Устройство для определения средних значений сигналов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности определения средних значений сигналов. Устр-во содержит ключи 1-4, резисторы 5 и 6, конденсатор-8, операционный усилитель 10, зарядно-разрядные цепи (ЗРЦ) 11 и 12, блок 13 управления и масштабный усилитель 14. Повьпление точности измерения средних значений исследуемого сигнала в данном устр-ве обусловлено отсутствием в нем интегратора времени и делителя, а следовательно , и отсутствием погрешности преобразования временного интервала в аналоговую величину и погрешности, деления аналоговых величин. Устр-во по П.1.ф-лы отличается введением ЗРЦ 11 и. 12 и масштабного усилителя 14. Устр-во по п.2 ф-лы отличается выполнением ЗРЦ П и 12, каядая из которых состоит из резистора 7 и конденсатора 9. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 03 Н 11/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

it) )

Сина

Выла

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3492230/24-09 (22) 22.09.82 (46) 07.02.89. Вюл. Р 5 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) В.А.Медников и А.Н.,Порынов (53) 621.372.543(088.8) (56) Справочник по нелинейным схемам, /Под ред. Д,111ейнголда. М.: Мир, 1977, с. 116-117, рис. 2.3.12. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНИХ ЗНАЧЕНИЙ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение точности определения средних значений сигналов, Устр-во содержит ключи 1 — 4, резисторы 5 и 6, „„SU 1457145 А1 конденсатор- 8, операционный чсилитель 10, зарядно-разрядные цепи (ЗРЦ)

11 и 1?, блок 13 управления и масштабный усилитель 14. Повышение точности измерения средних значений исследуемого сигнала в данном устр-ве обусловлено отсутствием в нем интегратора времени и делителя, а следовательно, и отсутствием погрешности преобразования временного интервала в аналоговую величину и погрешности. деления аналоговых величин. Устр-во по п.1 ф-лы отличается введением

ЗРЦ 11 и 12 и масштабного усилителя

14. Устр-во по п.2 ф-лы отличается выполнением ЗРЦ 11 и 12, каждая из

CJ которых состоит из резистора 7 и конденсатора 9. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1457145

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах технической диагностики. 5

Цель изобретения — увеличение точности определения средних значений сигналов.

На фиг. I представлена принципиальная электрическая схема устройства 10 для определения средних значений сигналов; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений, поясняющие его работу.

Устройство для определения средних значений сигналов содержит первый, второй, третий и четвертый ключи I

4, первый, второй и третий резисторы

5 — 7, первый и второй конденсаторы

8 и 9, операционный усилитель 10,первую и вторую зарядно-разрядные цепи

I1 и 12, блок 13 управления и масштабный усилитель 14.

Устройство работает следующим образомм.

В исходном состоянии на входе !!Синхронизация" устройства присутствует нулевой уровень напряжения, а ин входе "Сброс" — напряжение уровня логической единицы. При этом на выходах блока 13 управления установлены напряжения нулевого уровня и второй ключ 2 находится в нейтральном положении, при котором его выход не скоммутирован ни с одним из его входов. Первый ключ 1 замкнут, первый 35 конденсатор 8 разряжен и напряжение на выходе устройства равно нулю, В момент времени t „ напряжение на входе "Сброс" изменяется с логической единицы на логический ноль. 40

При этом ключ 1 размыкается, В момент времени,, на вход "Синхронизации" подается управляющий импульс (фиг.2в), который поступает на первый вход блока 13 управления, 45 на первый управляющий вход ключа 2 и управляющие входы ключей 3 и 4. В течение времени действия управляющего импульса длительностью Т = t > = ключ 2 в момент времени „50 переключается иэ нейтрального положения в первое рабочее положение, при котором выход ключа 2 замыкается с его первым входом, а ключи 3 и 4 замыкаются, подключая входы зарядно-разрядных цепей 11 и 12 и их конденсаторы 9 к выходу операцИонного усилителя 10. Напряжение на конденсаторе 9 второй эарядно-разрядной цепи 12 определяется величиной выходного напряжения операционного усилителя 10 и коэффициентом передачи M масштабного усилителя ) 4, При этом с момента времени t, входной сигнал V (фиг.2а) поступает через резистор 5 и ключ 2 на инвертирующий вход операционного усилителя 10, выходное напряжение которого изменяется согласно выражению

$ !Ф

1:

V 1

V at

R C ! Ф!

1 — — — V at, (1) It s,));

) ехр

r !

" \

V!

Т н

) ехр

R зС

1 ехр

Р С

3 1 (t — <. ) т

Н9 (t. — !. ) где R, — величина сопротивления первого резистора;

С, — величина емкости первого конденсатора 8;

Т вЂ” время, отсчитанное от момента времени,.

По окончании чправляющего импульса на входе "Синхронизация" в момент

t z ключ 2 переключается в нейтральное положение, а .ключи 3 и 4 размыкаются. При этом напряжение на выходе операционного усилителя )0 описывается выражением (1) и остается неизменным (фиг.2д), как и напряжение на конденсаторах 9 зарядно-разрядных цепей 11 и 1?, равное V „= V,; V

hPT

Через время " д блок 13 управления формирует на выходе импульс напряжения логической единицы длительностью К.Т =, —, g (где К масштабный коэффициент, который выбирается из условия быстродействия устройства), который поступает на второй управляющий вход ключа 2 и переключает его с момента времени t > из нейтрального во второе рабочее положение (фиг.?г).

Конденсаторы 8 и 9, подключенные чЕрез соответствующие резисторы 6 и

7 к входу операционного усилителя

10, разряжаются по экспоненциальным законам, причем токи в их цепях (фиг.2е) описываются выражениями

14 7145 где " Б„ — величины сопротивлений резисторов 6 и 7;

С 1 С вЂ” величины емкостей конденсаторов 8 и Ч.

Токи т, т 1 T 3 поступая на вход операционного усилителя 10, суммируются и напряжение на выходе операционного усилителя 10, равное напряжению на конденсаторе 8, изменяется 0 с момента времени t 3 от, при t = — Bo 3 акону

1 и =v ----1(1.,+1,+т)ас=

С1

t — - t3) (: + - В,С1 — — ехр

11

+ — -- ехр

В (t3 ) + 20

25 аппроксимирующему гиперболическую

V, функцию I J = Ы вЂ” — - где a — мас1 t штабный множитель.

При этом параметры элементов выбирают таким образом, чтобы выражение

30 (2) описывало гиперболическую зависимость с минимальной погрешностью.Тогда величина напряжения П 1 на выходе устройства для определения средних значений сигналов в момент времени окончания импульса пропорциональ 5 на среднему значению входного сигнала за время усреднения Т и отличается от среднего значения Аункции

1 т ср — ) sdt с погрешностью, опреде- 40 ляемой погрешностью аппроксимации.

При необходимости выделить среднее значение сигнала за другое время усреднения или провести новый цикл усреднения входного сигнала в другом

45 интервале времени производится. сброс напряжения на конденсаторе 8, что реализуется путем подачи на шину сброса (вход "Сброс" ) импульса напряжения уровня логической единицы в момент времени t „ (Фиг.2б),который замыкает ключ 1 на время своего действия, При этом напряжение на конден саторе 8 и на выходе устройства для определения средних значений сигналов падает до нуля, т.е. вводятся начальные нулевые условия для определения среднего значения другого сигнала, Повышение точности измерения сред них значений исследуемого сигнала в предлагаемом устройстве обусловлено отсутствием в нем интегратора времени и делителя, а следовательно, и отсутствием погрешности преобразования временного интервала в аналоговую величину и отсутствием погрешности деления аналоговых величин.

Формула изобретения

Устройство для определения средних значений сигналов, содержащее операционный усилитель с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, парраллельно которому подключен первый ключ, между входом устройства для определения средних значений сигналов и инвертирующим входом оп е р ацио нного усилителя включены п о следовательно соединенные первьп1 резистор и второй ключ, а также последовательно соединенные второй резистор и третий ключ, четвертый ключ, блок управления, входы и выходы которого соединены с соответствующими входами управления первого, третьего и четвертого ключей, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения точности, введены масштабньп усилитель и две зарядно-разрядных цепи, входы которых подключены к вто-. рым выводам третьего и четвертого ключей, первый вывод четвертого ключа через масштабный усилитель подключен к первому выводу третьего ключа, выходу операционного усилителя и является выходом устройства для определения средних значений сигналов, причем к третьему нормально разомкнутому выводу второго ключа подключены первый вывод второго резистора и выходы первой и второй зарядно-разрядных цепей.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что зарядноразрядные цепи выполнены в виде последовательно соединенных третьего резистора и второго конденсатора, первые выводы которых являются входом зарядно-разрядной цепи, выходом которой является второй вывод третье— го резистора, а второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, 1457145

Редактор А.Ворович

Корректор Н.Король

Заказ 7493/57 Тираж 879 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ у;ы

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

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

Ц

44

ЩИ 2

Составитель О.Медведев

Техред М. Дидык