел выполнен на генерегулировка максимальной амплиту- 45 раторе импульсов, ключе и счетчике, ды случайного напряжения производит- управляющий вход которого соединен ся предварительно с помощью регуличерез ключ с шиной нулевого потенциаруемоРо источника 10 опорного напря- ла, счетный вход — с выходом генеражения. для этого, например, на входы тора импУльсов, а выхоДы ЯвлЯютсЯ цАП подается код максимального вход 50 выхоДами генеРатоРа слУчайных чисел. ного сигнала и регулировкой источ- 3. Преобразователь по и. 1, о т— ника !О устанавливается максимальная л и ч а ю шийся тем что управк амплитуда на выходе ЦАП II (устано- ляемый делитель напряжения выполнен вочные входы счетчика 14 не показа- на двух резисторах и ключе по

55 подклюны). ченном параллельно первому резистору, Возможность периодической калиб- первый вывод которого и первый выво рвый вывод ровки средств, формирующих случайные второго резистора являются соответстнапряжения., в составе устройства по- венно первыми вторымвходами управ5

1358093

B ляемого делителя напряжения, а вто- торов объединены и являются выходом рые выводы первого и второго резис- управляемого делителя напряжения.

Составитель 3. Моисеенко

Редактор Н. Бобкова Техред М.Дидык Корректор С. Черни

Заказ 6008/56 Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4