Устройство для раздельного измеренияпараметров комплексных величин

 

Оп ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 310779 (21) 2803668/18-21

Союз Советских

C оциалистических республик р о845105

® .,(„з

G 01 R 17/06 с присоединением заявки Ио—

Государствеииый комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) УДК 621.317.7

<088.8) Опубликовано 0707.81 Бюллетень N9 25

Дата опубликования описания 10.0781

A. A. Лупачев, I . A. Струнге, В. Д. и А. Л. Ольшанский (72).Авторы изобретения

Тульский политехнический институт (71} Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГС ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ ВЕЛИЧИН

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано .для раздельного измерения параметров комплексных величин, например, при измерении параметров электрических цепей, а также неэлектрических величин с помощью индуктивных и емкостных преобразователей.

Известны устройства, в которых измеряемый сигнал циклически компенсируется пилообразным напряжением; длительность которого соизмерима с полупериодом несущего колебания, причем измерение амплитуды синусоидальной составлякщей заканчивается в тот момент, когда мгновенное значение квадратурной составлякщей равно нулю.

Такой автоматический компенсатор содержит генератор несущего колебания, первичный измерительный преобразо-. ватель, генератор компенсирующего напряжения, формирователь импульсов, электронные ключи, дискретный делитель напряжения, нуль-орган, генера тор образцовой частоты, реверсивный счетчик импульсов, делитель частоты, устройство управления дискретным делителем напряжения, цифровой индикатор Г1 ° 30

В этом устройстве один из выходов генератора несущего колебания соединен через формирователь импульсов с входами электронных ключей, другой

его выход через первичный измерительный преобразователь и нуль-орган также соединен с первым электронным ключом. Генератор импульсов образцовой частоты через первый ключ соединен с одним из входов реверсивного счетчика, а через второй и делитель частоты на два — c другим входом счетчика, выход которого через схему управления соединен с цифровым индикатором и дискретным делителем напряжения.

Вход последнего соединен с индикатором.компенсирующего напряжения, а выход — со входом нуль-органа.

Недостатком этого устройства является сравнительно невысокая точность измерения, обусловленная трудностью формирования компенсирукщего напряжения с заданной максимальной амплитудой, а также довольно большое число шагов (приближений), которое требуется на формирование точного цифрового эквивалента амплитуды сНН фазной составляющеи.

Наиболее близок к предлагаемому устройство для раздельного измерения

845105 параметров комплексных величин, обладающее увеличенным быстродействием и повышеннои точностью измерения по сравнению с первым известным устройством. Оно снабжено кольцевым счетчиком импульсов, вход которого соединен с выходом электронного ключа, а один из выходов кол цевого счетчика импульсов соединен с входом цифрового индикатора; .при этом второй его выход через генератор компенсирующего напряжения подсоединен к входу нульоргана Г2). . Недостатком прототипа является относительно низкое быстродействие изза отсутствия:адаптации к амплитуде измеряемого сигнала и сдвигу его фа- 15 зы относительно полезного сигнала.

Цель изобретения — повышение быстродействия процесса раздельного измерения параметров комплексных величин.

Поставленная цель достигается тем, 2О что в устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин, содержащее генератор несущего колебания, один выход которого через первичный измерительный преобразователь соединен с первым входом нульоргана, второй вход которого соединен с выходом генератора компенсирукщего сигнала, вход которого подключен к выходу счетчика., другой, выход генератора несущего колебания соединен с . формирователем импульсов, генератор импульсов образцовой частоты, выход которого соединен с входом электронного ключа, и цифровой индикатор, введены второй нуль-орган, аналоговый и импульсный элементы временной задержки, блок фиксации фазового сдвига, преобразователь временного интервала в код и управляемый делитель частоты .

При этом первый вход второго нуль- щ органа соединен с выходом первичного измерительного преобразователя, второй его вход через аналоговый элемент задержки - с выходом генератора компенсирующего сигнала. Выход этого

I нуль-органа соединен с первым входом преобразователя временного интервала в код, выход первого нуль-органа соединен соответственно со вторыми входами блока фиксации фазового сдвига и преобразователя временного интервала в код, к третьим входам которых подключен выход реверсивного счетчика.

Первый выход блока фиксации фазового сдвига соединен со вторым входом электронного ключа, выход которого через 55 импульсный элемент временной задержки и управляеьый делитель частоты, управляющий вход которого соединен с выходом преобразователя временного интервала в код, подключен к счетно- . ц му входу реверсивного счетчика.

Вычисление параметров квазиоптимального режима работы в описанном устройстве осуществляется блоком оптимизации по быстродействию, включающим в себя управляеьий делитель частоты и импульсный элемент задержки, путем определения значения весового коэффициента приращения времени запуска компенсирукщих сигналов для последующей итерации. Этот квазиоптимальный весовой коэффициент учитывает первую производную входного сигнала в районе компенсации в данной итерации.

Изменение амплитуды соответствующей составляющей сигнала на выходе первичного измерительного преобразователя осуществляется путем запуска преобразователя напряжения в код последовательного счета, включакщего в себя нуль-орган, генератор компенсирукщего сигнала, блок фиксации фазового сдвига и формирования первой разности момента компенсации измеряемого сигнала первым компенсирукщим сигналом и точкой экстремума, соответствукщей составляющей, измеряемого сигнала, и цифровой индикатор.

Запуск преобразователя напряжения в код осуществляется в моменты времени, определенные блоком оптимизации по быстродействию. Сигнал, вырабатываемый генератором компенсирующего сигнала, может быть линейно-возрастающим или линейно падающим. Информация для работы указанных блоков получается в результате функционирования блока определения производной.

Этот блок включает в себя второй нульорган, аналоговый элемент временной задержки и.преобразователь временного интервала второй разности моментов компенсации измеряемого сигнала первым и вторым компенсирующими сигналами .в код, Второй компенсирующий сигнал образуется путем временной задержки сигнала с выхода генератора компенсирующего сигнала на определенное время аналоговой линией временной з адержки.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для раздельного измерения параметров комплексных величин; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его работы. . Устройство содержит генератор 1 несущего колебания, первичный измерительный преобразователь 2, формирователь импульсов 3, преобразователь 4 напряжения в код последовательного счета (ПНК), блок 5 определения производной, блок б оптимизации по быстродействию, реверсивный счетчик

7. ПНК содержит нуль орган 8, генератор 9 компенсирующего напряжения, блок 10 фиксации фазового сдвига, схему формирования первой разíости момента компенсации измеряемого сигнала первым компенсирующим сигналом и точкой экстремума, цифровой индикатор 1 1. Блок 5 содержит нуль-орган

12, аналоговый элемент временной задержки 13, преобразовател 14 воемен845105 ва. разность моментов запуска компенсирующих сигналов (iiT = Т вЂ” Т также °

1 т постоянна) . Затем регистрируют моменты Т, (° компенсации измеряемого ..

4- ( сигнала каждым из компенсирукщих. Определяют первую разность моментов времен и 9„между моментом Т компенсации измеряемого сигнала первым развертывающим и точкой экстремума синфазной составляющей Т;, т. е.

Т вЂ” ТЗ„ . Значение найденной величины Ч„. сравнивают с наперед заданным значением Е, определяемым иэ условия измерения амплитудного значения синфазной составляющей с погрешностью не более допустимой. При наступлении момента компенсации в зоне допустимой погрешности, т. е.i+„J(g, измерение заканчивается.

- При наступлении момента компенсации вне зоны допустимой погрешности, т ° е.1 ;iи6., измерение амплитудного значения продолжают на основе информации, полученной в этой i-той итерацйи. Для этого определяют вторую (-( разность фаз ь х„моментов Т ° и Т, Ч компенсации измеряемого сигнала первым и вторым компенсирующими сигналами, т. е. Ьх„. = Т вЂ” Т .

Значения моментов запуска Т .+„и

Т.„+„комценсирук(щих сигналов для i +

+ 1-.вой итерации определяют в соответствии с .выражениями (1) и 12), учитыгакицими производную сигнала К в квазиоптимальном коэффициенте(3):

Т ° = T + 4„..Y + В (1)

Т, = Т + Д Т; (2)

1 4.(1+1

Ь

5. « + 1 = дТ)Ь х; (3) Т c/2, при запуске в каждом полупериоде, В

Т, при запуске в одном полупериоде.

В моменты Т + и Т„+„ производят новый запуск компенсирующих сигналов и получают информацию о момента компенсации измеряемого сигнала линейно измеряюшихся в этой !i + 1)-вой итерации, и т. д.

Таким образом, адаптивное изменение коэффициента веса 4„: 1, т ° к. д T д х,, в рекуррентйом уравнении (1) позволяет наилучшим по быстродействию образом определить значение момента запуска компенсирукщих сигналов для последующих итераций и дает возможность приспосабливать итерационный процесс измерения к амплитуде измеряемого сигнала и сдвигу его фазы относительно полезного сигнала за счет использования информации о производной измеряемого сигнала К, в момент компенсации. його интервала второй разности моментов компенсации измеряемого сигнала первым и вторым компенсирующими напряжениями в код. Блок 6 содержит электронный ключ 15, генератор 16, импульсов образцовой частоты импульсный элемент временнои задержки 17 и управляемый делитель частоты 18.

На эпюрах показаны изменения сиглов устройства во времени, где:

А — сигнал несущего (опорного) колебания, одновременно показывает синфазную (полезную) составляющую сигнала Б;

Б — измеряемый, выходной сигнал первичного измерительного преобразователяя;

В - сигнал., соответствующий момен ту времени экстремума синфазной составлянщей сигнала Б;

à — совокупность импульсов, соответствующая четверти периода несуще- 20 го колебания;

Д. — импульсы запуска генератора компенсирукщего сигнала ПНК в i-той интерации;

Е„. — первый компенсирукщий сигнал g5 в i-той итерации;

Ж ° — второй компенсирующий сигнал .

1 в i òoé итерации;

3„" — сигнал, соответствукщий момен.ту равенства измеряемого Б и первого компенсирукщего Е ° сигналов в i òoé итерации;

И вЂ” сигнал, соответствующий моменту кОмпенсации измеряемого Б и второго компенсиру щего Ж1 cHrH oa в 35

i-той итерации;

К„. — сигнал, длительность которого равна первой разности моментов времени в i-той итерации;

Л„ — сигнал, соответствующий знаку первои разности в i-той итерации; 40

M — промодулированный частотой опорйого генератора сигнал К.;

Н вЂ” совокупность импульсов И задержанная на импульсном элементе вРеменной задержки; 45

Π— код, соответствующий второй разнОсти моментов времени В i-той итерации;

П„ — совокупность импульсов, соответствующая квазиоптимальному изменению времени запуска в i Toé итерации;

Р— состояние реверсивного счет1 чика к концу i-той итерации.

Способ измерения рассмотрен применительно к измерению амплитудного

55 значения синфазной составлякщей.

В определенные мОменты времени запускают два компенсирукщих линейноHsMeHHKl!jHxcH сигнала, причем в Момент Т; запускают первый, а в-T 40 второй компенсирующие сигналы (Коэффициенты пропорциональности К компенсирукщих сигналов во времени равны между собой и постоянны на протяжении всего времени работы устройст- 65

845105

П ° = 4.-Н °

1 1 1 (4) Дальнейшая работа устройства происходит аналогично вышеописанному до тех пор, пока амплитуда составляющей не будет измерена с достаточной точностью. При этом блок 10 преобразователя напряжения в код 4 формирует сигнал на вход цифрового инди45 катора 11, несущий информацию об амплитудном значении синфазной составляющей.

Экспериментальные и теоретические

) исследования описанного устройства

Яо показывают, что число итераций Ну для него значительно меньше, чем для прототипа H Зависимость числа итераций, затрачиваемых на измерение максимального амплитудного значения синфазной составлякщей 1„ Г сигнала, с погрешностью О;05% от сдвига фазы измеряемого сигнала относительно опорного, приведейа в таблице.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 несущего колебания вырабатывает сигнал А, питакиций первичный и змерит ель ный преоб раз ователь 2, у которого выходной сигнах

Б жсет информацию об измеряемых величинах. Формирователь импульсов

3 выдает последовательность импульсов Г, число которы;. соответствует четверти периода Т несущего.колебания..При этом первый импульс после (овательности появляется в моменты

Т у Те Т 6 Т э (фиг ° 2) и та де

71 нулевой фазы несущего колебания. Последний импульс последовательности появляется в моменты Т, Т„ „T« (фиг. 2) и т. д. экстремума сигнала A. В моменты Т, Т.19, Т, фиг. 2) формирователь 3 выдает также импульсы В. Импульсы Г считаются реверсивным счетчиком, причем емкость счетчи-ка и частота следования ймпульсов выбирается из условия заполнения последнего за интервал времени Т /4 (в исходном состоянии счетчик обнулен).

В моменты времени Т, Tg, T >, Т, (фиг. 2) счетчик 7 переполняется, запуская генератор компенсирующего сигнала 9 преобразователя напряжения в код 4. При этом начинается .компенсация сигнала Б сигналом Е.

Компенсирующий сигнал E„ подается в блок 5 определения производной,, в котором преобразуются в сигнал Ж„ путем временной задержки на величийу Т аналогового элемента 13. Сигнал

Ж„. также компенсирует измеряемый сйгнал Б. В моменты,.Т4, Т„„, Т,„> равенства измеряемого напряжения Б компенсирукщему Е„ (фиг. 2) вырабатывается сигнал 3„, а компенсирукхцему Ж„- (моменты Т -, Т „, . Т .1 — И„) .

Разность К ° моментов времени появле1 ния импульсов В и 3„ (Ц„Т „

Т8 ) фиксируется блоком 10, который определяет и знак 3I этой разности, причем значение сигнала Л, равно еди нице при а 1 и нулю при з. -1, 1 1 где а sign (T — Тв ) .

Разность моментов времени появления импульсов 3„ и И „ (фх„ Т „ — Т4 преобразуется в код О„ преобразова телем 14 блока 5 определения произв,одной.

Первая разность К поступает на вход электронного ключа 15 блока 6 .оптимизации по быстродействию, где модулируется сигнаяом:с частотой вырабатываемым генератором 16. С вых да электронного ключа .15 последовательность импульсов М подается на импульсный элемент задержки 17, на выходе которого импульсы Н„ появляются В моменты Ть Т,д4» Т (фиг ° 2) через интервал времени, равный максимально возможной величине первой разности, порядка Т/8; и поступают на управляемый делитель частоты 18.

Управляемый делитель частоты 18 преобразует последовательность импульсов Н„ (идентичнyr. М-) в последовательность импульсов П под воздействием кода "О" с блока 5 определения производной, согласно выражениям (4) и (3):

Импульсы П„. подсчитываются реверсивным счетчиком 7, режим работы которого задается сигналом Л,. со знакового выхода блока 10. Следовательно, к концу i--той. итерации состояние

Р; реверсивного счетчика определяется выражением:

P. =,Р. + а.-П. (5)

1-.1 1

На этом i-тая итерация заканчиваИ ется.

В следукщей (i + 1)-вом полупериоде несущего колебания (i + 1)-вой итерации на суммирующий вход реверсивного счетчика 7 поступает послеЯ довательность импульсов Г;, . Реверсивный счетчик 7 в некоторйй момент

То„ (моменты Т; Тд, Т„Т, Т . переполняются, образуя при этом импульс

Д . . Он запускает генератор 9 ком1 хц пенсирующего сигнала В (i + 1)-аой итерации и устанавливает в нулевое состояние блок 10 формирования первой разности и преобразователь 14 второй разности. По окончании счет а импульсов последовательности Г;,„ реверсивный счетчик остается в состоянии Р„

6© Таким. образом, данные таблицы подтверждают достижение поставленной целиг предлагаемое устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин выполняет измерение

Я .в 2,5-5 раэ быстрее прототипа.

845105

Зависимость числа итераций от сдвига фазы

Чисо итераций для проИ тотипа 10

13 15 17

Число итера" ций Н для заявляемого . устройства 4

3 3

Формула изобретения 15

Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин, содержащее генератор несущего колебания, один выход которого через пер- Щ вичный измерительный преобразователь соединен с первым входом нуль-органа, ко второму входу которого подсоединен выход генератора компенсирующего сигнала, вход которого подключен к выходу счетчика„другои выход генератора несущего колебания соединен с формирователем импульсов, ген ератор импульсов образцовой частоты, выход которого соединен с входом электрон- ® ного ключа, и цифровой индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения быстродействия процесса раздельного измерения параметров комплексных величин, в него введены второй нуль-орган, аналоговый и импульсный элементы временной задержки, блок фиксации фазового сдвига, преобразователь временного интервала в код и управляемый делитель чатоты, причем первый вход второго нульоргана соединен с выходом первичного измерительного преобразователя, а второй его вход через аналоговый элемент. задержки соединен с выходом генератора компенсирукщего сигнала, выход второго нуль-органа соединен с первым входом преобразователя временного интервала в код, а выход первого нуль-органа соединен соответственно со вторьэы входами блока фиксации фазового сдвига и преобразователя временного интервала в код, к третьим входам которых подключен выход реверсивного счетчика, первый выход блока фиксации фазового сдвига соединен со вторым входом электронного ключа, выход которого через им- . пульсный элемент временной задержки и управляемый делитель частоты, управляющйй вход которого соединен с выходом преобразователя временного интервала в код, подключен к счетному входу реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 310185, кл. G 01 R 17/06, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

)Ф 521522, кл. G R 17/06, 1975 (прототип).

845105

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4j5 Заказ 4137/3

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

Составитель И. Бахтина

Редактор Б. Федотов Техред С. Мигунова Корректор H. Швыдкая