SU1457145A1 - Device for determining mean values of signals - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности определени  средних значений сигналов. Устр-во содержит ключи 1-4, резисторы 5 и 6, конденсатор-8, операционный усилитель 10, зар дно-разр дные цепи (ЗРЦ) 11 и 12, блок 13 управлени  и масштабный усилитель 14. Повьпление точности измерени  средних значений исследуемого сигнала в данном устр-ве обусловлено отсутствием в нем интегратора времени и делител , а следовательно , и отсутствием погрешности преобразовани  временного интервала в аналоговую величину и погрешности, делени  аналоговых величин. Устр-во по П.1.ф-лы отличаетс  введением ЗРЦ 11 и. 12 и масштабного усилител  14. Устр-во по п.2 ф-лы отличаетс  выполнением ЗРЦ П и 12, ка да  из которых состоит из резистора 7 и конденсатора 9. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. i (ЛThis invention relates to a measurement technique. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the average values of signals. The device contains keys 1–4, resistors 5 and 6, capacitor-8, operational amplifier 10, charge-discharge circuits (SAM) 11 and 12, control unit 13 and large-scale amplifier 14. Peripheral accuracy of measuring average values of the signal under investigation in this device due to the absence of an integrator of time and a divider in it, and consequently, the absence of an error in converting the time interval into an analog value and the error, dividing analog values. A device according to Clause 1. F-ly is characterized by the introduction of 11 and 11. 12 and a large-scale amplifier 14. The device according to claim 2 of the f-ly is characterized by the performance of the ЗРЦ П and 12, each of which consists of a resistor 7 and a capacitor 9. 1 Cp, f-ly, 2 ill. i (L

Description

II -j- 1II-j- 1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в устройствах технической диагностики.The invention relates to a measurement technique and can be used in technical diagnostics devices.

Цель изобретени  - увеличение точ- нос.ти определени  средних значений сигналов.The purpose of the invention is to increase the precision of the mean values of the signals.

На фиг,1 представлена принципиальна  электрическа  схема устройства дл  определени  средних значений сигналов; на фиг,2 - временные диаграммы напр жений, по сн ющие его работу.Fig. 1 is a circuit diagram of an apparatus for determining average values of signals; Fig. 2 shows the time diagrams of the stresses that explain its operation.

Устройство дл  определени  средних значений сигналов содержит первый, второй, третий и четвертый ключи 1 - 4, первый, второй ц третий резисторы 5-7, первый и второй конденсаторы 8 и 9, операционный усилитель 10,перThe device for determining the average values of the signals contains the first, second, third, and fourth switches 1–4, the first, second, third, third resistors 5–7, the first and second capacitors 8 and 9, the operational amplifier 10, the first

вую и вторую зар дно-разр дные цепиsecond and second charge-discharge circuits

11 и 12, блок 13 управлени  и масштабный усилитель 14,11 and 12, control unit 13 and scale amplifier 14,

Устройство работает следующим образом ,The device works as follows

В исходном состо нии на входе Синхронизаци  устройства присутствует нулевой уровень напр жени , а на входе Сброс - напр жение уровн  логической единицы. При этом на выходах блока 13 управлени  уста- новлены напр жени  нулевого уровн  и второй ключ 2 находитс  в нейтральном положении, при котором его выход не скоммутирован ни с одним из его входов. Первый ключ 1 замкнут, первы к онденсатор 8 разр жен и напр жение на вькоде устройства равно нулю,In the initial state, the device Synchronization has a zero voltage level at the input, and a logical one level voltage at the Reset input. At the same time, the outputs of the control unit 13 are set to zero level voltage and the second key 2 is in the neutral position, in which its output is not connected to one of its inputs. The first key 1 is closed, first the capacitor 8 is discharged and the voltage on the device code is zero,

В момент времени t „ напр жение на входе Сброс измен етс  с логической единицы на логический ноль, При этом ключ 1 размыкаетс ,At the moment of time tv the input voltage Reset changes from a logical unit to a logical zero. In this case, the key 1 opens,

В момент времени t на вход Синхронизации подаетс  управл ющий импульс (фиг, 2в), который поступает на первый вход блока 13 управлени , на первый управл ющий вход ключа 2 и управл ющие входы ключей 3 и 4, В течение времени действи  управл ющего импульса длительностью Т t t,, ключ 2 в момент времени t At time t, a control pulse (FIG. 2b) is fed to the Synchronization input, which is fed to the first input of control unit 13, to the first control input of key 2 and the control inputs of keys 3 and 4. During the control pulse duration of time T tt ,, key 2 at time t

переключаетс  из нейтрального положени  в первое рабочее положение, при котором выход ключа 2 замыкаетс  с его первым входом, а ключи 3 и 4 замыкаютс , подключа  входы за- р дно-разр дных цепей 11 и 12 и их конденсаторы 9 к выходу операц он- ного усилител  10, Напр жение на коденсаторе 9 второй зар дно-рачр дной цепи 12 определ етс  величиной выходного напр жени  операционного усилител  10 и коэффициентом передачи М масштабного усилител  14,switches from the neutral position to the first operating position, at which the output of the key 2 closes with its first input, and the keys 3 and 4 close, connecting the inputs of the back of the discharge discharge circuits 11 and 12 and their capacitors 9 to the output of the amplifier 10, the voltage on the encoder 9 of the second charge-rachrdnaya circuit 12 is determined by the output voltage of the operational amplifier 10 and the transfer coefficient M of the scale amplifier 14,

При этом с момента времени t входной сигнал Vj (фиг,2а) поступает через резистор 5 и ключ 2 на инвертирующий вход операционного усилител  10, выходное напр жение которого измен етс  согласно выражению t,-TFrom the moment t on time, the input signal Vj (FIG. 2a) is fed through a resistor 5 and a switch 2 to the inverting input of the operational amplifier 10, the output voltage of which varies according to the expression t, -T

-i -i

;, v.dt. ;, v.dt.

VV

-RTC7-RTC7

(I)(I)

5 five

00

5five

30thirty

35 35

40 40

45 5045 50

55 55

где R , - величина сопротивлени where R, is the resistance value

первого резистора; С - величина емкости первогоthe first resistor; C - the value of the capacity of the first

конденсатора 8;capacitor 8;

Т - врем , отсчитанное от момента времени t,.T - time counted from time t ,.

По окончании vпpaвл юlчeгo импульса на входе Синхронизаци  в момент t ключ 2 переключаетс  в нейтральное положение, а-ключи 3 и 4 размыкаютс . При этом напр жение на выходе операционного усилител  10 описываетс  выражением (1) и остаетс  неизменным (фиг,2д), как и напр жение на конденсаторах 9 зар дно-разр дных цепей 11 и 12, равное V,, V,; V, At the end of the forward voltage pulse at the synchronization input at time t, key 2 switches to the neutral position, a-keys 3 and 4 open. In this case, the voltage at the output of the operational amplifier 10 is described by the expression (1) and remains unchanged (FIG. 2d), as is the voltage on the charge-discharge capacitors 9 of the discharge circuits 11 and 12, equal to V ,, V ,; V,

,, ,,

Через врем  С д блок 13 управлени  формирует на выходе импульс напр жени  логической единицы длительностью К-Т t 4-- t-J (где К - масштабный коэффициент, которьй выбираетс  из услови  быстродействи  устройства ), который поступает на второй управл ющий вход ключа 2 и переключает его с момента времени t j из нейтрального во второе рабочее положение (фиг,2г),After time C d, the control unit 13 generates at the output a voltage pulse of a logical unit of duration K-T t 4-- tJ (where K is a scale factor, which is selected from the condition of the device’s speed), which goes to the second control input of key 2 and switches from the moment of time tj from neutral to the second working position (FIG. 2d),

Конденсаторы 8 и 9, подключенные чедез соответствующие резисторы 6 и 7 к входу операционного усилител  10, разр жаютс  по экспоненциальным законам, причем токи в их цеп х (фиг,2е) описываютс  выражени миThe capacitors 8 and 9, connected to the corresponding resistors 6 and 7 to the input of the operational amplifier 10, are discharged exponentially, and the currents in their circuits (Fig. 2e) are described by the expressions

-.--г- П--Ь: -- Ь-.-- r- P - b: - b

а - -«р --1-с;(.Ьa - - "p - 1-c; (. b

. (.. (.

где R,where is r,

R.R.

С.WITH.

Токи т , т.Currents t, t.

величины сопротивлений ре исторов 6 и 7; величины емкостей кон- ленсаторов 8 и 9,resistance values of the resistors 6 and 7; capacitor values of capacitors 8 and 9,

Cj, поступа  на вход операционного усилител  1П, суммируютс  и напр жение на выходе операционного усилител  10, равное напр жению на конденсаторе 8, измен етс  с момента времени t от V при t Cj, entering the input of the operational amplifier 1P, is summed up and the voltage at the output of the operational amplifier 10, equal to the voltage on the capacitor 8, changes from time t from V to t

t по закону t by law

и, v, -4- (and, v, -4- (

.Н.N

С,WITH,

I1I1

)dt ) dt

- -k 5Н-, - ----ill  - -k 5Н-, - ---- ill

,,

t-t;t-t;

) +) +

))

аппроксимирующему гиперболическую функцию и d -- - , где d - масгатабный множитель.approximates a hyperbolic function and d - -, where d is a masgabate factor.

При этом параметры элементов выбирают таким образом, чтобы выражение (2) описывало гиперболическую зависимость с минимальной погрешностью,Тогда величина напр жени  U , на выходе устройства дл  определени  средних значений сигналов в момент времени t окончани  импульса пропорцион ль- на среднему значению входного сигнала за врем  усреднени  Т и отличаетс The parameters of the elements are chosen in such a way that the expression (2) describes a hyperbolic relationship with a minimum error, Then the voltage U, at the output of the device to determine the average values of the signals at the time t of the end of the pulse, is proportional to the average value of the input signal over time averaging T and differs

РR

от среднего значени  функцииfrom the mean of the function

-pf,- J с ттогретностью, опреде I л емой погрершостью аппроксимации. -pf, - J with the termination determined by the approximation immersion.

При необходимости вьщелить среднее значение сигнала за другое врем  усреднени  или провести новый цикл усреднени  входного сигнала в другом интервале времени производитс  сброс напр жени  на конденсаторе 8, что реализуетс  путем подачи на шину сброса (вход Сброс) импульса напр жени  уровн  логической единицы .в момент времени t „ (фиг.26),который замыкает ключ 1 на врем  своего действи . При этом напр жение на конден саторе 8 и на выходе устройства дл  определени  средних значений сигналов падает до нул , т.е. ввод тс  начальные нулевые ус- . лови  дл  определени  средIf it is necessary to select the average value of the signal for another averaging time or to conduct a new averaging cycle of the input signal in a different time interval, the voltage on the capacitor 8 is reset, which is realized by applying to the reset bus (Reset input) a voltage pulse of the logic level level. t "(Fig.26), which closes the key 1 for the duration of its action. In this case, the voltage on the capacitor 8 and on the output of the device for determining the average values of the signals drops to zero, i.e. the initial zero yields are entered. media detection

5757

10ten

1515

2020

2525

4545

40 40

5050

5555

45 45

него значени  другого сигнала.its value is another signal.

Повыгаение точности измерени  средних значений исследуемого сигнала в предлагаемом устройстве обусловлено отсутствием в нем интегратора времени и делител , а следовательно, и отсутствием .погрешности преобразовани  временного интервала в аналоговую величину и отсутствием погреш- ности делени  аналоговых величин.The increase in the accuracy of measurement of the average values of the signal under study in the proposed device is due to the absence of a time integrator and a divider in it, and consequently, the lack of error in converting the time interval to an analog value and the absence of an error in dividing the analog values.

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula ). Устройство дл  определени  средних значений сигналов, содержащее операционный усилитель с конденсатором в цепи отрицательной обратной св зи, парраллепьно которому подключен первый ключ, между входом устройства дл  определени  средних значений сигналов и инвертирующим входом операционного усилител  включены последовательно соединенные первьш резистор и второй ключ, а также последовательно соединенные второй резистор и третий ключ, четвертый ключ, блок управлени , входы и выходы которого соединены с соответствуюпщми входами управлени  первого, третьего и четвертого ключей, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  точности, введены масштабньй усилитель и две зар дно-разр дных цепи, входы которых подключены к втог рым выводам третьего и четвертого ключей, первый вывод четвертого ключа через масштабный усилитель подключен к первому выводу третьего ключа, выходу операционного усилител  и  вл етс  выходом устройства дл  определени  средних значений сигналов , причем к третьему нормально разомкнутому выводу второго ключа подключены первый вывод второго резне- тора и выходы первой и второй зар дно-разр дных цепей.). A device for determining the average values of signals containing an operational amplifier with a capacitor in the negative feedback circuit connected to the first switch, between the input of the device for determining the average values of the signals and the inverting input of the operational amplifier are connected in series with the first resistor and second switch and in series the connected second resistor and the third key, the fourth key, the control unit, the inputs and outputs of which are connected to the corresponding inputs y The first, third and fourth keys, characterized in that, in order to increase accuracy, a large-scale amplifier and two charge-discharge circuits are introduced, the inputs of which are connected to the secondary terminals of the third and fourth keys, the first terminal of the fourth key is connected through a large-scale amplifier the first output of the third key, the output of the operational amplifier and is the output of the device for determining the average values of the signals, and the first output of the second cutter is connected to the third normally open output of the second key - tori and outputs of the first and second charge-discharge circuits. 2. Устройство по п.. отличающеес  тем, что зар дно- разр дные цепи вьтолнены в виде последовательно соединенных третьего резистора и второго конденсатора, первые выводы которых  вл ютс  входом зар дно-разр дной цепи, выходом которой  вл етс  второй вывод третьего резистора, а второй вывод второго конденсатора соединен с общей пти- ной.2. The device according to claim. Characterized in that the charge-discharge circuits are made in the form of serially connected third resistor and second capacitor, the first terminals of which are the input of the charge-discharge circuit, the output of which is the second output of the third resistor, and the second terminal of the second capacitor is connected to the common poultry. ijij tntitnti