Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов



Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов
Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов

 


Владельцы патента RU 2585326:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля и определения динамических метрологических характеристик при производстве и эксплуатации токовых шунтов. Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов содержит источник импульсного тока, в котором к первому выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора (СТ) подключен однополупериодный выпрямитель, к которому через резисторный ограничитель тока заряда подключен накопитель энергии, соединенный со вторым выводом вторичной обмотки повышающего СТ. К резисторному ограничителю тока заряда подключен первый электрод коммутатора. Первичная обмотка повышающего СТ подключена к источнику напряжения переменного тока. Через контактные клеммы тестируемый токовый шунт подключен ко второму электроду коммутатора и второму выводу вторичной обмотки повышающего СТ. Эталонный трансформатор тока размещен между тестируемым токовым шунтом и контактными клеммами. Блок регистрации и обработки сигнала содержит первый и второй АЦП, первый и второй блоки быстрого преобразования Фурье (ББПФ), блок функционального преобразования, вычислительное устройство, дисплей, которые подключены к общей цифровой шине данных. Первый АЦП подключен к потенциальному выходу тестируемого токового шунта и к первому ББПФ. Второй АЦП подключен к выходу эталонного трансформатора тока и к второму ББПФ, который соединен с блоком функционального преобразования. Блок регистрации и обработки сигнала дополнительно содержит блок формирования треугольного импульса и блок сравнения спектров, которые подключены к общей цифровой шине данных. Блок формирования треугольного импульса подключен к входам первого и второго АЦП, а блок сравнения спектров подключен к выходам первого и второго ББПФ. Технический результат заключается в снижении влияния искажения спектра преобразуемых сигналов на определяемые амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики тестируемого шунта и уменьшение погрешности численных преобразований над спектрами на частотах, соответствующих высоким гармоникам спектров. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля и определения динамических метрологических характеристик при производстве и эксплуатации токовых шунтов.

Известен измеритель относительных амплитудно-частотных характеристик [RU 2291452 C2, МПК G01R 27/28 (2006.01), опубл. 01.11.2001], содержащий генератор качающейся частоты, выход которого подключен к входу измеряемого объекта, выход которого подключен к входам амплитудного детектора и формирователя опорного сигнала, выполненного в виде последовательно соединенных преобразователя частоты в код, дешифратора и блока хранения и выборки, выход которого является выходом формирователя опорного сигнала, а второй вход соединен с входом преобразователя частоты в код, являющегося входом формирователя опорного сигнала, последовательно соединенные преобразователь частоты в напряжение, дифференциатор, компаратор и согласующий блок, выход которого подключен к второму входу индикатора, вход преобразователя частоты в напряжение подключен к выходу генератора качающейся частоты, а второй вход компаратора соединен с общей шиной. Последовательно соединены масштабный усилитель, амплитудный селектор, временной селектор, декадный счетчик и второй дешифратор, выход которого подключен к третьему входу индикатора, первый вход которого соединен с первым входом амплитудного селектора и выходом делителя, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а первый соединен с выходом формирователя опорного сигнала и входом масштабного усилителя. Второй вход временного селектора соединен с входной шиной.

Недостатками этого устройства являются невозможность определения фазочастотной характеристики.

Известно устройство для определения амплитудно-частотных характеристик токовых шунтов [Cherbaucich С., Crotti G., Kuljaca N., Novo M. Evaluation of the dynamic behaviour of heavy current shunts // Metrology in the 3rd Millennium: Proc. XVII IMEKO World Congress. - 22-27 June, 2003. - Dubrovnik, Croatia, 2003. - P. 586-589], содержащее источник импульсного тока, в котором последовательно соединены резисторный ограничитель тока заряда, накопитель энергии из коаксиального кабеля и коммутатор (газоразрядное устройство), к которому подключен эталонный трансформатор тока и тестируемый шунт. Источник импульсного тока подключен к источнику постоянного напряжения. Амплитудно-частотную характеристику шунта определяют как отношение односторонней функции спектральной плотности сигнала с выхода трансформатора тока к односторонней функции спектральной плотности сигнала с выхода шунта на заданной частоте. Результаты визуализируют в виде графической зависимости.

Недостатки данного устройства заключаются в невозможности определения фазочастотной характеристики шунта и в уменьшении точности определения амплитудно-частотной характеристики из-за погрешности квантования аналого-цифрового преобразователя цифрового осциллографа.

Известно устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов [Заревич А.И., Муравьев С.В., Бедарева Е.В., Карпенко С.Р. Импульсный метод определения частотных характеристик сильноточных шунтов // Известия Томского политехнического университета. - 2012. - Т. 321. - №4. - С.137-140], выбранное в качестве прототипа (фиг. 1), содержащее источник импульсного тока 1 (ИИТ), в котором к первому выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора 2 подключен однополупериодный выпрямитель 3, к которому через резисторный ограничитель тока заряда 4 подключен накопитель энергии 5, соединенный со вторым выводом вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора 2. Накопитель энергии 5 выполнен на конденсаторах. К резисторному ограничителю тока заряда 4 подключен первый электрод коммутатора 6 (газоразрядное устройство). Первичная обмотка повышающего сетевого трансформатора 2 подключена к промышленному источнику напряжения переменного тока 7 с действующим значением выходного напряжения 220 В. Через контактные клеммы 8 тестируемый токовый шунт 9 подключен ко второму электроду коммутатора 6 и второму выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора 2. Эталонный трансформатор тока 10 размещен между тестируемым токовым шунтом 9 и контактными клеммами 8. Блок регистрации и обработки сигнала 11 (БРОС) содержит первый аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП1), первый блок быстрого преобразования Фурье 13 (БПФ1), второй аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП2), второй блок быстрого преобразования Фурье 15 (БПФ2), блок функционального преобразования 16 (БФП), вычислительное устройство 17 (ВУ), дисплей 18 (Д), который подключены к общей цифровой шине данных 19. Первый аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП1) подключен к потенциальному выходу тестируемого токового шунта 9, а второй аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП2) - к выходу эталонного трансформатора тока 10. Первый аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП1) подключен к первому блоку быстрого преобразования Фурье 13 (БПФ1). Второй аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП2) подключен к второму блоку быстрого преобразования Фурье 15 (БПФ2), который соединен с блоком функционального преобразования 16 (БФП).

Недостатком указанного устройства является влияние на определяемые амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики шунта неидентичности аналого-цифровых преобразователей. Это влияние проявляется в виде искажения спектра преобразуемых сигналов и в виде возрастания погрешности численных преобразований над спектрами на частотах, соответствующих высоким гармоникам спектров.

Задачей изобретения является расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Поставленная задача решена за счет того, что устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов так же, как в прототипе, содержит источник импульсного тока, в котором к первому выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора подключен однополупериодный выпрямитель, к которому через резисторный ограничитель тока заряда подключен накопитель энергии, соединенный со вторым выводом вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора, к резисторному ограничителю тока заряда подключен первый электрод коммутатора, первичная обмотка повышающего сетевого трансформатора подключена к источнику напряжения переменного тока, через контактные клеммы тестируемый токовый шунт подключен ко второму электроду коммутатора и второму выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора, эталонный трансформатор тока размещен между тестируемым токовым шунтом и контактными клеммами, блок регистрации и обработки сигнала содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй блоки быстрого преобразования Фурье, блок функционального преобразования, вычислительное устройство, дисплей, которые подключены к общей цифровой шине данных, при этом первый аналого-цифровой преобразователь подключен к потенциальному выходу тестируемого токового шунта, а второй аналого-цифровой преобразователь подключен к выходу эталонного трансформатора тока, первый аналого-цифровой преобразователь подключен к первому блоку быстрого преобразования Фурье, второй аналого-цифровой преобразователь подключен к второму блоку быстрого преобразования Фурье, который соединен с блоком функционального преобразования.

Согласно изобретению блок регистрации и обработки сигнала дополнительно содержит блок формирования треугольного импульса и блок сравнения спектров, которые подключены к общей цифровой шине данных. Блок формирования треугольного импульса подключен к входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а блок сравнения спектров подключен к выходам первого и второго блоков быстрого преобразования Фурье.

Предложенная конструкция за счет формирования тестовых сигналов в форме треугольных импульсов с последующим сравнением их спектров и определением выравнивающих коэффициентов позволяет скомпенсировать неодинаковость аналого-цифровых преобразователей, проявляющуюся в относительном искажении спектров сигналов. Таким образом, осуществляется снижение влияния искажения спектра преобразуемых сигналов на определяемые амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики тестируемого шунта и уменьшение погрешности численных преобразований над спектрами на частотах, соответствующих высоким гармоникам спектров.

На фиг. 1 представлена схема устройства-прототипа.

На фиг. 2 показана схема заявляемого устройства для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов.

Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов (фиг. 2) содержит источник импульсного тока 1 (ИИТ), в котором к первому выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора 2 подключен однополупериодный выпрямитель 3, к которому через резисторный ограничитель тока заряда 4 подключен накопитель энергии 5, соединенный со вторым выводом вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора 2. Накопитель энергии 5 выполнен на конденсаторах. К резисторному ограничителю тока заряда 4 подключен первый электрод коммутатора 6 (газоразрядное устройство). Первичная обмотка повышающего сетевого трансформатора 2 подключена к промышленному источнику напряжения переменного тока 7 с действующим значением выходного напряжения 220 В. Через контактные клеммы 8 тестируемый токовый шунт 9 подключен ко второму электроду коммутатора 6 и второму выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора 2. Эталонный трансформатор тока 10 размещен между тестируемым токовым шунтом 9 и контактными клеммами 8. Блок регистрации и обработки сигнала 11 (БРОС) содержит первый аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП1), первый блок быстрого преобразования Фурье 13 (БПФ1), второй аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП2), второй блок быстрого преобразования Фурье 15 (БПФ2), блок функционального преобразования 16 (БФП), вычислительное устройство 17 (ВУ), дисплей 18 (Д), которые подключены к общей цифровой шине данных 19. Блок регистрации и обработки сигнала 11 (БРОС) дополнительно содержит блок формирования треугольного импульса 20 (ФТИ), блок сравнения спектров 21 (БСС), которые также подключены к общей цифровой шине данных 19. Первый аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП1) подключен к потенциальному выходу тестируемого токового шунта 9, а второй аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП2) - к выходу эталонного трансформатора тока 10. Первый аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП1) подключен к первому блоку быстрого преобразования Фурье 13 (БПФ1). Второй аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП2) подключен к второму блоку быстрого преобразования Фурье 15 (БПФ2), который соединен с блоком функционального преобразования 16 (БФП). Блок формирования треугольного импульса 20 (ФТИ) подключен к входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей 12 (АЦП1) и 14 (АЦП2). Блок сравнения спектров 21 (БСС) подключен к выходам первого и второго блоков быстрого преобразования Фурье 13 (БПФ1) и 15 (БПФ2).

Первый аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП1) и второй аналого-цифровые преобразователи 14 (АЦП2) реализованы с помощью аналого-цифровых преобразователей AD6649. Блоки быстрого преобразования Фурье 13 (БПФ1), 15 (БПФ2) реализованы с помощью цифровых сигнальных процессоров ADSP-21991. Блок функционального преобразования 16 (БФП) реализован с помощью цифрового сигнального процессора ADSP-21467. Вычислительное устройство 17 (ВУ) реализовано с помощью микропроцессора ADSP-BF523. Блоки формирования треугольного импульса 20 (ФТИ) и сравнения сигналов 21 (БСС) реализованы с помощью микроконтроллеров ADSP-TS201S.

Схемотехнические решения всех блоков устройства ориентированы на применение интегральной микроэлектронной элементной базы и возможность их дальнейшей более глубокой интеграции.

Устройство работает следующим образом.

В начале блок формирования треугольного импульса 20 (ФТИ) формирует тестовый сигнал в форме треугольного импульса с амплитудой, равной динамическому диапазону первого и второго аналого-цифровых преобразователей 12 (АЦП1) и 14 (АЦП2). С помощью аналого-цифровых преобразователей 12 (АЦП1) и 14 (АЦП2) этот сигнал переводят в массив чисел в двоичном формате, а с помощью блоков быстрого преобразования Фурье 13 (БПФ1) и 15 (БПФ2) подвергают быстрому преобразованию Фурье. Таким образом, получают два массива чисел, соответствующих спектрам сигналов с выходов первого аналого-цифрового преобразователя 12 (АЦП1) {S1i} второго аналого-цифрового преобразователя 14 (АЦП1) {S2i}, где i - номер числа в массиве.

Полученные массивы чисел поступают на входы блока сравнения спектров 21 (БСС), который определяет поэлементную разницу между ними и формирует массив выравнивающих коэффициентов {Ki}:

{Ki}={S1i/S2i}.

Результаты этих операций сохраняют в памяти вычислительного устройства 17 (ВУ) в виде массивов данных.

Далее вход тестируемого шунта 9 подключают к выходным клеммам 8 источника импульсного тока 1 (ИИТ); который подключают к источнику напряжения переменного тока 7, напряжение которого повышают сетевым трансформатором 2 до напряжения, на 50% превышающего напряжение срабатывания коммутатора (газоразрядного устройства) 6. Выходное напряжение сетевого трансформатора 2 выпрямляют однополупериодным выпрямителем 3 и через резисторный ограничитель тока заряда 4 заряжают им накопитель энергии 5. При достижении напряжением на накопителе энергии 5 значения пробоя газоразрядного устройства 6 оно срабатывает, при этом на выходных клеммах источника импульсного тока 8 развивается напряжение, и накопитель энергии 5 разряжается через тестируемый шунт 9.

Сигналы с выходов тестируемого шунта 9 и эталонного трансформатора тока 10 подают на входы блока регистрации и обработки сигнала 11 (БРОС) и с помощью аналого-цифровых преобразователей 12 (АЦП1) и 14 (АЦП2) переводят в массив чисел в двоичном формате, а с помощью блоков быстрого преобразования Фурье 13 (БПФ1) и 15 (БПФ2) подвергают быстрому преобразованию Фурье. Таким образом, получают два массива чисел, соответствующих спектрам сигналов с выходов тестируемого шунта {SШ,i} и эталонного трансформатора тока {SТ,i}, где i - номер числа в массиве.

Массив чисел, соответствующий спектру сигнала с выхода эталонного трансформатора тока {SТ,i}, подают на вход блока функционального преобразования 16 (БФП), где поэлементно умножают на массив выравнивающих коэффициентов {Ki}, получая, таким образом, выравненный спектр сигнала с выхода эталонного трансформатора тока {SТВ,i}:

{SТВ,i}={Ki*ST,i}.

После чего вычислительное устройство 17 (ВУ) определяет массив данных, соответствующих комплексному коэффициенту передачи токового шунта 9 {KШ,i}. Для этого вычислительное устройство 17 (ВУ) реализует поэлементное деление массивов {SШ,i} и {SТВ,i}:

{KШ,i}={SШ,i / SТВ,i}.

Модуль комплексного коэффициента передачи токового шунта 9 является его амплитудно-частотной характеристикой, а аргумент - фазочастотной характеристикой.

Результаты расчета комплексного коэффициента передачи шунта 9 также сохраняют в памяти вычислительного устройства 17 (ВУ) в виде массивов данных.

Визуализацию амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик токового шунта 9 производят посредством дисплея 18 (Д).

Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов, содержащее источник импульсного тока, в котором к первому выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора подключен однополупериодный выпрямитель, к которому через резисторный ограничитель тока заряда подключен накопитель энергии, соединенный со вторым выводом вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора, к резисторному ограничителю тока заряда подключен первый электрод коммутатора, первичная обмотка повышающего сетевого трансформатора подключена к источнику напряжения переменного тока, через контактные клеммы тестируемый токовый шунт подключен ко второму электроду коммутатора и второму выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора, эталонный трансформатор тока размещен между тестируемым токовым шунтом и контактными клеммами, блок регистрации и обработки сигнала содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй блоки быстрого преобразования Фурье, блок функционального преобразования, вычислительное устройство, дисплей, которые подключены к общей цифровой шине данных, при этом первый аналого-цифровой преобразователь подключен к потенциальному выходу тестируемого токового шунта, а второй аналого-цифровой преобразователь подключен к выходу эталонного трансформатора тока, первый аналого-цифровой преобразователь подключен к первому блоку быстрого преобразования Фурье, второй аналого-цифровой преобразователь подключен к второму блоку быстрого преобразования Фурье, который соединен с блоком функционального преобразования, отличающееся тем, что блок регистрации и обработки сигнала дополнительно содержит блок формирования треугольного импульса и блок сравнения спектров, которые подключены к общей цифровой шине данных, блок формирования треугольного импульса подключен к входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а блок сравнения спектров подключен к выходам первого и второго блоков быстрого преобразования Фурье.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к строительству воздушных линий электропередачи и заземляющих устройств. Для проектирования и строительства линий электропередачи проводятся изыскательские работы, при этом исследуется местность, определяются характеристики грунта, в том числе электрическое сопротивление земли.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических величин. Согласно способу возбуждают колебания в резонаторе на фиксированной частоте.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике. Заявленный кварцевый реактор для исследования температурной зависимости электрического сопротивления высокорезистивных объектов, преимущественно, пленочных образцов из нанокомпозиционных материалов, содержит корпус, на внешней поверхности которого бифилярно намотан резистивный нагреватель; внутри корпуса на растяжках, выполненных в виде пружин из вольфрамовой проволоки, установлены C-образные зажимы с плоскими губками для размещения исследуемого образца, выполненные из вольфрамовой проволоки, причем в стенке корпуса, в центральной его части, установлена термопара с возможностью измерения температуры упомянутого образца, размещаемого в C-образных зажимах.

Изобретение относится к области наноэлектроники и может быть использовано в различных областях наноиндустрии. Заявлен способ исследования температурной зависимости электрического сопротивления пленочных образцов при нагреве.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ включает преобразование измеряемой электрической величины и отсчет измеренной электрической величины.

Способ определения параметров прибора СВЧ, включающий измерение в n точках рабочей полосы частот его комплексных параметров рассеяния, моделирование его в рабочей полосе частот в виде эквивалентной схемы, содержащей активные и реактивные элементы, каждый из которых описывают соответствующим параметром, не зависящим от частоты, определение собственно параметров посредством математической процедуры.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, емкости и напряжения. Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код содержит четыре резистора, два генератора, управляемые напряжением и снабженные входами разрешения генерирования, и микроконтроллер; первые выводы резисторов подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам микроконтроллера, вторые выводы первого и второго резисторов подключены к входу управления напряжением первого генератора, вторые выводы третьего и четвертого резисторов подключены к входу управления напряжением второго генератора, выходы генераторов подключены к счетным входам встроенных в микроконтроллер первого и второго двоичных счетчиков.

Изобретение относится к области эксплуатации автомобильной техники и может быть использовано для диагностирования работоспособности электрической проводки автомобильной техники и поиска неисправностей при ремонте.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости и активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин емкостными и резистивными датчиками и передачи результата измерения по радиоканалу.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от «земли». Согласно заявленному способу цикл измерения состоит из двух полуциклов. В начале первого полуцикла к контролируемой сети подключают источник регулируемого постоянного тока, по двум измеренным значениям напряжения вычисляют эквивалентную емкость и длительность интервала времени, необходимого для окончания переходного процесса. В соответствии с этим устанавливают временные интервалы процесса измерения. В конце первого полуцикла запоминают значения тока и среднего напряжения в точке подсоединения к контролируемой сети. В начале второго полуцикла изменяют направление тока источника регулируемого постоянного тока, производят аналогичные действия и обрабатывают результаты измерений по формуле, вычисляя величину сопротивления изоляции сети. Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей реализует указанный способ. Устройство содержит блок управления, первый блок управляемого тока, второй блок управляемого тока, блок подсоединения, регулируемый источник напряжения, блок фильтрации, блок измерения тока, блок измерения напряжения, блок вычисления емкости, блок формирования интервалов времени и выходное устройство. Технический результат заключается в уменьшении времени измерения сопротивления изоляции при наличии в контролируемой сети малых емкостей. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма. Способ определения составляющих импеданса биологического объекта состоит в измерении напряжения на биообъекте на границах диапазона, при этом определяют активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), а именно - предельному напряжению и резонансной частоте, которые определяют по двум значениям напряжений на двух фиксированных частотах, являющихся границами диапазона. Из отношения предельного напряжения к резонансной частоте находят предельный ток исследуемой АЧХ, информативные и искомые параметры которой нормируют относительно эталонной АЧХ за счет определения известных составляющих импеданса образцового биологического объекта. Использование изобретения позволяет повысить точности измерения составляющих комплексного сопротивления биообъекта. 4 ил., 1 табл.
Наверх