Способ преобразования параметров колебательных контуров

 

Изобретение относится к контрольно-, измерительной технике и предназначено для измерения параметров последовательных и параллельных колебательных контуров . Цель изобретения - повышение точности преобразования путем уменьшения количества операций над выходным сигналом измерительного блока и устранения дифференцирования и двойного дифференцирования . Способ состоит в воздействии на измерительный блок сигналом и интегрировании его выходного сигнала со ступенчато-изменяющимися коэффициентами на заданном интервале времени. Выходной сигнал измерительного блока можно интегрировать с переменными знаками на заданном интервале времени. 1 з п. ф-лы. 1 табл., 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl>s G 01 R 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ilO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4778126/21; 4778730/21 (22) 05,01.90 (46) 23,03.92, Бюл. ¹ 11 (71) Пензенский политехнический институт (72) А.Б.Лебедев и А.И.Мартяшин (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 234508, кл. G 01 R 27/02, 1968.

Авторское свидетельство СССР № 783709, кл. G 01 R27/02,,1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 421949, кл. 6 01 R 27/02, 1972. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ (57) Изобретение относится к контрольно-. измерительной технике и предназначено

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для измерения параметров параллельных и последовательных контуров.

Известен способ измерения параметров нерезонансных пассивных трехзлементных двухполюсников, заключающийся в преобразовании параметров двухполюсника в активную величину и последовательном осуществлении двух состояний кваэиравновесия путем изменения частоты питающего . напряжения и последующем умножении и делении промежуточных величин, Однако данный способ обладает низким быстродействием и сложностью, что связано с необходимостью осуществления двух состояний квазиравновесия.

Известен также способ измерения параметров колебательных контуров, заключающийся в воздействии на измерительный

„„Я „„1721539 Al для измерения параметров последовательных и параллельных колебательных контуров. Цель изобретения -- повышение точности преобразования путем уменьшения количества операций над выходным сигналом измерительного блока и устранения дифференцирования и двойного дифференцирования. Способ состоит в воздействии на измерительный блок сигналом и интегрировании его выходного сигнала со ступенчато-изменяющимися коэффициентами на заданном интервале времени, Выходной сигнал измерительного блока можно интегрировать с переменными знаками на задан ном интервале времени. 1 э и. ф-лы, 1 табл., 2 ил. блок одновременно ступенчатым, линейно изменяющимся и параболическим напряжениями с определенными весовыми коэффициентами, причем значения весовых коэффициентов устанавливают перед измерением каждого из параметров, а значение измеряемого параметра определяют по мгновенным значениям выходной реакции измерительного блока в выбранный момент времени.

Недостатками данного способа являются низкая точность, обусловленная необходимостью измерения мгновенных значений, и низкое быстродействие, связанное с необходимостью изменения коэффициентов при измерении различных параметров, Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ инвариантного преобразования параметров двухполюсных электрических цепей, осно1721539

10 контуров

50 ванный на подаче на измерительный блок ступенчатого напряжения и последующей обработке выходного сигнала измеритель.ного блока выполнением последовательных операций дифференцирования, интегрирования и вычитания выходного сигнала.

Недостатком известного способа является низкая точность. Обусловлено это тем, что над выходным сигналом измерительного блока выполняется большое количество аналогОвых операций. Дифференцирование и двойное дифференцирование являются неустойчивыми операциями. При их осуществлении выделяются высокочастотные шумовые составляющие, которых могло даже не быть в спектре входного сигнала (шумы операционных усилителей). Это приводит к увеличению случайной погрешности преобразования.

Цель1о изобретения является повыше ние точности преобразования.

Поставленая цель достигается тем, что по способу преобразования параметров колебательных контуров, заключающемуся в воздействии опорным сигналом на измерительный блок и интегрировании его выходного сигнала, интегрирование осуществляется со ступенчато изменяющимися коэффициентами на заданном интервале времени.

Кроме того, выходной сигнал измерительного блока интегрируют с переменны-. ми знаками на заданном интервале времени.

Преобразование параметров колебательного контура осуществляется следую щим образом.

На вход измерительного блока, состоящего из определенным образом включенных исследуемого колебательного контура, операционного усилителя и опорного элемента, подают опорный сигнал, например линейно изменяющееся напряжение. Выходное напряжение измерительного блока интегрируют на определенном интервале времени. При этом интегрирование осуществляется с коэффициентами, значения которых ступенчато изменяются во время интегрирования, или интегрирование происходит с изменением знака. Момент изменения знака или коэффициентов и их значения задаются такими, что результат интегрирования пропорционален только одному параметру колебательного контура, На фиг, 1- представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит формирователь линейно изменяющегося напряжения, измерительный блок, счетчик, генератор импульсов, четыре блока постоянной памяти, три цифроаналоговых преобразователя и три интегратора, Выход формирователя линейно изменяющегося напряжения подключен к измерительному блоку, а вход формирователя соединен с вторым выходом четвертого блока постоянной памяти. Генератор импульсов подключен к входу счетчика, выходы которого соединены с входами блоков постоянной памяти. Выходы первого, второго и третьего блоков постоянной памяти соединены с цифровыми входами первого, второго и третьего цифроаналоговых преобразователей соответственно. Выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с первыми входами интеграторов, вторые и третьи входы которых объединены и подключены соответственно к первому и второму выходам четвертого блока памяти..

Устройство позволяет преобразовывать в напряжение параметры параллельных и последовательных трех- и двухэлементных

Устройство работает следующим образом.

Под воздействием тактовых импульсов, поступающих с генератора импульсов, счетчик изменяет свое состояние. Выходной код счетчика является адресным для блоков постоянной памяти. Блок постоянной памяти запрограммирован так, что под воздействием изменяющегося кода адреса на его двух выходах формируются управляющие сигналы. Причем сигнал с второго выхода (Ua, фиг.2) задает время интегрирования Т, а сигнал с первого выхода (Оь. фиг, 2) обнуляет интеграторы перед каждым новым циклом интегрирования. По сигналу с второго выхода блока постоянной памяти интеграторы переходят в режим интегрирования, а формирователем вырабатывается линейно изменяющееся напряжение (Up, фи г. 2), реакция на которое измерительного блока M8eTвид(Оа,ф .2)

Ud()=S Ro C+S Rpт/й+S RpР/2L, (1) где S — скорость изменения входного напряжения;

L, С, 8 — параметры колебательного контура;

Rp — значение опорного сопротивления, Выходной сигнал измерительного блока поступает на входы цифроаналоговых преобразователей, которыми в соответствии с программами, хранящимися в блоках постоянной памяти, осуществляется масштабное преобразование сигнала, причем значение коэффициента преобразования и

era знак изменяются несколько раз за один

1721539 цикл измерения. Выходные напряжения интеграторов имеют вид

t1 t2

U = Kt f О((t) dt+ Кг f Ug(t) dt+...+ ..

<о t1

t

+ Kt f Ug(t) dt, (2)

tl — 1 где К(—. коэффициенты преобразования, соответствующие значениям кода на входах

ЦАП;

tt — моменты изменения коэффициентов

Подставляя (1) в (2), получим

0 = — S Ro(С (К1(t1 — to)+

+ Кг (тг т1)+ ... + Kt (т(%-1))+

1 г Z 2

+ — (К1 (т1 to)/2 + К2 (Х2 Ъ1)/2 + а 1 э

+ ... + Ki (С вЂ” tl-1)/2)+ — (К1(т1 — to)/6+

+Кг {tz — t 1)/6+ „. + К((и(— т(-1)/6)). (3) э э

Из последнего выражения следует, что . для того, чтобы выходное напряжение было пропорционально только одному параметру, например емкости С, необходимо выпол. нение условий

К1(Г1 1о)/2 + Кг (тг т1)/2+ ... +

+ К((с — il-t)/2 = О.

К1(tt - to)/6+ Кг (Сг — т;)/6+... +

+ K((с(— т(- 1)/6 = О. (4) 30

Для того, чтобы выходное напряжение было пропорционально сопротивлению R, необходимо

K1(t1 — to)+ Кг(тг — tt)+ „, +

+ K((t(— 1-1) = О; 35 з ъ э э

K1(tt - to)/6+ Кг (tz — ц)/6+... +

+ Kt (т — т(-1)/6 = О. (5)

Для определения индуктивности необходимо

40 (6) К1 (т1 1о) + Кг (тг т1) +... +

К(ф (1) О

К1 (t t — to)/2 + Кг (tz — t 1)/2 + ... +

+ K(,(т(- т(t)/2 = O.

Выполнение данных условий достигается выбором соответствующих значений К(и 45

ti, Например, задавшись тремя значениями

Ki и интервалом интегрирования Ти, равным

60 счетным тактам счетчика, получим следующие возможные значения К(и t((таблица).

После окончания интегрирования через 50 время Ти напряжения на выходах интеграторов будут соответствовать значениям, приведенным в таблице. При возвращении сигнала с второго выхода четвертого блока постоянной памяти в исходное состояние интеграторы переводятся в режим хранения. В этот момент возможно считывание информации о параметрах исследуемого контура. На этом один цикл измерения заканчивается. Перед началом следующего цикла сигналом с первого выхода четвертого блока постоянной памяти интеграторы обнуля ются.

При осуществлении преобразования с изменением знаков интегрирования в соответствующие моменты времени, определяемые состоянием счетчика, блоками постоянной памяти формируется одно из двух значений кода, который задает коэффициенты преобразования для цифроаналоговых преобразователей +1 или — 1.

Моменты смены знака определяются следующим образом.

Выходные напряжения интеграторов будут иметь вид

11 т

U(t)-+ J Од(t) й+ f О(1(t) й«+ f Од(t) и о ц tz или для определенности

11 t

U (t) = j Од (t) dt — J О,((t) dt + о г1 т

+) Ug(t) dt, (7) (г гдЕ11 и tZ — моменты СмЕнЫ Знака.

Из выражений (1) и (7) следует

U (»(= S R,(2»» — 2»гг»- ()С»»

+(т1 — tZ+ Т !2)/Rx+

+ (2 t/3 — 2 tz/3 + T /3)/2 Lx)/ги, (8) где t — постоянная интегрирования.

Для того, чтобы выходное напряжение первого интегратора после окончания интегрирования через время Т определялось одним из параметров контура, например индуктивностью Lx, необходимо, чтобы моменты смены знака tl u tz удовлетворяли следующей системе уравнений:

2 t1 — 2tz+T=0; )

tt — tz+T /2=0. (9)

Решение этой системы относительно tt и иг следующее т1 = 0,25 T; tz = 0,75 Т, Код на выходе первого блока постоянной памяти управляет первым цифроаналоговым преобразователем так, что на интегратор в течение времени О... 0,25 Т поступает прямой сигнал измерительного блока, в течение времени 0,25 „. 0,75 Т— инвертированный и в течение 0,75..(T — прямой, При этом результат интегрирования

U (t-y = 0,0625 T - > Ro/ти 2 Lx

1 пропорционален величине — и не зависит

Lx от остальных параметров контура.

Аналогичным образом определяются tt и tz для других параметров. Решая систему уравнений

2 t1 — 2 tz+ T=0

2 t t /3 — 2 tz/3 + Т !3 =- О, (10) 1721539 получим с точностью до восьмого знака tl =

= 0,30901697 Т, tz = 0,80901697 T.

Для получения положительного результата интегрирования последовательность смены знаков следующая: -1 в интервале

0... t>: +1 в интервале т „. tz, -1 в интервале г... T.

При этом результат интегрирования с точностью до восьмого знака

U)t-y= 59016975 10 Т S Ro/ Ги Rx пропорционален величине 1/Rx

Решением системы уравнений у-tã Т /2=0;

2 t>/3 — 2 ц/3+Т /3 — — 0 (11) с точностью до восьмого знака t>= 0,45442257 Т, tz = 0,84053547 Т.

Результат интегрирования. получаемый на выходе интегратора, .с точностью до восьмого знака, будет

0 -т 2 2777424 10 Т S Ro Сх/ти. т,е, пропорционален емкости Сх.

Задание моментов смены знаков с точностью до восьмого знака обеспечивает преобразование параметров контура с относительной методической погрешностью д<85 10 Д

Для преобразования параметров последовательного контура его необходимо включить в цепь отрицательной обратной связи, а опорный резистор — на вход операционного усилителя.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает более высокую точность преобразования, поскольку сокращено количество операций, выполняемых

5 над выходным сигналом измерительного блока, устранены неустойчивые операции дифференцирования, приводящие к усилению шума. Интегрирование за время Т, кратное периоду гармонической помехи, по10 зволяет устранить ее влияние на результат преобразования. Степень снижения случай-. ной погрешности определяется соотношением времени интегрирования Т и интервала корреляции шума.

15 Формула изобретения

1, Способ преобразования параметров колебательных контуров, заключающийся в том, что воздействуют измерительным сигналом на измерительный блок и интегриру20 ют его выходной сигнал, отличающийся тем, что, с це,", ю повышения точности преобразования, осуществляют интегрирова.ние выходного сигнала измерительного блока со ступенчато изменяющимися коэф.25 фициентами на заданном интервале времени.

2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что выходной сигнал измерительного блока интегрируют с переменными знаками

30 на заданном интервале времени.

1721539 !

=Г ! !

l

I ! !

I/У Г ) 2

СоставитЕль А.Лебедев

Редактор Л,Гратилло Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 950 Тираж Подписное

ВНИИПИ.Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101