Преобразователь напряжения в цифровой код

О П И С А Н И Е » 436438

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ,ПЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимеаиа

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 29.11.71 (21) 1718183/26-9 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 15.07.74. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 19.12.74 (51) М. Кл. Н 03k 13/17

Гасударственный комитет

Совета 1йинистраа СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325(088.8) (72) Авторы изобретения

Г. Г. Живилов и Э. П. Тихонов (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ НАПРЯ)КЕНИЯ В ЦИФРОВОЙ КОД

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике.

Известен преобразователь напряжения в цифровой код, содержащий сравнивающее устройство, устройство управления, логическое устройство, счетчик, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, состоящий из регистра памяти, двух разнополярных источников образцовых напряжений, измерительных ключей и дискретного делителя, источник дополнительных образцовых напряжений, состоящий из дискретного делителя, дополнительных измерительных ключей и двух разнополярных источников образцового напряжения.

Недостатком известного устройства является малая точность измерения нормированной корреляционной функции входного случайного сигнала.

Для сохранения относительной ошибки восстановления и повышения точности измерения нормированной корреляционной функции входного случайного сигнала в известный преобразователь дополнительно введены масштабирующий делитель и схемы совпадений, причем управляющие входы дополнительных измерительных ключей соединены через схемы совпадений с регистром памяти цифроаналогового преобразователя, вторые входы схем совпадений подключены к одному из входов логического устройства; вход масштабирующего делителя связан с выходом дискретного делителя источника дополнительных образцовых напряжений, а выход масштабирующего делителя — с выходом дискретного делителя цифро-аналогового преобразователя и одним из входов сравнивающего устройства.

На чертеже показана блок-схема преобра10 зователя напряжения в цифровой код.

Преобразователь работает следующим образом.

Под действием сигнала «пуск» схема устройства переходит в начальное состояние и

15 производится измерение входного сигнала U методом поразрядного уравновешивания в момент времени t,. В измерении сигнала U,- участвуют следующие узлы: сравнивающее устройство 1, устройство управления 2 и цифро20 аналоговый преобразователь 3, состоящий из дискретного делителя 4, измерительных ключей 5 (из которых один ключ полярности), двух источников разнополярного образцового напряжения 6, 7 и регистра памяти 8.

25 После окончания измерения сигнала U в момент компенсации выполняется условие х () +> ()> где Уо — напряжение на входе дискретного

ЗО делителя 4 цифро-аналогового преобразова436438

1О

15 го

25 зо

40

5О

6О

65 теля. Код напряжения Up(t) после измерения хранится в регистре памяти 8.

После первоначального сброса всей схемы прибора в реверсивном счетчике 9 и счетчике 10 записывается максимальное число

Умам, соответствующее минимальному Времени квантования Тм „.

После измерения входного сигнала U(t) сигналом от устройства управления 2 происходит перезапись кода реверсивного счетчика 9 в счетчик 10, и с выхода устройства управления 2 на вход счетчика 10 поступают тактовые импульсы. В результате этого в момент времени 1+Т„„на выходе счетчика 10 образуется сигнал. По этому сигналу, подаваемому в устройство управления 2, определяется знак приращения входного сигнала

U, т. е. U (t) =U, (/) сравнивается с U (t+ Т„„„).

Если U (t) =U,(t)(U„(t+T„„„), от сравнивающего устройства 1 через устройство управления 2 и логическое устройство 11 подается сигнал на источник дополнительных образцовых напряжений 12, состоящий из дискретного делителя 13, дополнительных измерительных ключей 14, ключа полярности 15 и общих с цифро-аналоговым преобразователем двух разнополярных источников образцовых напряжений 6, 7. Этот сигнал поступает на ключ полярности 15, в результате чего на следующем такте, т. е. в момент времени

t+ T„„„+ At, где At— где At — время, равное длительности одного такта преобразователя, к напряжению U< прибавляется относительная величина напряжения текущей ошибки восстановления входного сигнала s(t).

Ключ полярности 15 источника дополнительных образцовых напряжений 12 управляет знаком выходного напряжения, т. е. полярностью напряжения относительной ошибки восстановления е (t) Для формирования знакопеременного напряжения +.в (t) на дискретные делители 4 и 13 подключается второй источник образцового напряжения 6, полярность которого противоположна источнику образцового напряжения 7.

Сигнал включения напряжения относительной ошибки восстановления е(/) подается от логического устройства 11 на общие входы схем совпадений 16. Другие входы схем совпадений 16 подключены к тем же выходам регистра памяти 8, к которым подключены управляющие входы измерительных ключей

5, причем включению старшего разряда напряжения Uq соответствует включение старшего разряда напряжения ошибки восстановления и т. д. Следовательно, дополнительные измерительные ключи 14 управляются через схемы совпадений 16 кодом регистра памяти

8, полученным в результате измерения U„(t), Это значит, что напряжение ошибки восстановления входного сигнала изменяется прямо пропорционально измеряемому значению входного сигнала U,, т. е. Ец — — КУО, где К(1.

Величина относительной ошибки восстанов ления входного сигнала а (t) определяется масштабным делителем 17 и кодом регистра памяти 8, полученным в результате измерения U„(t).

Масштабный делитель 17, например, представляет собой часть дискретного делителя 13 источника дополнительных образцовых напряжений 12. Он управляется ключами выбора масштаба, которые шунтируют соответствующие разряды и тем самым изменяют величину е.

Полярность относительной ошибки восстановления входного случайного сигнала U определяется вначале, а на следующем такте включается модуль напряжения относительной ошибки восстановления (a(t) (, который зависит от кода измеряемого сигнала U и от масштабирующего делителя 17.

К одному-двум последним разрядам регистра памяти 8 подключены только измерительные ключи 5 цифро-аналогового преобразователя 3. К ним не следует подключать дополнительные измерительные ключи 14 источника дополнительных образцовых напряжений 12, так как относительная ошибка, создаваемая этими разрядами с учетом масштабирующего коэффициента К, будет значительно меньше величины дискретности измерения входного сигнала U„.

Первый слева по схеме измерительный ключ 5 в цифро-аналоговом преобразователе 3 управляет. определением полярности входного сигнала U„.

На этом же такте в момент времени t+

+Тмм„+Л1 с помощью устройства 1 сравниваются напряжения

Ux(t+ Тмин+ ) с 7о + ° — (1 — ) е.

В случае, если

U,(t+ т,„„+.и)) U. +. = (1 — К)и„ то на этом же такте сигналом от сравнивающего устройства 1 через устройство управления 2 и логическое устройство 11 подается сигнал в реверсивный счетчик 9 на «сложение», т. е. на уменьшение интервала квантования Т на отрезок At.

Однако в исходном состоянии в реверсивном счетчике 9 было записано число Ум,м„ соответствующее минимальному интервалу квантования Тм„„, поэтому после первого измерения всегда будет выполняться условие

U„(t + Т„„„+ Ж) (U, + a = (1 — К) U, и в реверсивный счетчик 9 будет подаваться сигнал на «вычитание», т. е. на увеличение интервала квантования Т„„ на величину At.

После подачи сигнала в реверсивный счетчик 9 на изменение интервала квантования устройство управления 2 вырабатывает сигнал, соответствующий времени начала следующего измерения входного сигнала U„. Далее следуют процессы формирования интервала квантования Т, определения знака прира436438

10

: 1 — 1,06Kc.

r(To) = 1

T„„> Т„+ec, И, где щения текущего значения входного сигнала

U, коррекция интервала квантования и т. д.

Если U (t) = U,(t))U„(t+ T ), то в момент времени t+Т„„„+At от напряжения

U, вычитается напряжение ошибки восстановления = и производится сравнение

И(+-Т„„„-+- М) с U,—.=(1 — К)У,.

При U„(t + Т, + At) (U, — у = (1 — К) U, сравнивающего устройства 1 через устройство управления 2 и логическое устройство 11 подается сигнал в реверсивный счетчик 9 на

«сложение», т. е. на уменьшение интервала квантования Т на величину At а при U„(t + Т„„„+ Я ) U, — = (1 — К) U, происходит увеличение интервала квантования Т на величину Л1.

Начало первого измерения в преобразователе определяется временем прихода сигнала

«пуск», а начала всех последующих измерений будут изменяться в соответствии с изменением числа N на реверсивном счетчике 9.

С помощью предлагаемого преобразователя можно не только квантовать измеряемые случайные сигналы U,, но и измерять нормированные корреляционные функции этих сигналовв.

Для получения нормированной корреляционной функции входного случайного сигнала необходимо провести следующие операции: установить минимальную заданную относительную ошибку восстановления входного сигнала вь списать с реверсивного счетчика установившийся интервал квантования Т>, установить новое значение заданной ошибки восстановления входного сигнала в ) в1 и списать с реверсивного счетчика установившийся интервал квантования Т )Т1 и т. д. до тех пор, пока интервал квантования Т будет непрерывно увеличиваться независимо от в, т. е. код реверсивного счетчика 9 будет стремиться к «О».

Интервал квантования Т, определяется в соответствии с формулой:

J 1, есап ec(Т.) (U„(t)Кк

), — 1, если е,(Т„)>У»(/)К,, а (T„) = U» (t) — И (t + Т„), i = 1, 2, 3,..., т, К(1 для всех i и определяет величину относительной погрешности, U»(t) H U»(t+Т.)— значения измеряемого сигнала в моменты времени t и t+ Т„. Среднее значение и дисперсия относительной погрешности определяются как

Я (a) К Му а (е ): К ag

Зо

В момент установления интервала квантования Т выполняется равенство

J (,(Т,)(К, ) — — —, 1 » 2 где P — вероятность выполнения неравенства ,(Т,) <.К, с

Для гауссовского случайного процесса решение уравнения относительно нормированной корреляционной функции соответствует выражению:

При измерении нормированной корреляционной функции значения К; задаются включением напряжений ошибок восстановления последовательно по точкам (переключается масштабирующий делитель 17). Точность измерения нормированной корреляционной функции в предлагаемом устройстве повышается за счет того, что не определяется дисперсия сигнала UÄ(t) и тем самым исключается дополнительная погрешность, вносимая определением дисперсии.

Выражение нормированной корреляционной функции для предлагаемого устройства:

r(To,) = 1 — 1,04 К .

Поскольку правая часть этого уравнения априори известна, то прибор может быть откалиброван в значениях нормированной корреляционной функции, а измеряться будет только ее аргумент. Значения нормированной корреляционной функции задаются масштабирующим делителем 17. Аргумент нормированной корреляционной функции снимается с реверсивного счетчика.

Предмет изобретения

Преобразователь напряжения в цифровой код, содержащий сравнивающее устройство, устройство управления, логическое устройство, счетчик, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, состоящий из регистра памяти, двух разнополярных источников образцовых напряжений, измерительных ключей и дискретного делителя, источник дополнительных образцовых напряжений, состоящий из дискретного делителя, дополнительных измерительных ключей и двух разнополярных источников образцовых напряжений, отличающийся тем, что, с целью сохранения относительно ошибки восстановления и повышения точности измерения нормированной корреляционной функции входного случайного сигнала, в него дополнительно введены масштабирующий делитель и схемы совпадений, причем управляющие входы дополнительных измерительных ключей соединены через схемы совпадений с регистром памяти цифро-аналогового преобразователя, вторые входы схем совпадений подключены

436438

Составитель В. Клюкин

Техред Т. Курилко

Корректор Т. Хворова

Редактор Н. Белявская

Заказ 3434/15 Изд. № 1839 Тираж 811 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 к одному из выходов логического устройства; вход масштабирующего делителя связан с выходом дискретного делителя источника дополнительных образцовых напряжений, а выход масштабирующего делителя — с выходом дискретного делителя цифр о-аналогового преобразователя и одним из входов сравнивающего устройства.