устройство для определения параметров двухполюсника

Классы МПК:G01R27/14 путем измерения тока или напряжения, полученного от эталонного источника
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2003-10-01
публикация патента:

Устройство может быть использовано для измерения параметров выпускаемых электрорадиоизделий (резисторов, конденсаторов, индуктивностей), а также датчиков параметров физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах и транспортных средствах. С помощью управляемого генератора формируют синусоидальное напряжение на измеряемом двухполюснике на n частотах, где n - число элементов двухполюсника в схеме его замещения. Сигнал комплексного тока через двухполюсник или эталон поступает через ключ, преобразователь ток-напряжение и масштабный усилитель на вход аналого-цифрового преобразователя. Параметры двухполюсника определяются в блоке определения параметров двухполюсника по схеме его замещения и зафиксированным результатам измерения комплексных токов через двухполюсник и эталон на каждой из n частот. Устройство также содержит блок управления измерением, блок управления по частоте и блок задания схемы замещения. Устройство позволяет измерять параметры двухполюсника, удаленного от средств измерений. 5 ил. устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115

устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115

Формула изобретения

Устройство для определения параметров двухполюсника, содержащее первый и второй измерительные входы, генератор синусоидального напряжения, блок задания схемы замещения, эталон, первый вывод которого подключен к первому входу ключа, преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, отличающееся тем, что первый измерительный вход подключен к второму выводу эталона и выходу генератора синусоидального напряжения, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления по частоте, второй измерительный вход подключен к второму входу ключа, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключен к первому входу определителя параметров двухполюсника и к первому входу блока управления измерением, выходы которого подключены соответственно к управляющим входам ключа, масштабного усилителя и аналого-цифрового преобразователя, а также к первому входу блока управления по частоте и к второму входу определителя параметров двухполюсника, а второй вход блока управления измерением подключен к первому выходу блока управления режимами, выходы которого подключены соответственно через блок задания схемы замещения к третьему входу определителя параметров двухполюсника и к второму входу блока управления по частоте, второй выход которого подключен к четвертому входу определителя параметров двухполюсника, выход которого является выходом устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, что представляет существенный практический интерес для контроля широкой гаммы выпускаемых электрорадиоизделий (резисторов, конденсаторов, индуктивностей), а также двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах и транспортных средствах.

Известное устройство, выбранное в качестве аналога, цифровой мост переменного тока типа ЦБ 5002 ТУ 25-7516.0033-88, представляющее собой автоматическую уравновешивающую измерительную мостовую схему. Измерительная схема осуществляет уравновешивание по реактивной и активной составляющим комплексного сопротивления измеряемого двухполюсника.

Другим аналогом выбрано устройство "Многоточечный сигнализатор уровня (его варианты)", описанный в патенте РФ №2025666, кл. G 01 F 23/26, включает группу измерительных емкостных датчиков, генератор переменного напряжения, два коммутатора, два преобразователя ток-напряжение, вычитающее устройство, синхронный детектор, компаратор и два триггера, дифференциатор, тактовый генератор, схему совпадения, счетчик импульсов, сумматор и цифровой индикатор. Причем каждый измерительный датчик выполнен в виде двух плоскопараллельных конденсаторов с неодинаковыми площадями электродов, которые располагаются горизонтально и симметрично относительно средних линий датчиков. Кроме того, вместо компараторов тока трансформаторного типа использовано вычитающее устройство, которое может быть построено на интегральной микросхеме.

Однако специфика эксплуатации изделий ракетно-космической техники для проведения измерения параметров двухполюсников выставляет свои требования, способствующие поиску новых технических решений в области измерений. Обозначим наиболее характерные из них:

- удаленность до 500 метров объекта измерения от средства измерения. Примером тому может служить процесс определения параметров комплексного сопротивления емкостного датчика контроля уровня заправки, вмонтированного в бак ракеты, которая находится в испытательном корпусе или на стартовом комплексе во время ее заправки компонентами топлива;

- высокая точность измерения параметров удаленного двухполюсника, которым является емкостной датчик уровня. Очевидно, что точность измерения напрямую связана с объемом гарантийных запасов топлива на борту ракеты. Чем выше точность, тем меньше гарантийные запасы топлива, тем выше эффективность ракеты, позволяющей вывести большую полезную нагрузку;

- требование высокой технологичности подготовки ракеты, исключающее процедуру предварительной настройки аппаратуры измерения человеком-оператором.

К недостаткам аналогов можно отнести: низкую точность определения параметров удаленного на некоторое расстояние двухполюсника (например, емкостного датчика уровня); низкое быстродействие в ряде случаев его использования, например в устройствах сигнализации прохождения уровнем неэлектропроводной жидкости заданных высот бака; недостаточно высокую технологичность подготовки ракеты в связи с необходимостью предварительной настройки аппаратуры оператором.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному устройству является устройство, описанное в статье авторов Ю.Р.Агамалова, Д.А.Бобылева, В.Ю.Кнеллера. "Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ" в журнале "Измерительная техника" 1996, № 6, выбранное в качестве прототипа.

Устройство для определения параметров двухполюсника, содержащее первый и второй измерительные входы, генератор синусоидального напряжения, блок задания схемы замещения, эталон, первый вывод которого подключен к первому входу ключа, преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь.

В прототипе использована схема косвенного измерения параметров при формировании напряжения синусоидального воздействия на объект измерения, нашедшая применение благодаря инвариантности по отношению к характеру объекта измерения и его схеме замещения. В прототипе измеряются два комплексных тока, которые преобразуются в пропорциональные напряжения, напряжение на объекте измерения и на резистивной мере. Чтобы получить измерительную информацию, необходимую при вычислении комплексного сопротивления или проводимости, циклически по сигналам с персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) производится подключение измерительной цепи сначала к объекту измерения, а затем к резистивной мере с соответствующими переключениями фазы опорного напряжения с дискретностью устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 , где n - целое число. В результате каждого измерительного цикла получается напряжение, которое соответствует проекции вектора измеряемого напряжения на вектор фазосдвигающего опорного напряжения (симметричный прямоугольный меандр). Коды, несущие информацию о проекциях вектора измеряемого напряжения на вектор опорного напряжения, поступают в ПЭВМ для вычисления действительной и мнимой составляющих напряжений на объекте измерения и резистивной мере. Из описания видно, что схема измерения, использованная в прототипе, требует фазовых измерений и четырехпроводной схемы подключения измеряемого объекта. При использовании прототипа для измерения параметров удаленного объекта измерения получается результат с большой погрешностью измерения. Это объясняется тем, что синусоидальное воздействие на удаленном объекте измерения получит неоднозначный фазовый сдвиг за счет влияния длинной линии и поэтому по отношению к циклически фазосдвигающему опорному меандру синусоидальное воздействие будет иметь неопределенный фазовый сдвиг, что приведет к появлению значительной погрешности измерения.

Таким образом, недостатком прототипа является низкая точность измерения параметров двухполюсника на достаточно удаленном от средства измерения объекте измерения.

В связи со сказанным выше задачей предлагаемого устройства определения параметров двухполюсника является расширение функциональных возможностей, заключающееся в возможности определения параметров двухполюсника, удаленного с помощью длинной линии от средства измерения. Причем создаваемые на его основе средства измерения при сохранении высоких метрологических качеств с одновременным упрощением последовательности действий, связанных с определением параметров, достаточно просты.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для определения параметров двухполюсника, содержащем первый и второй измерительные входы, генератор синусоидального напряжения, блок задания схемы замещения, эталон, первый вывод которого подключен к первому входу ключа, преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, в отличие от прототипа первый измерительный вход подключен к второму выводу эталона и выходу генератора синусоидального напряжения, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления по частоте, второй измерительный вход подключен к второму входу ключа, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключен к первому входу определителя параметров двухполюсника и к первому входу блока управления измерением, выходы которого подключены соответственно к управляющим входам ключа, масштабного усилителя и аналогово-цифрового преобразователя, а также к первому входу блока управления по частоте и к второму входу определителя параметров двухполюсника, а второй вход блока управления измерением подключен к первому выходу блока управления режимами, выходы которого подключены соответственно через блок задания схемы замещения к третьему входу определителя параметров двухполюсника и к второму входу блока управления по частоте, второй выход которого подключен к четвертому входу определителя параметров двухполюсника, выход которого является выходом устройства.

Признаки, характеризующие подключение двухполюсника через измерительные входы, с одной стороны, через ключ к входу преобразователя ток-напряжение, с другой стороны, к выходу генератора синусоидального напряжения, обеспечивают исключение влияния большой паразитной емкости кабельной линии связи на точность определения его параметров. Это объясняется тем, что преобразователь ток-напряжение, имеющий нулевое входное сопротивление, шунтирует со своей стороны паразитную емкость кабельной линии связи и она не оказывает большого влияния на процесс определения параметров. С другой стороны, генератор синусоидального напряжения имеет близкое к нулю выходное сопротивление и паразитная емкость линии связи также не оказывает влияния на ток через рабочую емкость датчика уровня (определяемого двухполюсника). Указанные отличительные от прототипа признаки придают устройству новое качество, позволяющее проводить измерения параметров двухполюсника, удаленного от средства измерения через линию связи, а именно расширяют его функциональные возможности.

Признаки, характеризующие соединение блока управления по частоте с генератором синусоидального напряжения и определителем параметров двухполюсника, позволяют осуществить измерение токов через определяемый двухполюсник и эталон на n разных частотах, число которых соответствует количеству элементов двухполюсника. Совокупность этих признаков, позволяющая в заявленном устройстве использовать амплитудные измерения на n-частотах, в отличие от прототипа, где использованы фазовые измерения, дает возможность расширить функциональные возможности устройства, а именно:

- производить через длинную линию определение параметров двухполюсника без заметного снижения метрологических характеристик (в ряде практических случаев длина соединительной линии может достигать 100-500 метров);

- существенно упростить структурную схему средства измерения и, соответственно, его схемотехнику и стоимость.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определения параметров двухполюсника.

На фиг.2 представлен алгоритм определения параметров двухполюсника.

На фиг.3 представлен пример алгоритма определения параметров С и R емкостного датчика уровня.

На фиг.4 представлен пример алгоритма извлечения квадратного корня из числа.

На фиг.5 представлен пример алгоритма численной процедуры извлечения квадратного корня из числа X.

Представленная на фиг.1 функциональная схема устройства для определения параметров двухполюсника содержит определяемый двухполюсник 1, генератор 2 синусоидального напряжения, соединенный с эталоном 3, выход которого через последовательно соединенные ключ 4, преобразователь 5 ток-напряжение, масштабный 6 усилитель и аналого-цифровой 7 преобразователь, подключен к входам блока 8 управления измерением и определителя 9 параметров двухполюсника, выходы блока управления измерением подключены к управляющим входам ключа, масштабного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, определителя параметров двухполюсника и к входу блока 10 управления по частоте, выходы которого подключены к управляющему входу генератора синусоидального напряжения и к определителю параметров двухполюсника, а блок 12 управления режимами соединен с блоком управления по частоте и через блок 11 задания схемы замещения подключен к определителю параметров двухполюсника, выход которого есть выход устройства. Причем определяемый двухполюсник подключен к измерительным 13 и 14 входам через экранированную кабельную линию 15 связи. Экраны линии связи у измерительных входов соединены и подключены к земляной клемме генератора синусоидального напряжения.

Работу устройства рассмотрим на примере определения параметров двухполюсника, в качестве которого использован емкостной датчик уровня, удаленный с помощью линии связи от устройства на некоторое расстояние, например на 300 метров. Электрическая емкость сухого датчика уровня пусть будет составлять 500 пФ, а паразитная электрическая емкость кабельной линии связи, в качестве которой может быть использован, например, кабель РК 75, будет составлять порядка 20000 пФ. Диэлектрическая жидкость, заполняющая датчик, - керосин. Электрическая схема замещения емкостного датчика уровня соответствует параллельно соединенным электрической емкости Ср и активному сопротивлению Rдиэл. Активная составляющая полного сопротивления емкостного датчика уровня определяется состоянием сопротивления изоляции кабельной линии связи, влажностью в баке, а также сортностью керосина, которому свойственны токи утечки через диэлектрик. Значение активной составляющей может находиться в пределах от 200 кОм до 5 мОм. Поэтому учет этой составляющей при определении сопротивления двухполюсника имеет принципиальное значение для точности измерения уровня заправки.

Признаки, характеризующие подключение двухполюсника через измерительные входы с одной стороны через ключ 4 к входу преобразователя ток-напряжение, с другой стороны к выходу генератора синусоидального напряжения, обеспечивают исключение влияния огромной паразитной емкости кабельной линии связи на точность определения его параметров. Это объясняется тем, что преобразователь ток-напряжение, имеющий нулевое входное сопротивление, шунтирует со своей стороны паразитную емкость кабельной линии связи и она не оказывает влияния на процесс определения параметров. С другой стороны, генератор синусоидального напряжения имеет очень малое выходное сопротивление и паразитная емкость линии связи также оказывает незначительное влияние на ток через рабочую емкость Ср датчика уровня. Указанные отличительные от прототипа признаки позволяют проводить измерения параметров удаленных от измерительных входов устройства двухполюсников со значениями комплексных сопротивлений, значительно превосходящими комплексное сопротивление кабельной линии связи.

Представленный на фиг.2 алгоритм управления определением параметров двухполюсника обеспечивает пояснение работы устройства согласно фиг.1. Блоки, выделенные пунктиром и включающие ту или иную функцию алгоритма, указывают на принадлежность этой функции в охватываемом блоке.

Блок 12 управления режимами задает режимы определения параметров двухполюсника. В этом случае:

- в блок 11 задается схема замещения, в конкретном случае параллельно соединенные электрическая емкость и резистор;

- в блок 8 управления измерением выдается и фиксируется число необходимых измерений, в данном случае 2, так как двухполюсник двухэлементный. В блоке 8 заложен алгоритм, который должен управлять процессом измерения, включая процедуру масштабирования и аналого-цифрового преобразования;

- в блок 10 управления по частоте задаются и фиксируются значения частот устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 1 устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 2, на которых будут производится измерения токов;

- блок 11 задания схемы замещения выдает в определитель 9 параметров двухполюсника расчетные зависимости следующего вида:

устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115

устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115

где устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 1, устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 2, Rэт - величины известные и заданы блоком 12 управления режимами, a Iустройство для определения параметров двухполюсника, патент № 22621151 , Iустройство для определения параметров двухполюсника, патент № 22621152 - значения токов, которые необходимо измерить. Для практической реализации определения параметров двухполюсника в память определителя 9 параметров двухполюсника записываются алгоритмы численного решения зависимостей согласно выражениям (1) и (2).

Признаки, характеризующие соединение блока управления 10 по частоте с генератором 2 синусоидального напряжения и определителем 9 параметров двухполюсника, позволяют осуществить измерение токов через определяемый двухполюсник и эталон на n разных частотах, число которых соответствует количеству элементов двухполюсника. Совокупность этих признаков, позволяющая в заявленном устройстве использовать амплитудные измерения на n-частотах, в отличие от прототипа, где использованы фазовые измерения, дает возможность обеспечить измерение параметров удаленного от объекта измерения двухполюсника, придавая заявленному устройству более широкие функциональные возможности.

Для практической реализации вышеописанных функциональных блоков устройства авторами использована технология автоматизированного проектирования электроники, построенная на применении программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) разработки фирмы Xilinx. Основные особенности ПЛИС:

- значительный объем ресурсов;

- высокая производительность;

- высокая гибкость архитектуры с множеством системных особенностей: внутреннее распределенное и блочное ОЗУ, логика ускоренного переноса; внутренние буферы с третьим состоянием и т.д.;

- возможность программирования непосредственно в системе.

При этом используется программное обеспечение Foundation Series. Данный пакет проектирования включает в себя комплекс средств, позволяющих осуществить разработку ПЛИС фирмы Xilinx, начиная от описания внутреннего содержимого устройства до загрузки конфигурации ПЛИС и отладки непосредственно на печатной плате.

Блоки 8, 9, 10, 11 и 12 авторами выполнены на микросхеме ХС25200 фирмы Xilinx.

Согласно фиг.1 блок 12 управления режимами запускает измерения комплексных токов через определяемый двухполюсник и эталон. Блок 8, которому задано блоком 12 управления режимами число измерений (в данном случае 2), выставляет в блок 10 управления по частоте сигнал установки первой частоты, на которой должны быть проведены измерения токов через определяемый двухполюсник и через эталон 3. Согласно фиг.2 блок 8 присваивает индексу текущей частоты измерения i значение 1 и выставляет в блок 10 управления по частоте соответствующий сигнал. После чего блок 10 управления по частоте выставляет и фиксирует в определителе 9 параметров двухполюсника значение первой частоты устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 I, а на управляющий вход генератора 2 синусоидального напряжения сигнал, согласно которому последний на выходе формирует напряжение заданной первой частоты устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 i. Генератор синусоидального напряжения может быть выполнен в данном случае на операционном усилителе, в обратную связь которого включен мост Вина. Изменение частоты может быть реализовано через управление параметрами времязадающей цепи генератора. Другим примером выполнения генератора может быть его выполнение на микросхеме ХС25200 Xilinx, которая запрограммирована на формирование многоступенчатого сигнала с последующей его подачей на низкочастотный фильтр. Напряжения заданной первой частоты Uустройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115i поступает на измерительные входы устройства для питания определяемого двухполюсника или эталона. Далее блок 8 управления измерением устанавливает признак j положения ключа 4. Положений у ключа 2, а признаку j присваивается значение 1. Согласно этому признаку определяемый двухполюсник отключен от измерительной цепи, а вместо него к измерительной цепи подключен эталон 3. В качестве эталона может быть использован резистор сопротивлением Rэт. Через эталон протекает ток, по измеренному значению которого определяется выходное напряжение генератора 2 синусоидального напряжения согласно выражению

устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115

Значение тока измеряется следующим образом. Согласно фиг.1 ток через эталон с выхода ключа 4 поступает через преобразователь 5 ток-напряжение на вход масштабного 6 усилителя. Масштабный усилитель обеспечивает усиление напряжения в соответствии с масштабом, который ему задает блок 8 управления измерением. Процесс масштабирования усилителя 6 показан на фиг.2. С выхода масштабного усилителя напряжение поступает на вход аналого-цифрового 7 преобразователя интегрирующего типа. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) выполнен в виде двухтактного интегратора. Выбор такого вида АЦП обусловлен, прежде всего, высокой линейностью характеристики, большой разрешающей способностью и хорошим подавлением высокочастотной помехи. АЦП работает в два такта, первый такт - заряд интегратора, второй такт - его разряд. В первый такт происходит интегрирование входного сигнала, являющееся периодической функцией, во втором такте происходит интегрирование сигнала от источника опорного напряжения. Разрешающая способность АЦП, определяющая разрешающую способность устройства в целом, пропорциональна времени второго такта (разряда интегратора), а также частоте заполняющих импульсов. Управление переключением тактов АЦП и подачу заполняющих импульсов осуществляет блок 8 управления измерением. Оцифрованное значение измеренного тока поступает в определитель 9 параметров двухполюсника для дальнейшего его использования в вычислениях согласно выражениям (1) и (2) и в блок 8 управления измерением для управления масштабом усиления. Управление масштабом усиления позволяет повысить точность работы АЦП. Масштабирование построено таким образом, что цифровое значение снимаемого с АПЦ сигнала не должно превышать половины емкости АЦП. Исходя из этого, для примера реализации изобретения предложен алгоритм, представленный на фиг.2. Согласно этому алгоритму анализируется число устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115, которое равно отношению значения полной емкости АЦП к цифровому значению измеренного тока. Исходя из вычисленного значения числа устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115, выбирается один из четырех масштабов (8; 4; 2; 1). После того как определен масштаб усиления измеряемого тока, в определителе 9 параметров двухполюсника производится фиксирование его значения с масштабом измерения, предназначенное для дальнейших операций по определению параметров двухполюсника. Далее, согласно фиг.2, если j не равно 2, то его значение в блоке 8 управления измерением увеличивается на единицу и там же формируется управляющий сигнал на переключение ключа 4 во второе положение. Это соответствует тому, что эталон отключается и подключается к измерительной цепи определяемый двухполюсник. Через двухполюсник протекает ток, значение которого определяется выражением

устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115

Далее процедура измерения тока через двухполюсник определяется действиями, описанными при измерении тока через эталон. После того как значение тока через двухполюсник будет измерено и зафиксировано в определителе 9 параметров двухполюсника, алгоритм согласно фиг.2 перейдет к анализу условия, в котором j равно 2. Так как ключ 4 находится во втором положении, то условие будет выполнено и алгоритм перейдет к анализу следующего условия, в котором будет осуществлен анализ текущей частоты измерения. Так как измерение производилось на первой частоте, то условие не будет выполнено и алгоритм перейдет к выполнению действия по установке второй частоты устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 i. В результате будет выполнено действие j:=j+1 и блок 8 управления измерением выставит сигнал об установке второй частоты устройство для определения параметров двухполюсника, патент № 2262115 i. По этому сигналу блок 10 управления по частоте формирует сигнал в генератор 2 синусоидального напряжения для установки второй частоты, предназначенной для питания двухполюсника или эталона. Одновременно блок 10 управления по частоте устанавливает и фиксирует в определителе 9 параметров двухполюсника значение второй частоты, которая используется для расчета параметров двухполюсника. Затем блок 8 управления измерением инициирует измерение. Процедура измерения токов на второй частоте повторяется согласно вышеописанному.

После того как число измерений i будет равно n, то условие последнего блока алгоритма согласно фиг.2 не будет выполнено и алгоритм перейдет к вычислению параметров двухполюсника.

Представленный на фиг.2 алгоритм работы устройства содержит действие определения параметров двухполюсника, которое направлено на вычисление выражений согласно (1) и (2).

В примере конкретного исполнения устройства алгоритм вычисления параметров двухполюсника С и R представлен на фиг.3. Он представляет собой последовательность действий по определению промежуточных численных значений, которые необходимы для вычисления значений параметров двухполюсника. Представленный на фиг.3 алгоритм вполне очевиден. Однако блоки, в которых вычисляются значения параметров, имеет такую функцию, как извлечение квадратного корня.

На фиг.4 и фиг.5 представлен пример конкретного исполнения численного решения функции извлечения квадратного корня из числа. Причем на фиг.4 представлен алгоритм извлечения квадратного корня из числа х, который имеет вложенный блок Result=SQRoot 2(x), процедура реализации которого представлена на фиг.5.

Численная процедура извлечения квадратного корня из числа х, представленная на фиг.5, работает с числом, значение которого находится в пределах от 0,1 до 1,9.

Итак, алгоритм извлечения квадратного корня, представленный на фиг.4, работает следующим образом.

Вводится число х для извлечения квадратного корня; вводятся начальные переменные и константа, значение которой расположено в пределах от 0,1 до 1,9; число анализируется на нулевое значение, если оно не равно нулю, то осуществляется переход к блоку условия, в котором значение числа х сопоставляется со значением константы 1,4121; если значение числа х больше/меньше константы делится/умножается на 2 столько раз, чтобы результат был меньше/больше константы, при этом число N деления/умножений считается; в результате этих операций получается число х, значение которого находится в пределах от 0,1 до 1,9. После этого включается численная процедура извлечения квадратного корня, алгоритм которой представлен на фиг.5. Процедура извлечения квадратного корня работает следующим образом: вводится числовое значение х, из которого нужно извлечь корень; вводятся начальные значения результата и значение начального приближения к результату извлечения квадратного корня; вводятся начальные значения переменных алгоритма; вводится число шагов итерации, в конкретном случае N=128 (это число определяет точность численного решения извлечения квадратного корня); путем последовательных приближений через 128 шагов определяется численное значение результата извлечения квадратного корня; вывод результата.

Затем при возвращении к алгоритму согласно фиг.4 осуществляются следующие действия: то число х, которое делилось/умножалось на 2 N-раз, теперь умножается/делится на 2 также N-раз, т.е. число х возвращается к прежнему масштабу. После этих действий результат извлечения квадратного корня из числа выводится.

Вышеописанные алгоритмы известны и почерпнуты из общедоступной литературы. Также эти алгоритмы можно реализовать с помощью программного обеспечения Foundation Series, пакета программных средств, предназначенных для проектирования ПЛИС фирмы Xilinx, содержащего средства схемного ввода, моделирования, редактирования и синтеза.

Заявленное устройство авторами апробировано на макетном изделии. В настоящий момент авторами создается система измерения уровня заправки ракетного блока, которая предназначена для модернизации наземной аппаратуры одной из стартовых пусковых установок полигона "Байконур".

Используемая литература

1. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ. Измерительная техника. 1996, № 6, с.56-60.

2. К.Б.Карандеев, Ф.Б.Гриневич, А.И.Новик. Емкостные самокомпенсированные уровнемеры. М:, издательство "Энергия", 1966, с.135.

3. А.И.Новик. "Системы автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока", Киев:, Наукова Думка, 1983, с.9-10.

4. Патент РФ №2025666, кл. G 01 F 23/26, "Многоточечный сигнализатор уровня (его варианты)".

5. Патент № 2144196, кл. G 01 R 17/10, 27/02, "Способ измерения параметров трехэлементных двухполюсников частотно-независимыми мостами переменного тока".

Класс G01R27/14 путем измерения тока или напряжения, полученного от эталонного источника

способ диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность -  патент 2496115 (20.10.2013)
способ определения толщины стенки металлической трубы -  патент 2372584 (10.11.2009)
способ определения параметров двухполюсника -  патент 2260809 (20.09.2005)
способ определения индуктивного сопротивления электродвигателей переменного тока -  патент 2193212 (20.11.2002)
встроенное испытательное оборудование передатчика поля -  патент 2155350 (27.08.2000)
способ измерения сопротивлений проводников многослойных печатных плат и устройство для его осуществления -  патент 2144198 (10.01.2000)
способ контроля чистоты материала электропроводного изделия (варианты) -  патент 2115934 (20.07.1998)
Наверх