Способ измерения синфазной составляющей периодического напряжения на фоне квадратурной помехи и устройство для его реализации

 

Союз Советских

Социалнстичеаких

Республнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ СВИ ЕТЕЯЬСТВУ (i<>742808 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 25. 01. 74 (21) 1992391/18-21 (51)M. Кл. с присоединением заявки № (23) Приоритет

G 01 R 19/00

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 250680. Ьюллете b ¹ 23 (53) УДК 621. 317. .7(088.8) Дата опубликования описания 25.0680 (72) Авторы изобретения

Т.М. Алиев, И.Л. Шайн н Г.М. Цоглин

Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИНФАЗНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

ПЕРИОДИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ФОНЕ КВАДРАТУРНОЙ

ПОМЕХИ И УСТРОЙС ТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано прн измерениях синфазной составляющей синусоидального напряжения при наличии квадратурной помехи. Такая задача возникает, в частности, при контроле за работой электромагнитного расходомера, синусоидальное выходное напряжение которого содержит как полезную (несущую информацию) синфазную составляющую, так и квадратурную помеху.

Известен способ измерения синфазной составляющей периодического напряжения на фоне квадратурной помехи, основанный на сравнении эталонного развертывающего сформированного путем модулирования пилообразным напряжением синусоидального напряжения постоянной амплитуды с измеряемым напряжением, а также автокомпенсационное устройство для реализации способа измерения синфазной составляющей периодического напряжения на фоне квадратурной помехи, содержащее. последовательно соединенные элемент сравнения, генератор эталонного развертывающего напряжения, триггер, один из входов кото:рого подключен к одному из выходов элемента сравнения, причем к этому же выходу элемента сравнения подключены последовательно соединенные первый вентиль, блок управления и счетчик, связанный также с другим входом триггера и выходом второго вентиля, связанного с генератором частоты j1) .

Согласно известному способу производится сравнение измеряемого напряжения с эталонным развертывающим, представляющим собой промодулированное с помощью линейно возрастающего напряжения синусоидальное напряжение постоянной амплитуды.Эталонное напряжение имеет вид

« )эм

20 0 "- toÌ t.

Э где U — максимальное значение модузт лирукщего напряжения, То — время развертки;

2з t — время;

Lu — круговая частота несущей и измеряемого напряжения, причем величина 0э„ изменяется при каждом преобразовании. Последние же

Зр продолжаются до тех пор, пока сравнеоткуда видно, что синфазная сост.авляющая пропорциональна интервалу времени gt от момента запуска развертки до момента сравнения, если

Т последнее происходит при

4"

Таким образом, изменяя момент начала развертки с, производя каждый раз сравнение Бэ и U и сопоставляя момент сравнения t с моментом

T — можно определить такое t< при котором сравнение происходит при

Т

1-—

Искомая величина U определяется по формуле (4) .

Изменение со осуществляется по одному из известных детерминированных алгоритмов, однако возможно использование итерационного алгоритма, к которому можно прийти следующим путем.

Обозначим через to то значение момента запуска to, при котором имеет место равенство (4) Тр 4

Отсюда хс

t =--—

c 4 Оз„/тр

1 ние не произойдет в момент

t 4 2<О Сиифазная составляющая измеряемого напряжения будет пропорциональна величине Ug при по ледней развертке.

Изменение величины Uy может осуществляться по определенному алгоритму, например последовательному счетному или поразрядному.

Быстродействие этих алгоритмов огранйчено числом дискретных делений или числом разрядов. 1О

Кроме того, точность измерения при этом способе определяется точностью

Т фиксации момента t =»ч, точностью форми-. рования эталонных напряжений, быстродействием сравнивающего устройства.

Цель изобретения — повышение точности измерения. ,цля достижения этой цели согласно способу измерения синфазной составляющей периодического напряжения на фоне квадратурной помехи, основанном на сравнении эталонного развертывающегО сформированного путем модулирования пилообразным напряжением синусоидального напряжения постоянной 25 амплитуды с измеряемым напряжением, начало формирования эталонного развертывающего напряжения сдвигают от момента, при котором квадратурная по-. меха равна нулю„ на величину интер- 30 вала времени между началом формирования эталонного развертывающего напряжения и моментом равенства его с измеряемым напряжением в предыдущем такте сравнения, причем указанный 35 сдвнг момента начала формирования эталонного развертывающего напряже- 6 ния продолжают до тех пор, пока сравнение не произойдет s момент времени Т/4.

Кроме того, в автокомпенсационное устройство для реализации способа измерения синфазной составляющей периодического напряжения на фоне квадратурной помехи, содержащее последовательно соединенные элемент 45 сравнения, генератор эталонного развертывающего напряжения, триггер, один из входов которого подключен к одному из выходов элемента сравнения, причем к этому же выходу эле- 50 мента сравнения подключены последоватедьно соединенные первый вентиль, блок управления и счетчик, связанный также с другим входом триггера и выходом второго вентили, связанного с генератором частоты, введены второй триггер и элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу второго вентиля, первый вход — к выходу триггера, второй вход -- к выходу второго триггера, первый вход которого соединен с блоком управления, а второй вход — co счетчиком.

При сравнении измеряемого синусоидалЬного напряжения с эталонным развертывающим напряжением, формируемым так же, как и в йзвестном устройстве, с тем отличием„ что кажцый раз изменяется момент начала развертки, причем это изменение осуществляется итерационно до тех пор, пока сравнение не произойдет в момент времени t= величина U зм

Т

1 е остается постоянной.

Измеряемое напряжение имеет вид

U =U еМи» л-(3 сс» о» с

И»t,CA ус1 1 где U<< — амплитуцное значение син-. фазной составляющей;

U>> — амплитудное значение квадратурной помехи

Эталонное развертывающее напряжение выражается формулой

u = (<- Ь ., 0

3 Тр где to — момент начала развертки для момента сравнения t = t >, О к = U

Приравняв (1) и (2) „получаем

w ж + О сов .с» А СМ ср жн (" ) ср

Т р,ср С»

Если сравнение происходит в момент t=t =-, то равенство (3) приТ

СР 4 нимает вид

742808 Если t = с" ф t+, то уравнение (3) можно записать в виде

e ii 2-с, +С2 асо i cp= (1 t, )зю t; или, поделив на .iinmtcp

B пооледнем равенстве 0 п2 равно ве0 ау (ср - t ) с погрешностью

Тр

Uycxct9 cp Если в выражение (5) подставить это определенное с погрешностью значение U„, то получается величина момента запуска которая отличается от величины

Однако легко можно показать, что всегда отличается от t меньше, .чем со

Производя сравнение 0и и U при

t и проделывая аналогичные описанным операции, получаем значения момента запуска t, при каждом преобразовании приближающиеся к

f со

На фиг. 1 представлена временная диаграмма процесса измерения; на фиг. 2 — графики зависимости числа циклов измерения от величины синфазной составляющей и квадратурной помехи, на фиг. 3 — блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг. 4 — временные диагралмы работы блоков, на фиг. 5 — графики, характеризующие быстродействие устройства.

Способ состоит в следующем (при описании, с целью упрощения, отсчет времени в каждом цикле начинается не с моментов, кратных периоду измеряемого напряжения: О,T,2Т...,а с момента сО, соответствующего моменту перехода сичфаэной составляющей через ноль).

В первом цикле сравнения измеряемое напряжение (1) сравнивается с развертывающим (2), запускаемым в мент t02 = 0

0 м

U * — t ° s! ntot е тр

Сравнение U < и Uэ наступает в момент времени. type т. е. интервал времени от момента запуска развертки до момента сравнения будет

ССРЯ СОЛ = ССР 2

Если с 4, то момент запуска разT вертки при втором цикле преобразоваТ ния определяется,как 4 — и с„, т е.

Т со2 «4 (срс о2) с после чего производится второй цикл сравнения и т.д.

Для i-ого цикла момент запуска определяется с, . - ф

:Т а д (a(-а1 o(;-Л где t (2 «) — момент запуска развертки в (i-2)-ом цикле; (i-q)- момент сравнения в (l - 2 ) -ом цикле.

Наконец, при и-ом цикле сравнеТ

10 ние происходит в момент с ссР 4

Приравняв (i) и (2), получаем: эм /Т

Тр где соп- момент запуска развертки в и-ом цикле т.

Т / -t

«(»- 1 o(-iI)

Таким образом, величина 0ла пропорциональна интервалу времени от момента запуска развертки до момента сравнения, если последнее происходит при с = Т/4 аналогично (4).

Точность фиксации момента t=T/4 и быстродействие сравнивающего устройства в меньшей мере сказывается на точности измерений по сравнению с известным. Кроме того, отпадает необходимость в формировании набора эталонных напряжений.

На фиг.2 приведены графики зависимости числа циклов измерения от относительной величины синфазной составляющей (отношения ) для разОла .

0 хм

35 личных относительных величин квадратурной помехи (отношения ) где

U và

0хм

U х,д — максимальная. амплитуда синфазной составляющей, причем фиг. 2а со40 ответствует случаю приведенной погрешности измерения g = 0,1%, а фиг. 2б — случаю я = 0,5Ъ. Для сравнения пунктиром показано число циклов при поразрядном вводе эталон45

Эти графики построены по результа там моделирования описанного способа на ЭЦВМ "Минск-22". Значение U лл эа- э «Т давалось Равным величине 0х„„, а Тр4

50 5 см.

Из графиков видно, что при относительной величине квадратурной помехи — 0,7 во всем диапазоне измеряе55 "хм

0ла мых значений 0 а (— =0-1 ) число @HxXO 0 = лов меньше, чем в случае поразрядного ввода, причем это число уменьшается как с уменьшением 0 2 (ДлЯ

60 данного U а), так и с увеличением 0хо2 (для данного 0„а), т.е. с увеличением

0 ха отношения сигнал-помеха †. Для слу à чая Uxä - 0х п2, а для случая

65 0лэ 0 и 2.

742808

Таким образом,способ позволяет по-высить быстродействие при измерении синфазной составляющей синусоидального напряжения на фоне квадратурной помехи.

Устройство для реализации способа содержит элемент 1 сравнения, генератор 2 эт>лонного напряжения, первый триггер 3, вентиль 4, блок 5 управления, счетчик б, второй триггер 7, элемент ИЛИ 8, вентиль 9, генератор

10 частоты., Работа устройства основана на сравнении входного напряжения вида (2) 30 или

В последней формуле измеряемая сннфазная составляющая определяется интерналом времени (t i> -to) с погрешностью, вызванной наличием слагаемого Оус,сс9шсср . ОДнако пРи выполнении условия с =Т/4 независимо от величины U. U определяется по формуле

U = к(т/4- о) (3) т.е. не зависит от Оус>. Выполнения указанного условия можно добиться изменением tp н каждом цикле преобразонания, н которых осуществляется сопоставление t p и Т/4. В формулу (3) нужно подставить значение to в том цикле, когда сср и T/4 совгадут.

РЕгулировка t z может осуществляться по известным детерминированным алгоритмам, не обеспечивающим однако достаточно высокого быстродействия.

В предложенном устройстве использОнан итерационный алгоритм изменения О, по которому н каждом последующем (i+1)-oì цикле сд{; л) определяется по формуле о(i ) >/ (ср> О

50 — — Т/4 — 5, = Т/4 ("срл "ол )

1 что соответствует моменту запуска, определяемому по формуле (4)

55 t, = т/4 — (tñp„- t o4)

В момент перехода счетчика б через ноль импульс с его выхода устанавливает триггер 7 в исходное состояние, а триггер 3 э единичное.

60 Запускается генератор 2, вырабатывающий напря>кение

U = K(t-1 )sinwt

9 2

В момент сравнения срыв счетчике за65 писывается число и > = 6(сср -tл> )и т.д.

)Ое>лм t удсо ш>(>>) в»>к > с» где 0 — измеряемая синфазная сосWO . танляющая, 0,>п — квадратурная помеха; о> — круговая частота; — время, с вырабатываемым генератором 2 эталонным развертывающим напряжением

K(t t<)sin(dt где К вЂ” .постоянный коэффициент;

to — момент запуска U э, Для момента сравнения t (1) иср (2) можно записать

>> sin mt + >.> со wt ср

К(t „ t )e1 где t — момент сравнения в 1-ом

C(» цикле;

С вЂ” момент запуска в i-ом цикле.

Работает устройстно следующим об разом (при описании с целью упрощения отсчет времени в каждом цикле начинается не с моментон, кратных периоду измеряемого напряжения: О,Т, ZT...,а с момента t=O, соотнетствующего моменту перехода синфаэной составляющей через ноль). л0 В первом цикле сравнения н момент времени t=-,>Л=О на выходе б формирует импульс, устананлинающий счетчик 5 в ноль. Последний выдает импульс, устанавливающий триггер 3 в единичное состояние, в результате чего запускается генератор 2 эталонного напряжения. его напряжение, имеющее нид

=К(t -t )ьпиЯ -к вin t эл ол

20 сравнивается с измеряемым.

В момент сравнения р„схема сравнения генерирует импульс, возвращающий триггер 3 в исходное состояние.

В течение времени д триггер 3 отпирает вентиль 9 и на вход счетчи> а б от генератора 10 образцовой частоты поступают импульсы. Их число

N„=g д1„- 1Ъ р „, . где f — частота импульсов генератора 10.

B момент времени t=T/4 формируется короткий импульс, отпирающий вентиль

4. Если импульс элемента 1 сравнения не совпадает с ним, т.е. t. р .Ф Т/4, 3 н следующий момент t=O, импульс устанавливает триггер 7 в единичное состояние. При этом отпирается вентиль

9, и импульсы генератора 10 начинают поступать на счетный вход счетчика б.

Если емкость счетчика составляет

N с> = ° Т/4, то, учитывая, что число, хранящееся в нем М< = Гдtл, в нулевое состояние счетчик устанавливается, когда на его вход поступает

N o»;< N< =f(T/4 b,t() импульсов

Отсюда время от начала счета до момента установки в ноль составляет 42аов

35

Фиаt

В и-ом цикле ор„= Т/4. При этом импульс элемента 1 сравнения совпадает с коротким импульсом и, пройдя через вентиль 4, блокирует блок 5 управления. Измерение окончено.Искомая синфазная составляющая опреде- 5 ляется:

М

О =v,(t/4- )= — = — М ъ К хо on q g п т.е. она пропорциональна числу, записанному в счетчик по окончании послед о него цикла.

Формула изобретения

1. Способ измерения синфазной сос- тавляющей периодического напряжения на фоне квадратурной помехи, основанный на сравнении эталонного развертывающего сформированного путем модулирования пилообразным напряжением 20 синусоидального напряжения постоянной амплитуды с измеряемым напряжением, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, начало формирования эталонного раз- 25 вертывающего напряжения сдвигают от момента, при котором квадратурная помеха равна нулю, на величину интервала времени между началом формирования эталонного развертывающего напря- 3р жения и моментом равенства его с измеряемым напряжением в предыдущем такте сравнения, причем, вышеуказанный сдвиг момента начала формирования эталонного развертывающего напряжения продолжают до тех пор, пока сравнение не произойдет в момент времени Т/4.

2. Автокомпенсационное устройство для реализации способа по п.1, содержащее последовательно соединенные элемент сравнения, генератор эталонного развертывающеro напряжения, триггер, один из входов которого подключен к одному из выходов элемента сравнения, причем к этому же выходу элемента сравнения подключены последовательно соединенные первый вентиль, блок управления и счетчик,связанный также с другим входом триггера и выходом второго вентиля, связанного с генератором частоты, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй триггер и элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу второго вентиля, первый вход — к выходу триггера, второй вход — к выходу второго триггера, первый вход которого соединен с блоком управления, а второй вход — co счетчиком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР,.

P 309306, кл. G 01 R 17/02, 1969.

742808

"sz

»«

««

»«

Ид

n I aa uu У / ПНИИПИ . Заказ 5029

Ф Тираж 1019 Подписное филиал ППП Патент, г Ужгород, ул. Проектная,4 иа

« т 4

«ср<

4! 12 И 04 дю д

ФигХ

e)

< ап 4pn « <

1 «1«