Цифровой измеритель комплексных параметров напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.0677(21) 2491315/18-21

Союз Советских

Социалистических

Республик

<п711480 (51)М. Кл. с присоединением заявки Hо

G R 17/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) 4)(621.3 17. 7. .083(088.8) Опубликовано 250180. Бюллетень йо 3

Дата опубликования описания 250180 (72) Авторы

ИЗОбрЕТЕНИЯ A. А. Бабий, Н. И. Грибок, С .С . Обозовский и С .С. Ткаченко (71) ЗаяВИтЕЛЬ Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт радиоэлектронной медицинской аппаратуры (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОМПЛЕКС НЦХ ПАРАМЕТРОВ

НАПРЯЖЕНИЯ

Его недостатком является недоста" точно высокая точность и ограниченИзобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения комплексных параметров биологической ткани.

Известен цифровой прямоугольнокоординатный компенсатор, который содержит усилитель, дискретный делитель, фазочувствительный выпрямитель, источник синфазного и квадратур ного коммутирукщих напряжений, переключатель, источник опорного напряжения, устройство сравнения и устройство управления (1) .

Недостатком его является то, что точность этого компенсатора зависит

-от метрологических характеристик фазочувствительного выпрямителя и стабильности 90 -градусного фазового сдвига, обеспечиваемого фазосдвигающей цепочкой в источнике коммутирую- 20 щих напряжений при измерении квадратурной составлякщей. При использовании интегратора в качестве фаэочувствительного выпрямителя требуется усреднение его выходного напряжения за время интегрирования. В противном случае измерение возможны только на фиксированной частоте, при отклоненниях от которой возникает значительная погрешность.

Известен также цифровой измеритель комплексных параметров напряжения, содержащий генератор счетных импульсов, аналоговый квадратор, элементы

И, элемент ИЛИ, счетчик импульсов, реверсивный счетчик и счетчик результата, селектор, блок управления, генератор переменного тока, ключи, интегратор, сравнивакщее устройство, источник опорного напряжения, выход генератора переменного тока связан со входом исследуемого объекта, выход которого подключен к сигнальному входу первого ключа, который по выходу связан с выходом второго ключа и входом интегратора, выход которого подключен ко входу источника опорного напряжения и входу устройства сравнения, которое по ,выходу связано со входом блока управления, а третий вход — с выходом генератора счетных импульсов, выход источника опорного напряжения связан со входом второго ключа, причем входы управления ключей соединены с соответствуквцими выходами блока. управления (2).

7 11 480 ные .функциональные возможности из -за невозможности измерения tg J исследуемой цепи.

Поставленной цели добиваются за счет того, что в. цифровой измеритель комплексных параметров напряжения, содержащий генератор счетных импульсов, счетчик, селектор, блок управления, генератор переменного тока, аналоговый квадратор,два ключа, интегратор, сравнивающее устройство, источник опорного напряжения, выход генератора переменного тока связан со входом блока управления, входом аналогового квадратора и входом исследуемого объекта, выход которого подключен к сигнальному входу первого ключа, выходы обоих ключей соединены со входом интегра> тора, выход которого подключен ко входу источника опорного напряжения и входу устройства сравнения, выход которого соединен со входом блока управления, выход блока управления соединен со входом селектора, выход которого соединен со входом счетчика., а второй вход селектора соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход источника опорного напряжения соединен со входом второго ключа, причем входы управления ключей соединены с соответствующими выходами блока .. управления, введены два элемента И, элемент ИЛЙ, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, вход которого соединен со вторым выходом селектора, а информационные выходы счетчика результата подключены к первым . входам элемента И, вторые входы которых соединены с информационными выходами счетчика импульсов, а выходы через элемент ИЛИ соединены суммирукщжл входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к третьему выходу селектора, а выход связан со входом управления селектора, четвертый вход которого соединен с устройством сравнения.

Схема устройства представлена на фиг.l, а временные диаграммы на фиг.2. устройство содержит ключ 1, источник 2 опорного напряжения, генератор

3 переменного тока, исследуемый объект 4, ключ 5, интегратор 6, устройство 7 сравнения, аналоговый квадратор 8, блок 9 управления, селектор 10, счетччк 11 импульсов, генератор.l2 счетных импульсов, элементы 13 И, элемент 14 ИЛИ рев ерсив ный счетчик 1 5, счетчик результата 1 6.

Выход генератора 3 переменного тока соединен со входом исследуемого объекта 4 и входами блока 9 управления и аналогового квадратора 8, выход которого также соединен со

1 входом блока 9 управления, один выход которого соединен со входом управления ключа 5, сигнальный вход которого соединен с выходом объекта

4 исследования, а выход — со входом интегратора 6 и выходом ключа 1, управляющий вход которого соединен с выходом блока 9 управления, а сигнальный вход — с выходом источника

2 опорного напряжения, вход управления которого связан с выходом интегратора 6 и входом устройства 7 сравнения, а выход его соединен со входом блока 9 управления и входом селектора 10, другие входы его соединены с выходом блока 9 управления

ТОщсоьЧ -(Т T отсюда, 4 з- п.ц — ) )ху, и выходом генератора 12 счетных импульсов, а выходы связаны со входами счетчиков 11. 16 и реверсивного счетчика 15, выход которого соединен ,со входом селектора 10. Информационные выходы счетчиков 11, 16 связаны со входами элементов 13 И схем, выходы которых через элемент 14 ИЛИ собирания подключены ко входу реверсивного счетчика 15.

В исходном состоянии счетчики

11, 15, 16 находятся в нулевом состоянии, а ключи 1 и 5 закрыты.

При измерении синфазной состав30 ляющей сигнал Ll (4) снимаемый с выхода исследуемого объекта, интегрируется в течение промежутка времени, равного полупериоду Т/2 колебаний выходного напряжения

35 генератора 3 переменного тока. Для этого в блоке 9 управления формируется сигнал времени 1 -1О =Т! (фиг .2в) на время которого сигналом с блока

9 открывается ключ 5. К моменту (фир.2 в,г) напряжение на выходе интегратора 6 определяется следующим выражением:

О = — -" - сов Ч (1)

T.U

ИНТ. 3 И . где à — постоянная времени интегрирования; Т, 0 „ — соотве1ственно

- период и амплитуда колебаний иссле-: дуемого сигнала; Ч - угол сдвига фаз между вектором измеряемого напряжения и осью абсцисс.

Полярность опорного напряженияОО источника 2 выбирается противоположной полярности напряжения (1) в момен . 9 окончания первого такта интегрирования.

Во втором такте интегрирования (ключ 5 закрыт, а ключ 1 открыт) напряжение U интегрируется до момента т4 (фиг.2 г), когда

TU И t4.

И С вЂ” "совам+ S а,=О (21

711480 поступившие с выходов селектора 10 „ где Хо — частота следования импуль сов генератора 12. По сигналу с выхоца устройства 7 со второго выхода селектора 10 на вход счетчика 16 поступают I:"1пульсы с частоTGÉ следО- gp н ниЯ Сч-тч . к 1 . Зле 1енты 13 И, элеме нт 1 4 Или и сч ET HK 1 6 Образуют

ДВОИЧНЫЙ УМНОл(ИТЕЛЬ Ча.Стоть1 „1103TGI I« частота импульсов на выходе схемы

14 определяется выражением. 25 Хо и IS) о где No- информационная емкость счетчиков 11 и 16.

С приходом на =умм -;p„ ащий вход рЕЬЕрсивНОГО СЧЕТЧИКа 15 С НЫХОда схемы 4 z (с --„ >j ыяпульсон " частотой следОва.ния j,,он перепОлняется и сигналом переполнения закрывает

> селектор 10. На вход счетчика импуль- 5 сы с частотой следования гостулают ь течение нремени

Т

Ь;-,= „„() Т (9)

3 о 4. -, („- .-- 6 ) (.Ь вЂ” 4 i, I "ч

Код числа,: зафиксированный в счетчике

16, определяется выражением:

И =И. " -.= и =и < )" 45 О T)2 О о П2

2Я КТ 4Е Н.

1 ) к И Ти Х Ооп ъ11 е

Зна..=-; I=- =.:,:. я фаз ной составляющей 5О опредеяится выражением:.1)о (8)

И„ . З Ь

Нз,гниение;.в адра турной составляю- Я щей U основано на интегрировании напряжения(3 "-11ч (О..(=+ %) в течение времени, равного 31/4,- начало которого определяется моментом Т/8,а конец

7Т/8 сигнала 0Ю генератора 1. При зтом напряжение Ii=. выходе интегратора определяется выражением:

",12)

Ч Vo П

ХЧ 4ИО

B случае измерения значения tg Ч исследуемого объекта осуществляется квантование лишь длительности второго

65 такта интегрирования. При преобразоUMT

))< )2 4п где 1) = z он"- действующее значение синфаз ной составляющей исследуемого сигнала.

В момент t4 срабатывает устройст) во 7, которое закрывает селектор 10 и подает сигнал окончания интегрирования в блок 9. Эа нремя плительности Т/2 первого такта интегрирования в счетчике 11 зафиксируется число импульсоь И. =f. Т(й,, (3),. а в реверсивном счетчике 15 по вычитающему входу,Цля выделения моментов качала и койца интегрирования напряжение

ЩМ )=(),-,911ч Ж1с псступает на ВхОд аналогового квадратора 8, выходное напряжение которого ц, „н Зкр()=О Ю= 2 2 cos2ж1 А

Из сигнала - — — CoS 2ии ъ блок 9 форИо мирует импульс, начало которого (момент Ч на фиг.2 б) соответствует моменту Т/8 колебаний 0(т), а конец (Момент на фиг.2 б) — 7Т/8 колебаний ОЦЗ . Длительность импульса

ЗТ/4 ояределяет время открытого состояния ключа 5 Дальше работа схемы аналогична ее работе при измерении синфазной составляющей.

Момент окончания второго такта интегрирования (момент на фиг.2 е) определяется следующим образом: .1 ти у. 8чиq+ — IUGÌ=а

Ь, Отсюда длит ель н Ость В тОрОГО TB к та где О .1= . — — МчЧ вЂ” действующее значение квадратурной составляющей.

На время длительности первого такта интегрирования на вход счетчика 11 поступит число импульсов а при окончании второго такта интегрировани""* н реверсивном счетчике 15 за— фиксируется дополнительный код числа

Дальше, как и при измерении синфаз— ной составляющей напряжения, со второго выхода селектора 10 на вход счетчика 16 поступают импульсы до момента равенства нулю кода в счетчи— ке 15, При зтом в счетчике 16 зафиксируется код числа " о

К =-% 2.= = 1.1 (Н) о 4 3Ц П «-Ч о но пропорционального значению квадратурной составляющей которое определяется выражением:

711480 вании синфазной составляющей 0 z в счетчике 11 зафиксируется код числа

1 ) уо г2 т (1 3)

5 Q 4 Ъ U Tl хX о а при преобразовании квадратурной составляющей 0 < в реверсивном счетчике 15 — дополнительный код числа

10. До момента обнуления реверсивного счетчика 15 в счетчике 16 зафик-. сируется код числа

Таким образом, измерение синфазной и квадратурной составпяющих напряжения обеспечено без применения фаэосдвигающих цепей, что позволило значительно повысить точность измерения в широком частотном диапазоне. На результат преобразования не влияет частота исследуемых колебаний, а также нестабильность частоты генератора .счетных импульсов и постоянной времени интегрирования. Их стабильность требуется обеспечить лишь на время аналогоцифрового преобразования. Одновременно расширены функциональные возможности устройства за счет измерения

4g 9 исследуемой цепи.

Формула изобретения

Цифровой измеритель комплексных параметров напряжения, содержащий генератор счетных импульсов, счетчик, . селектор, блок управления, генератор переменного тока, аналоговый квадратор, два ключа, интегратор, устройство сравнения, источник опорного напряжения, выход генератора переменного тока связан со входом блока управления, входом аналогового квадратора и входом исследуемого объекта, выход которого подключен к сигнальному входу первого ключа, выходы обоих ключей соединены со входом интегратора, выход которого подключен ко входу источника опорного напряжения и входу устройства сравнения, выход которого соединен со входом блока управления, выход блока управ— ления соединен со входом селектора, выход которого соединен со входом счетчика, а второй вход селектора соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход источника опорного напряжения соединен со входом второго ключа, причем входы управления ключей соединены с соответствующими выходами блока управления, один из входов которого подключен к выходу аналогового квадратора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности при расширении функциональных возможностей, в него введены элементы И, элемент ИЛИ ре— версивный счетчик, счетчик импульсов, вход которого соединен со вторым выходом селектора, а информационные выходы счетчика результата подключены к первым входам элементов И, вторые входы которых соединены с инфор.мационными выходами счетчика импуль30 сов, а выходы через элемент ИЛИ сое- . динены с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход кото-. рого подключен к третьему выходу селектора, а выход связан со входом

35 управления селектора, четвертый вход которого соединен с устройствсм сравнения непосредственно.

Источники информации, 4g принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9457037, кл.501 R 17/06, 1972.

2..Авторское свидетельство СССР по заявке 92452537/21,кл.G 01 R 17/06, 14.02.77.

711480

Составитель И. Бахтина

TeõÐeÀ Н. Ковалева : Корректор Я. Веселовска я

Редактор Д.Милитеев

Филиал -ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9002/32 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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