Устройство для сравнения амплитуд гармонических колебаний одинаковой частоты

 

УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ АМШ1ИТУД ГАРМОНИЧЕСКИХ KOJIEBAHPffl ОДИНАКОВОЙ ЧАСТОТЫ, содержащее два ключа, входы которых подключены к входным шинам и через соответствующие усилители с ограничением - к входам блока управления, а выходы через согласующий элемент - к первому входу амплитудного компаратора, вторым входом подключенного к выходу источника f 5 j опорного напряжения, а также последовательно соединенные генератор импульсов , элемент И, счетчик и триггер , второй вход которого соединен с первым выходом блока управления и входом сброса счетчика, второй и третий входы которого соединены с управляющими входами ключей и с вторым и третьим выходами блока управления , отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности устройства , в него введены элементы НЕ и последовательно соединенные инвертор , второй амплитудньш компаратор и элемент ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И, а второй вход через элемент НЕ - к (Л выходу первого амплитудного компаратора , первьй вход которого объединен с вторым входом второго амплитудного компаратора, а вход инвертора соединен с выходом источника опорного напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) 4 О А

З 511 G 05 В 1/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3341703/18-24 (22) 28.09.81 (46) 15.05.84.Бюл. - 18 (72) Ю.Д.Иванов, Ал. В.Логинов и Ан. В.Логинов (71) Ленинградский ордена Ленина и ордена Красного Знамени механический институт (53) 62-50(088.8) (56) l. .Авторское свидетельство СССР

Р 586419, кл. G 05 В 1/01, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 773569, кл. G 05 В 1/Ol, !979. (54)(57) УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ А11Ш1ИТУД ГАРИОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ОДИНАКОВОЙ ЧАСТОТЫ, содержащее два ключа, входы которых подключены к входным шинам и через соответствующие усилители с ограничением — к входам блока управления, а выходы через согласующий элемент — к первому входу амплитудного компаратора, вторым входом подключенного к выходу источника опорного напряжения, а также последовательно соединенные генератор импульсов, элемент И, счетчик и триггер, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления и входом сброса счетчика, второй и третий входы которого соединены с управляющими входами ключей и с вторым и третьим выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены элементы НЕ и последовательно соединенные инвертор, второй амплитудный компаратор и элемент ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И, 19

O а второй вход через элемент HE — к выходу первого амплитудного компаратора, первый вход которого объединен с вторым входом второго амплитудного компаратора, а вход инвертора сое- Я динен с выходом источника опорного напряжения °

4 10924

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, в прецизионных генераторах многофазных напряжений.

Известен амплитудно-дифференцйальный нуль-орган, содержащий два согласующих устройства, два усилителяограничителя, компаратор, элементы

И и ЗАПРЕТ и интегратор Ill.

Однако известное устройство об- 1Î ладает недостаточной точностью, ограничиваемой неидентичностью коэффициентов передачи согласующих устройство и разностью уровней выходных напряжений элементов И и ЗАПРЕТ. l5

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее два усилителя-ограничителя, входы которых соединены с входными шинами, а выходы ;m подключены к входам блока управления, амплитудный компаратор, один вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а второй подключен к выходу согласующего элемен- 25 та, два ключа, входы которых соединены с входными шинами, а выходы подключены к входу согласующего элемента, генератор импульсов, реверсивный счетчик и триггер, один вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, второй вход соединен с входом сброса реверсивного счетчика и одним из выходов блока управления, два других выхода которого соединены соответственно с входами суммирования и вычитания реверсивного счетчика и входами управления ключей, а выход генератора импульсов соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом амплитудного компаратора f2 3.

Недостаток данного устройства заключается в значительной чувствительности его к постоянным составля45 ющим, содержащимся в сравниваемых сигналах, что приводит к существенным погрешностям, например, при сравнении амплитуд колебаний многофаэного генератора, у которого смещены нулевые уровни выходных сигналов.

5О

Цель изобретения — повышение точности сравнения путем снижения чувствительности устройства к постоянным составляющим, содержащимся в сравниваемых сигналах.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее два ключа, входы которых подключены к входным шинам и через соответствующие усилители с ограничением — к входам блока управления, а выходы через согласующий элемент — к первому входу амплитудного компаратора, вторым входом подключенного к выходу источника опорного напряжения, а также последовательно соединенные генератор импульсов, элемент И, счетчик и триггер, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления и входом сброса счетчика, второй и третий входы которого соединены с управляющими входами ключей и с вторым и третьим выходами блока управления, введены элемент НЕ и последовательно соединенные инвертор, второй амплитудный компаратор и элемент KIH, выход которого подключен к второму входу элемента И, а второй вход через элемент HE к выходу первого амплитудного компаратора, первый вход которого объединен с вторым входом второго амплитудного компаратора, а вход инвертора соединен с выходом источника опорного напряжения.

Инвертор и второй амплитудный компаратор входят B состав второй измерительной цепи,. выделяющей длительности превышения отрицательными полуволнами сравниваемых сигналов уровня — V . .Реверсивный счетчик в предо лагаемом устройстве сравнивает суммарные длительности превьш ения каждой полуволной сравниваемых сигналов уровней +V и -V . При отсутствии постоянной составляющей для каждого сигнала эти длительности равны, В случае содержания во входном сигнале постоянной составляющей, например положительной полярности, длительность превышения положительной полуволной входного сигнала уровня

+V увеличивается, а длительность превышения отрицательной полуволной уровня -По уменьшается, в то время как суммарная длительность этих временных интервалов остается приблизительно постоянной, т.е. снижается чувствительность заявляемого устройства к постоянным составляющим, со-. держащимся в сравниваемых сигналах.

На фиг.l приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — принципиальная схема варианта технической реализации блока управления; на фиг.З вЂ” диаграммы работы устройства сравнения.

Из фиг.3 видно, что при отсутствии постоянной составляющей в сравниваемом сигнале Ц„ =Й, а при на1+ личии постоянной составляющей положительной полярности в сигнале .П с2+)

> .. При этом Т 7 1+ несмотря на

2то, что амплитуда сигнала П1 больше 50 амплитуды сигнала U2, т.е. в этом случае устройство-прототип выдает неправильную информацию, а предла-" гаеМое устройство формирует правильный сигнал, индицируемый о соотношении амплитуд сигналов U1 и Б

Устройство работает следующим образом. з 10924

Устройство содержит ключи 1 и 2, согласующий элемент 3, усилители с ограничением 4 и 5, блок управления Ь, источник опорного напряжения 7, инвертор 8, амплитудные компараторы 9 и 10, элементы НЕ 11, ИЛИ 12, И 13 генератор импульсов

14, реверсивный счетчик 15, триггер

16. Входные сигналы подают на входные шины 17 и 18. Выходной сигнал снимают с выхода 19.

Блок управления 6 содержит триггеры 20, 21 и 22 и ждущий мультивибратор 23. Входы 24 и 25 соединяют соответственно с выходами усилителейограничителей 4 и 5. Выход 26 подключают ко входу сброса реверсивного счетчика 15, а выходы 27 и 28 — к управляющим входам ключей 1 и 2.

На диаграммах фиг.3 приняты следующие обозначения: 29 и 30 — сравниваемые сигналы U. u U ; 31 и 32 выходные сигналы усилителей с ограничением 4 и 5; 33 и 34 — сигналы на управляющих входах ключей 1 и 2;

35 — напряжение на входе сброса реверсивного счетчика; 36 — напряжение на прямом выходе триггера 22;

37 — напряжение на выходе согласующего элемента 3, 38, 39 — уровни

+U и -!1р; 40 и 41 — сигналь а вы" ходах компараторов 10 и 9; 42 — выходное напряжение элемента ИЛИ 12; 43, 44 — выходные сигналы согласующего элемента Зи элемента ИЛИ 12 для соотношения амплитуд сравниваемых сигналов, но при содержании в сигнале U2 постоянной составляющей величиной сй +, 1, +,,, обозначают соответственно длительности превышения положительного +U и отрицательного о

-Uq уровней первым U1 и вторым U2ñðàâниваемыми сигналами.

60 4

После очередного такта сравнения при поступлении положительной полуволны сигнала U„ потенциалом с выхо-..:-. да блока управления 6 открывается ключ 1 (ключ 2 закрыт) и реверсивный счетчик !5 включается в режим суммирования входных импульсов. Напряжение U через открытый ключ 1 и сог- ласующий элемент 3 поступает на инвертирующие входы компараторов 10 и

9 (33,37), на неинвертирующие входы которых поданы соответственно потенциалы +П р (от источника опорного напряжения 7) и -Uo (с выхода инвертора 8 . При превышении сигналом 1!. уровня +U на выходе компаратора 10 устанавливается нулевой потенциал, а на выходах элементов HE 11 и ИЛИ 12единичный (40,42), и через открытый элемент И 13 импульсы высокой частоты с выхода генератора 14 проходят на счетный вход реверсивного счетчика 15, включенного в режим суммирования входных импульсов. По окончании интервала времени превышения сигналом U1 уровня Uр на выходе компаратора 10 устанавливается единичный потенциал, элемент И 13 запирается и в реверсивном счетчике 15 фиксируется число, пропорциональное времени превышения сигналом U óðîâíÿ !!о °

При превышении отрицательной полуволной сигнала U уровня -Uð на выходе компаратора 9 устанавливается единичный потенциал, открываются элементы ИЛИ 12 и И 13 (41, 42 и вновь на счетный вход реверсивного счетчика 15 поступают импульсы высокой частоты с выхода генератора 14.

По окончании интервала времени превышения отрицательной полуволной сигнала U1 уровня -U в реверсивном счетчике 15 фиксируется число, пропорциональное сумме интервалов времени превышения каждой полуволной сигнала U1 соответственно уровней

+По и Ua

С поступлением ближайшей положительной полуволны сигнала блок управления 6 переключается в противоположное состояние, при котором ключ 1 закрыт, ключ 2 открыт, а реверсивный счетчик 15 включен в режим вычитания. Теперь на инвертирующие входы компараторов 10 и 9 через ключ 2 и согласующий элемент 3 проходит напряжение U . Аналогично в течение промежутков времени превы10924

S шения каждой полуволной сигнала U соответственно уровней +Ua и -U на вход реверсивного счетчика 15 через элемент И 13 проходят импульсы от генератора импульсов 14, По окончании этих промежутков времени в реверсивном счетчике 15 фиксируется число, пропорциональное разности суммарных длительностей превышения уровней +Uo и -U каждой полуволной 10 сигналов U u U

При поступлении очередной положительной полуволны сигнала U блок управления 6 возвращается в исходное состояние, при котором ключи 1 и 2 . 15 закрыты, и на его выходе формируется импульс (35 ), поступающий на вход сброса реверсивного счетчика 15 и на второй вход триггера 16. По переднему фронту этого импульса в триггер 20

16 записывается информация о состоянии старшего разряда реверсивного счетчика 15, и реверсивный счетчик

15 устанавливается в нулевое состояние. Устройство подготовлено для 25 очередного такта сравнения.

Емкость реверсивного счетчика 15 выбирается такой, чтобы его старший разряд не заполнялся при числе входных импульсов, соотнетствующем длительности в один период изменения входных сигналов. В случае, если амплитуда напряжения U больше или ранна амплитуде напряжения U, то после очередного такта сравнения в стар35 шем разряде реверсивного счетчика

15 записывается "нуль" в противоположном случае — "единица", Это обусловлено тем, что в последнем случае в режиме вычитания реверсивный счетчик 15 переходит через нулевое состояние, а это сопровождается появлением единичного сигнала во всех его разрядах, Рассмотрим работу блока управле- 45 ния 6 на примере варианта его технической реализации (фиг.2).

В исходном положении триггеры

20,21 и 22 находятся в нулевом состоянии. Нулевые потенциалы с выхо50 дов 27 и 28 запирают ключи и 2, а единичный потенциал с инверсного выхода триггера 22 поддерживает в нулевом состоянии триггер 21.

После очередного такта сравнения при поступлении положительной полуволны сигнала U положительным перепадом напряжения 1из нулевого состояния н единичное на выходе усилителяограничителя 4 триггер 20 переключается в единичное состояние, и его выходным потенциалом, поступающим на шину 27, открывается ключ 1 (31,33).

По следующему положительному перепаду напряжения на ныходе усилителя-ограничителя 4 триггер 20 нозвращается н исходное сотояние, ключ 1 закрывается, а по положительному перепаду напряжения на инверсном выходе триггера 20 триггер 22 переходит н единичное состояние (36}, снимая единич— ный потенциал со входа установки нуля триггера 21. Теперь триггер 20 поддерживается н нулевом состоянии единичным потенциалом с прямого выхода триггера 22..

С поступлением ближайшей положительной полуволны сигнала положительным перепадом напряжения на выходе усилителя-ограничителя 5 триггер 21 переключапется в единичное состояние, и его выходным потенциалом, поступающим на шину 28, открывается ключ 2 (32, 34). По следующему положительному перепаду напряжения на выходе усилителя-ограничителя 5 триггер 2! возвращается в исходное состояние, ключ 2 закрывается, и по положительному перепаду напряжения на инверсном выходе триггера 21 запускается ждущий мультинибратор 23 (35), выходной импульс которого с шины 26 поступает на вход сброса реверсивного счетчика 15. Положительным перепадом напряжения с инверсного выхода ждущего мультинибратора 23 триггер 22 устанавливается н нулевое состояние (36). Блок управления б возвращается н исходное положение.

Таким образом, при любом сочетании фаз сравниваемых сигналов один такт сравнения длится не более трех периодон изменения входных сигналов.

Изобретение позволяет повысить точность сравнения амплитуд гармонических колебаний и,следонательно, уменьшить, например, разбаланс выходных сигналов прецизионных генераторов многофазных напряжений. Особенно эффективно применение предлагаемого .устройства н прецизионных многофазных генераторах с гальваничес-: ким выходом, н выходных сигналах которых обычно присутствуют постоянные составляющие малой величины.!

092460

f092460 !

ВНЮПБ4 Заказ 3253/30 Тираж 842 нпкэл ШШ патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4