Способ преобразования отношения синфазной (квадратурной) составляющей информационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу (его варианты)

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВ ЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и951155

Союз Советских

Социалксткческкк

Республик (61) Дополнительное к авт. свкд-ву (22) Заявлено 01.08.80 (21) 2969283/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5! рм. кл.

6 01 R 17!10

9мударствгниый комитет

СССР аа лолам изооретеиий и открытий

Опубликовано 15.08.82. Бюллетень М 30

Дата опубликования описания 15.08.82 (53Р УДК 621.317. .733 (088.8) f

°м ьРФю!:;:: (72) Авторы изобретения

В. В. Ососков, А. Ф. Прокунцев, В. Н. Чорноус

%1 J ° . f (7I) Заявитель

Пензенский завод-вгуз при заводе ВЭМ, филиал Пе политехнического института (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИНФАЗНОЙ (КВАДРАТУРНОЙ) СОСТАВЛЯВШЕЙ ИНФОРМАЦИОННОГО ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА

К ОПОРНОМУ ГАРМОНИЧЕСКОМУ СИГНАЛУ (ЕГО ВАРИАНТЫ) 1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для преобразования отношений составляющих информационного гармонического сигнала к опорному сигналу в активные величины.

Известен способ преобразования отношения одной из составляющих информационного гармонического сигнала к амплитудному значению опорного гармонического сиг нала, заключающийся в том, что формируют первый дополнительный сигнал, пропорциональный проекции вектора информационного гармонического сигнала на вектор опорного гармонического сигнала, определяют отношение этого вектора к амплитудному значению опорного гармонического сигнала. При прес& разовании второй составляющей информационного гармонического сигнала фазу вектора гармонического сигнала поворачивают на K/2 формируют ситнал, пропорциональный проекции вектора информационного гармонического сигнала на повернутый вектор опорного гармонического сигнала, определяют отношение этого сигнала к опорному гармоническому сигналу (1).

Недостатками известного способа являются низкая точность и быстродействие получения информации об абсолютном значении преобразуемого отношения в виде активного сигнала (например, длительность импульса или уровень) из-за отсутствия точных аналоговых делителей.

Наиболее близким по технической сущное

1О ти к изобретению является способ преобразования отношения изменения одной из составляющих информационного гармонического сигнала к амплитудному значению опорного гармонического сигнала, заключаю15 щийся в том, что формируют первый дополнительный сигнал, пропорциональный проекции вектора информационного гармонического сигнала на вектор опорного гармонического сигнала, формируют второй дополнительный сигнал, пропорциональный разности абсолютного значения опорного гармоничес. кого сигнала с первым дополнительным сигналом, определяют отношение разностноз 9511 го сигнала к абсолютному значению опор ного гармонического сигнала, по значению которого судят о величине измеряемой составляющей, При преобразовании второй составляющей информационного гармонического сигнала фазу вектора опорного гарМонического сигнала поворачивают на+К/2, формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный проекции вектора информационного гармонического сигнала на 10 повернутый вектор опорного гармонического сигнала, формируют пятый дополнительный сигнал, пропорциональный разности абсолютного значения опорного гармоническо. го сигнала с четвертым дополнительным сит калом, определяют отношения пятого дополнительного сигнала к опорному гармоническому сигналу, по значению которого судят о величине изменения измеряемой составляющей (2j

Недостатком известного способа является низкая точность получения информации об изменении абсолютного значения преобразуемого отношения в виде активного сигнала из-за отсутствия точных аналоговых делите25 лей.

Цель изобретения — повышение точности преобразования отношения синфазной (квадратурной составляющей информационного гармонического сигнала к опорному гармони- ЗО ческому сигналу в активные величины.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе преобразования отношения синфазной (квадратурной) составляющей ин формационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу, заключающемся в формировании дополнительных сигналов, первый из которых (уровень) про-. порционален мгновенному значению информационного гармонического сигнала в момент экстремума (одного из переходов через нулевой уровень) опорного гармонического сигнала, формируют второй дополнительный сигнал длительностью, пропорциональной вРеменному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармокического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с минуса на плюс, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с плюса ра минус, формируют третий дополнительный сигнал длительностью, пропорциональной временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного

55 гармонического сигнала через уровень перв»го дополнительного сигнала с плюса на минус, а конец совпацает с ближайшей точкой перехода опорного гармонического сигнала

55 через уровень первого дополнительного сигнала с минуса на плюс, формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный разности третьего дополнительного сигнала со вторым дополнительным сигналом, информацию о преобразуемой величине и знаке формируют по значению по знаку четвертого дополнительного сигнала.

При преобразовании отношения изменения синфазной (квадратурной) составляющей информационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу формируют второй дополнительный сигнал (уровень), пропорциональный абсолютному значению вектора опорного гармонического сигнала, формируют третий дополнительный сигнал (уровень), пропорциональный разности второго дополнительного сигнала с первым дополнительным сигналом, формируют четвертый дополнительный сигнал длительностью, пропорциональной временному интервалу, начало которого совладает с точкой перехода опорного гармонического сигнала через урс» вень. третьего дополнительного сигнала с минуса на плюс, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень третьего дополнительного сигнала с плюса на минус, информацию о преобразуемой величине формируют по значению четвертого дополнительного сигнала, а информацию о знаке исследуемой составляющей информационного сигнала формируют по знаку третьего дополнительного сигнала.

На фиг. 1а и б изображены круговые диаграммы, поясняющие способ преобразования отношений составляющих информационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу в активные величины; на фиг. 2 — мостовая измерительная цепь, в таблице — возможные варианты ветви QC Q c соответствующими круговыми диаграммами, на фиг. 3 и фиг. 4 — крутовые диаграммы, поясняющие использование предлагаемого способа для преобразования параметров пассивного комплексного сопротивления двухполюсника.

Во многих случаях в измерительной технике возникает необходимость определять отношения .амплитудных векторов Ч (Ч„, V4/g, где. е

1 реально существуют векторы V„Ч» а векторы Чэ, V4 являются составляющими вектор. ра Vq и находятся в квадратуре относитель- но друз: друга. На фиг. 1<3 изображен случай, когда направление Чз сиифазно направлению опорного вектора Vi, а на фиг. 16— вектор Ча противофаэен вектору V> i

Э

Из векторных диаграмм модули векторов, Чз и V4 можно получить как мгновенные

5 95115 значения, .в виде постоянных уровней вектора Ч, (Чз-Vz cosf; Ч4 — Ч у sin»().

На фиг. 1 и фиг. 2 показано формирование утла, пропорционального отношению Ч,/Ч,, который получают из соотношения двух векторов, причем один иэ них Чз=ОП=ОК явля" ется хордой окружности, диаметр которой равен модулю вектора Чз, а о направлении вектора Чз (относительно опорного Ч») судят по значению мгновенного значения век- »0 тора Ч равного Ч,cos»0, которое может быть как положительным, так и отрицательным.

В качестве примера рассмотрим использование предлагаемого способа для преобразования 15 параметров пассивного комплексного двухполюсника.

На фиг. 2 изображена мостовая измерительная цепь, где приняты следующие обозначения

21, Zz — исследуемое комплексное сопротивление (проводимость) двухполюсника и образцовый двухполюсник; 2З, 24 — образцовые двухполюсники, однородные одной из составляющих исследуемого комплексно.го сопротивления двухполюсника.

В таблице 1 приведены возможные варианты ветви С1г.g мостовой измерительной цепи (фиг. 2), где приняты обозначения

a — образцовое сопротивление двухполюсника; Р, у — преобразуемые параметры иссле

30 дуемого комплексного сопротивления двухполюсника. !

В таблице 1 изображены также круговые диаграммы мостовой измерительной цепи для соответствующих видов измерительных цепей ветви Qcg .

На фиг. 3 и фиг. 4 изображены круговые. диаграммы, поясняющие преобразование относительного изменения составляющей исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, расположенному в ветви, содержащей исследуемое комплексное сопротивление двухполюсника, при положитель ном (фиг. 4) и отрицательном (фиг. 3) от- 4

45 носительном изменении преобразуемого пара метра для ветвей типа А, Э, С, I), где Я— вектор падения напряжения, снимаемого с двухполюсника Z r мостовой измерительной цепи; Cd — вектор напряжения небаланса

50 мостовой измерительной цепи; — фазовый сдвиг вектора напряжения небаланса относительно вектора падения напряжения на двухполюснике Zr мостовой измерительной цепи;

0d — вектор падения напряжения, снимаемого с двухполюсника Zа мостовой измеритель55 ной цепи; C — потенциальная точка, вершина ветви мостовой измерительной цепи, содержащей измеряемое комплексное сопротивление

5 6 двухполюсника; Д вЂ” потенциальная точка, вершина ветви мостовой измерительной цепи, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника; ас, t1 q, уе— траектории перемещения потенциальной точки

С при изменении параметров комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника Zr и 2 8 обобщенных обозначениях; а, Pd — траектории перемещения потенциальной точки 4 при изменении параметров образцовых сопротивлений двухполюсников Z3 и 24, синфазная составляющая вектора напряжения небаланса Cd относительно вектора ct C; — квадратурная составляющая вектора напряжения небаланса Я относительно вектора ОС»1 — утол, равный СП-ССО

С»С

|дг, C3 COSf=j Cd r =CKr является хордой окружности, диаметр которой равен модулю, вектора /aC /.

Для примера рассмотрим измерительную цепь вида А (таблица,фиг. 2). В исходном состоянии потенциальные точки г, и cf (фиг. 3 и 4) находятся на разных окру ностях у и т,», т.е. мостовая измерительная цепь недоуравновешена по активной составляющей исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника. При квазиравновесии мостовой измерительной цепи по активной составляющей исследуемого комплекс»»ого сопротивления двухполюсника потенциальная точка С находится в точке С.

Таким образом, на фиг. 3 показано отрицательное изменение активной составляющей исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника относительно состояния ква» зиравновесия мостовой измерительной цепи, а на фиг. 4 показано положительное измене. ние активной составляющей исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника относительно состояния кваэиравновесия мостовой измерительной цепи.

При изменении значения активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления от состояния квазиравновесия в сторону уменьшения вершина измерительной цепи, содержащая измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника, находится в положении С (фиг. 3).

В этом случае -OyCcor, . у ..

Чсдсочтт ас где Ц» — фазовый угол, получаемый иэ соотношения двух величин, причем одна из них cd cos g = /cd /= ck, является хор. дой окружности, диаметр которой равен модулю вектора ас.

Учитывая, что Чяче = И лолучаем

V COS

Vac

О )" С С О М д С . - чту (2) 951155

Ь (д+ )Ъ, где — относительное изменеarccos

= О1-ССОР час

И1з Cd Ми9 (4) аЬ аа

ab cd ми

od (5) тогда

d îÚcd в!и9, с ай ас (6) 25 (14) (7)

40

"о(d) f A с3 (8)

circcob

Ус (10)

55 ние активной составляющей измеряемого комт!лексного сопротивления двухполюсника, что соответствует отрицательному изменению синфазной составляющей.

Абсолютное значение реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, согласно закону Ома, равно !

Из подобия треугольников ц и и с! Д Д можно записать следующее отношение

Подставляем уравнение (5) в (3), получаем

Вектора напряжений а 13 и QC являются йостоянными, поэтому отношение этих векторов напряжений можно заменить через отношение значений образцовых элементов мо30 стовои измерительной цепи, соответственно (ч+ а) ° ч.

Тогда выражение (6) принимает вид

Ус с чуq

< с Clc

Параметры Oq> ад,13д являются постоянными, поэтому обозначим тогда - = Ц

Ч !мЦ с ас

Реактивная составляющая измеряемого комплексного сопротивления определяется из следующего выражения

Чсd aqua 4

СН"C CO% (9)

vac или, что то же самое где f — временный интервал, пропорциональный абсолютному значению реактивной составляющей.

Таким образом, из анализа выражений (2) и (10) получаем

ЧсдсОЛ

О!.ссо 6 =0! ССОБ =9 (11) час

Причем у и 0 являются постоянными и могут быть выбраны равными 1, 10, 100 и т.д., что соответствует передвижению на соответствующее число разрядов.

Аналогично получаются выражения для опредЕления относительных изменений составляющих комплексного двухполюсника

2.а!.ссОьС! pc= Qarcco ° х

Час — чс!ззсоьЧ

=Н=2Ч час и абсолютного значения составляющей комплексного двухполюсника

Аагсчи =4arcsin

Из анализа выражения (11) нетрудно заметить, что величина угла зависит только от изменения активной составляющей измеряемого комплексного двухполюсника и не зависит от значения и изменения реактивной составляющей, а величина утла f (1) зависит только от значения реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и не зависит от значения активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника.

Величины ч и f не зависят от изменения ,напряжения питания измерительной цепи, так

:как с увеличением (уменьшением) напряжения питания V 1 временные интервалы ф и

f остаются величинами постоянными ввиду того, что пропорционально увеличиваются (уменьшаются) напряжения V ., V, V с05 с г! ас и Vcasin Ч).

На фиг. 5 изображен один из вариантов структурной схемы устройства преобразования составляющих комплексного сопротивления двухполюсника в активные сигналы, которое содержит мостовую измерительную цепь 1, составленную иэ исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника 2 и образцового двухполюсника 3 вида А, В, С и т.д. (таблица,фиг. 2), образцовых двухполюсников 4 и 5, однородных одной из составляю1 щих исследуемого комплексного двухполюснтька, генератор 6, согласующие устройства 7 и

9 9511

8, фазочувствительный выпрямитель 9, компаратор 10.

Устройство работает следующим образом.

Напряжения V<< и Ч<-г1поступают через согласующие устройства на входы фазочувствительного выпрямителя, на выходе которого формируется уровень напряжения, равный мгновенному значению напряжения в момент экстремума напряжения Ч, а на выходе компаратора (вых. 1) формируется времен- 10 ной интервал, пропорциональный 2arccos относительно изменения синфазной составляющей.

На втором выходе устройства (вых. 2) формируется знак относительного изменения.

На фиг. 6 изображена структурная схема t5 устройства, реализующего одновременно уравнения (11) и (12). Устройство отличается от устройства, изображенного на фиг. 5 тем, что дополнительно содержит второй фазочувствительный выпрямитель 11 и компаратор щ0

12. Причем фазочувствительный выпрямитель

9 формирует на выходе уровень, равный мгновенному значению напряжения Чгg в момент экстремума напряжения Vg, а фазочувствительный выпрямитель 11 формирует на выходе уровень, равный мгновенному значению напряжения Ч д в момент перехода через нуль напряжения Чг. На выходе устройства формируются сигналы (временные интервалы), пропорциональные относительному

30 изменению синфазной составляющей (вых. 1) и абсолютному значению квадратурной составляющей (вых 3) измеряемого комплексного двухнолюсника. На вых. 2 формируется сигнал, знак которого характеризует знак атно. сительного изменения синфазной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

В остальном принцип работы устройства аналогичен принципу работы рассмотренного устройства.

На фиг. 7 изображена структурная схема

40 устройства, реализующего уравнение (13). Устройство отличается от устройства, изображенного на фиг. 5 тем, что дополнительно содержит разностную схему 13.

I 45

Устройство работает следующим образом.

Напряжения, снимаемые с мостовой измерительной цепи Vgp и Ч поступают через согласующие устройства на входы фазочувствительного выпрямителя, причем напряжение Ч„, кроме того, поступает на первые входы разностной схемы и компаратора.

На выходе фазочувствительного выпрямителя формируется уровень, равный мгновенн му значению напряжения Чсс1 в момент экстре мума напряжения V который поступает

55 на второй вход разностной схемы 13. С выхода разностной схемы сигналы поступают на второй вход компаратора 10, на выходе котэ

55 10 рого формируются сигналы, пропорциональные изменению синфазной составляющей рассивного комплексного сопротивления двухполюсника относительно образцового элемента, расположенного в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление.

На фиг. 8 изображена структурная схема устройства, реализующего уравнение (14), которое отличается от устройства, изображенного на фиг. 5 тем, что содержит дополнительно инвертор 14 и интегратор 15.

Устройство работает следующим образом.

Напряжения, снимаемые с мостовой измерительной цепи и Чс1, поступают через согласующие устройства на входы фазочувст.

Ф вительного выпрямителя. На выходе фазочувствительного выпрямителя формируется уро. вень, равный мгновенному значению напряжения в момент экстремума напряжения V, который поступает на второй вход компаратора 10, на первый вход которого поступает напряжение Ч . На выходе компаратора формируется сигнал (временной интервал), .ко. тарый поступает на первый вход интегратора и через инвертор на второй вход интеграт ра. На выходе интегратора 15 (вых 1) формируется сигнал (уровень), пропорциональный

4f.

Использование предлагаемого способа преобразования отношений составляющих информационного гармонического сигнала к опорно» му гармоническому сигналу в активные величины обеспечивает по сравнению с сущест вующими способами высокую точность и высокое быстродействие, что позволяет использовать разработанные на основе предлагаемого способа устройства в системах автоматического контроля и управления технологичео. ким процессом.

Формула изобретения

1. Способ преобразования отношениЭ син фазной (квадратурной) составляющей информационного гармонического сигнала к опор. наму гармоническому сигналу, заключающийся в формировании дополнительных сигналов, первый из которых (уровень) пропорционален мгновенному значению информационного гармонического сигнала в момент экстремума (одного из переходов через нулевой уровень) опорного гармонического сигнала, отличающийся тем,что,с целью повышения точности преобразования, формируют второй дополнительный сигнал длительностью, пропорциональной временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигна951155

1а ла с минуса на плюс, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с плюса на минус, формируют третий дополнительный сигнал ь длительностью, пропорциональной временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с плюса на минус, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с минуса на плюс, формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный разности третьего н второго дополнительных> сигналов, информацию о преобразуемой величине и знаке формируют по значению и знаку четвертого до- полнительного сигнала.

2. Способ преобразования отношения синфазной (квадратурной) составляющей информационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу, заключающийся в формировании дополнительных сигналов, первый из которых — уровень пропорционален мгновенному значению информационного гармонического сигнала в момент экстремума (одного из переходов через нулевой уровень) опорного гармонического сигнала, о т л и12 чающий ся тем,что,сцельюповышения точности преобразования, формируют второй дополнительный сигнал (уровень), пропорциональный абсолютному значению вектора опорного гармонического сигнала, формируют третий дополнительный сигнал (уро. вень), пропорциональный разности второго и первого дополнительных сигналов, формируют четвертый дополнительный сигнал длительностью, пропорциональной временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень третьего дополнительного сигнала с минуса на плюс, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень третьего дополнительного сигнала с плюса на минус, информацию о преобразуемой величине формируют по значению четвертого дополнительного сигнала, а информацию о знаке изменений исследуемый составляющей информационного сигнала формируют по знаку третьего дополнительного сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по за. явке N 2541631, кл. G 01 R 27/02, ll 11.77.

2. Авторское свидетельство СССР N 2380702, кл. G 01 R 27/02, 7.07.76.

951155

Составитель В. Саменчук

Техред А.Ач Корректор И. Муска

Редактор Т. Парфенова

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

Заказ 5936/48 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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