SU845105A1 - Устройство дл раздельного измерени пАРАМЕТРОВ КОМплЕКСНыХ ВЕличиН - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  раздельного измерени  параметров комплексных величин, например , при измерении параметров элек трических цепей, а также неэлектричес ких величин с помощью индуктивных и емкостных преобразователей. Известны устройства, в которых измер емый сигнал циклически компенсируетс  пилообразным напр жением, длительность которого соизмерима с полуперйодом несущего колебани , причем измерение амплитуды синусоидальной составл ющей заканчиваетс  в тот . момент, когда мгновенное значение квадратурной составл ющей равно нулю Такой автоматический компенсатор содержит генератор несущего колебани , первичный измерительный преобразователь , генератор компенсирующего напр жени , формирователь импульсов, Э4 ектронные ключи, дискретный делитель напр жени , нуль-орган, генератор образцовой частоты, реверсивный счетчик импульсов, делитель частоты, устройство управлени  дискретным делителем напр жени ,цифровой индикатор D-I. В этом устройстве один из выходов генератора несущего колебани  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 чере-з второй и делитель частоты на два - с другим входом счетчика, выход которого через схему управлени  соединен с цифровым индикатором и дискретным делителем напр жени . Вход последнего соединен с индикатором -компенсирующего напр жени , а выход - со входом нуль-органа. Недостатком этого устройства  вл етс  сравнительно невысока  точность измерени ,, обусловленна  трудностью формировани  компенсиругадего напр жени  с заданной максимальной амплитудой, а также довольно большое число шагов (приближений), которое требуетс  на формирование точного цифрового эквивалента амплитуды синфазной составл гацеи. Наиболее близок к предлагаемому устройство дл  раздельного измерени  параметров комплексных величин, обладающее увеличенным быстродействием и повышенной точностью измерени  по сравнению с первым известным устройством . Оно снабжено кольцевым счетчиком импульсов, вход которого соединен с выходом электронного ключа, а один из выходов кольцевого счетчика импульсов соединен с входом цифрового индикатора; .при этом второй его выход через генератор компенсирующего напр жени  подсоединен к входу нульоргана Г2.. . Недостатком лрототипа  вл етс  относительно низкое быстродействие изза отсутстви  адаптации к амплитуде измер емого сигнала и сдвигу его фазы относительно полезного сигнала. Цель изобретени  - повышение быстродействи  процесса раздельного измерени  параметров комплексных величин Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  раздельного измерени  параметров комплексных величин , содержащее генератор несущего колебани , один выхбд которого через первичный измерительный преобразователь соединен с первым входом (ульоргана , второй вход которого соединен с выходом генератора компенсируквдего сигнала, вход которого подключен к выходу счетчика, другой, выход генератора несущего колебани  соединен с формирователем импульсов, генератор импульсов образцовой частоты, выход которого соединен с входом электронного ключа, и цифровой индикатор, вв дены второй нуль-орган, аналоговый и импульсный элементы временной задерж ки, блок фиксации фазового сдвига, преобразователь временного интервала в код и управл емой делитель частоты При этом первый вход второго нульоргана соединен с выходом первичного измерительного преобразовател , второй его вход через аналоговый элемен задержки - с выходом генератора компенсирующего сигнала, йлход этого нуль-органа соединен с первым входом преобразовател  временного интервала в код, выход первого нуль-органа соединен соответственно со вторыми вхо дами блока фиксации фазового сдвига преобразовател  временного интервала в код, к третьим входам которых подключен выход реверсивного счетчика. Первый выход блока фиксации фазового сдвига соединен со вторым входом эле тронного ключа, выход которого чере импульсный элемент временной задержк и управл емый делительчастоты, управл нйдий вход которого соединен с выходом преобразовател  временного интервала в код, подключен к счетному входу реверсивного счетчика. Вычислен{1е параметров квазиоптимального режима работы в описанном устройстве осуществл етс  блоком оптимизации по быстродействию, включающим в себ  управл емый делитель частоты и импульсный элемент задержки , путем определени  значени  весового коэффициента приращени  времени запуска компенсирующих сигналов дл  последующей итерации. Этот квазиоптимальный весовой коэффициент учитывает первую производную входного сигнала в районе компенсации в данной итерации. Изменение амплитуды соответствуккцей составл 1одей сигнала на выходе первичного измерительного преобразовател  осуществл етс  путем запуска преобразовател  напр жени  в код последовательного счета, включающего в себ  нуль-орган, генератор компенсирующего сигнала, блок фиксации фазового сдвига и формировани  первой разности момента компенсации измер емого сигнала первым компенсирующим сигналом и точкой экстремума, соответствующей составл ющей, измер емого сигнала, и цифровой индикатор. Запуск преобразовател  напр жени  в код осуществл етс  в моменты времени , определенныеблоком оптимизации по быстродействию. Сигнал, вырабатываемый генератором компенсирующего сигнала, может быть линейно-возрастающим или линейно падающим. Информаци  дл  работы указанных блоков получаетс  в результате функционировани  блока определени  производной. Этот блок включает в себ  второй нульорган , аналоговый элемент временной задержки и преобразователь временного интервала второй разности моментов компенсации измер емого сигнала первым и вторым компенсирующими сигналами .в код. Второй компенсирующий сигнал образуетс  путем временной задержки сигнала с выхода генератора компенсирующего сигнала на определенное врем  аналоговой линией временной задержки. На фиг. 1 показана структурна  схема устройства «дл  разд€зльного измерени  параметров комплексных величин; на фиг. 2 - временные диаграм1 ы, по сн ющие принцип его работы. . Устройство содержит генератор 1 несущего колебани , первичный измерительный преобразователь 2, формирователь импульсов 3, преобразователь 4 напр жени  в- код последовательного счета (ПНК), блок 5 определени  производной, блок 6 оптимизации по быстродействию, реверсивный счетчик 7. ПНК содержит нуль-орган 8, генератор 9 компенсирующего напр жени , блок 10 фиксации фазового сдвига, схему формировани  первой разности момента компенсации измер емого сигнала первым компенсирующим сигналом и точкой экстремума, цифровой индикатор 11. Блок 5 содержит нуль-орган 12, аналоговый элемент временной за-держки 13, преобразователь 14 воеменйого интервала второй разности моментов компенсации измер емого сигнала первым и вторым компенсирующими напр жени ми в код. Блок 6 содержит электронный ключ 15, генератор 16, импульсов образцовой частоты импульсный элемент временной задержки 17 и управл емый делитель частоты 18.

На эпюрах показаны изменени  сиглов устройства во времени где:

А - сигнал несущего (опорного) колебани , одновременно показывает синфазную fполезную) составл ющую сигнала Б;

Б - измер емый, выходной сигнал первичного измерительного преобразов ател ;

В - сигнал., соответствующий момен ту времени экстремума синфазной составл кщей сигнала .В;

Г - совокупность импульсов, соответствующа  четверти периода несущего колебани ;

Д. - импульсы запуска генератора компенсирующего сигнала ПНК в i-той интерации)

- первый компенсирующий сигнал в i-той итерацииf

Ж- - второй компенсирующий сигнал в i-той итерации;

- сигнал, соответствукщий момен . ту равенства измер емого Б и первого компенсирующего Е- сигналов в i-той итерации;

И, - сигнал, соответствующий моменту компенсации измер емого Б и второго компенсирующего Ж сигналов в 1-той итерации; К - сигнал, длительность которо равна первой разности моментов врем ни в i.-той итерации; - сигнал, соответствующий зна первой разности в i-той итерации; М- - промодулированный частотой опорного генератора сигнал К-; Н - совокупность импульсов М, задержанна  на импульсном элементе временной задержки; О - код, соответствующий второй разности моментов времени В 1-той итерации; 111 - совокупность импульсов, соо ветствующа  квазиоптимальному изме .нению времени запуска в i-той итера ции; Р - состо ние реверсивного счетчика к концу i-той итерации. Способ измерени  рассмотрен применительно к измерению амплитудного значени  синфазной составл ющей. В определенные мСменты времени за пускают два компенсирующих линейноизмен мцихс  сигнала, причем в момент Т запускают первый, а в-Т второй компенсирующие сигналы (коэффициенты пропорциональности Kjj компенсирующих сигналов во времени равны между собой и посто нны на прот жении всего времени работы устройства . iasHocTb моментов запуска компенсирукмдих сигналов /j Т Т- - Ту также посто нна). Затем регистрируют моменты Т- , f компенсации .измер емого., сигнала каждым из компенсирующих, Определ ют первую разность моментов времени между моментом компенсации измер емого сигнала первым развертывающим и точкой экстремума синфазной составл ющей Т, т. е. i i ${ Значение найденной величины сравнивают с наперед заданным значением €. , определ емым из услови  измерени  амплитудного значени  синфазной, составл ющей с погреностью не более допустимой. При наступлении момента компенсации в зоне допустимой погрешности, т. е.1Ч,|$€, измерение заканчиваетс .

Claims (2)

1. - При наступлении момента компенсации вне зоны допустимой погрешности, т. e-lfil fe , измерение амплитудног значени  продолжают на основе информации , полученной в этой i-той итерации .. Дл  этого определ ют вторую разность фаз л х - моментов Т.; и Т , компенсации измер емого сигнала первым и вторым компенсирук цими сигналами ,- т. е. Д X .; т| Т . Значени  моментов запуска и компенсирующих сигналов дл  i + + 1-вой итерации определ ют в соответствии с-выражени ми (1) и (2), учитыггиоцими производную сигнала К в квазиоптимальном коэффициенте 3): Т. + ,- + В Т,-, -4, + Л Т; k- Kj. vK, + 1 : UT)A (3) Г Т с/2, при запуске в каждом полу пери оде , Т(-, при запуске в одном полупериоде . В моменты Т .4-1 и Т,;, производ т новый запуск компенсирующих сигналов и получают информацию о моменте компенсации измер емого сигнала линейног змер к дихс  в этой U +1)-вой итерации, и т. д. Таким образом, адаптивное изменение коэффициента веса 4j 1, т. к. Л Т /1 х, в рекуррентном уравнении (1) позвол ет наилучшим по быстродействию образом определить значение момента запуска.компенсирующих сигналов дл  последующих итераций и дает возможность приспосабливать итерационный , процесс измерени  к амплитуде измер емого сигнала и сдвигу его фазы относительно полезного сигнала за счет использовани  информации о производной измер емого СИП1 ал а К в момент компенсации. Устройство работает следующим образом . Генератор 1 несущего колебани  вырабатывает сигнал А, питающий первичный измерительный преобразователь 2, у которого выходной сигнал Б несет информацию об измер емых величинах. Формирователь иктульсов 3 вьщает последовательность импульсов Г, число которых соответствует четверти периода Т несущего колеба ни . При этом первый импульс.последовательности по вл етс  в моменты Т, Тд, Т. , Txj,, фкг.. 2) и т, д. нулевой фазы несущего колебани . По следний импульс последовательности по вл ет с  в 1 « менты Т, Т, Чфиг- 2) и т. д. экстремума сигнала А. В моменты Т, Т, Т/(;фиг. 2) формирователь 3 вьиает также импульсы В. Импульсы Г считаютс  реверсивным счетчиком, причем е лкость счетчи ка и частота с;лёдований ймцульсов выбираетс  из услови  заполнени  по следнего за интервал времени Т../4 (в исходном состо нии счетчик обнулен ) . В моме нты времени Т, Тд, Т , J ( фиг. 2) счетчик 7 переполн етс , запуска  генератор компенсирук цего сигнала 9 преобразоват.ел  напр жени  в код 4. При этом начинаетс  компенсаци  сигнала Б сигналом Е. Компенсирующий сигнал Ё. подаетс  в блок 5 определени  производной в котором преобразуютс  в сигнал Ж путем временной задержки на величин ЛТ аналогового элемента 13. Сигнал ЖI также компенсирует измер емый сигнал Б. В моменты,. Тд , Т , равенства измер емого напр жени  Б компенсирующему Е {фиг. 2) вырабатываетс  сигнал 3., , а компенсирующе му ж V моменты Т, . a-f Разность моментов времени по вле ни  импульсов В :| и 3 . 4 ° -b-i ) фиксируетс  блоком 10, который определ ет и знак Л этой разности, причем значение сигнала Л равно ед нице при 1 и нулю при э. -1, где 3 sign Т g) . Разность моментов времени по вле ни  импульсов 3 и И ( Тд преобразуетс  в код О прёобразователем 14 блока 5 отфеделенн  произв . одной. Перва  разность К поступает на вход электронного ключа 15 блока б оптимизации по быстродействию, где модулируетс  сигнале с частотой f вырабатываемым генераторс х 16. С вы да электронного ключа ,15 последовательность импульсов М подаетс  на импульсный элемент задержки 17, на выходе которого импульсы по вл ютс  в моменты Tj,, Т .j, T,, 2) через интервал времени, ргшный максимально возможной величине первой разности, пор дка Тс,/8, и поступаиот на управл емой делитель частоты 18. Управл емый делитель частоты 18 преобразует последовательность имульсов Н идентичную ) в поледовательность импульсов П прд оздействием кода О с блока 5 опеделени  производной, согласно выажени м 4) и (3): Импульсы n.j подсчитываютс  реверивным счетчиком 7, режим работы которого з ад аетс  сигналом Л- со знакового выхода блока 10. Следовательно , к концу i-тoй итерации состо ние реверсивного счетчика определ етс  выражением: Р. Р . + а.-П. 11--1 На этом 1-та  итераци  заканчиваетс . В следующей О + 1)вом полупериоде несущего колебани  U + 1)-вой итерации на суммирукщий вход реверсивного счетчика 7. поступае последовательность импульсов Г - . Реверсивный счетчик 7 в некоторый момент Тр.,. 1 моменты Т,, Тд, Т, Т переполн ютс , образу  при этом импульс Д.,- . Он запускает генератор 9 компенсирующего сигнала В (I + 1)-вой итерации и устанавливает в нулевое состо ние блок 10 формировани  первой разности и преобразователь 14 второй разности. По окончании счета импульсов последовательности Г-., реверсивный счетчик остаетс  в состо нии Р . Дальнейша  работа устройства происходит аналогично вышеописанному до тех пор, пока а1 шлитуда составл ющей не будет измерена с достаточной точностью. При этом блок 10 преобразовател  напр жени  в код 4 формирует сигнал на вход цифрового индикатора 11, несущий информацию об амплитудном значении синфазной составл ющей . Экспериментальные и теоретические исследовани  описанного устройства показывают, что число итераций Ну дл  него значительно меньше, чем дл  прототипа Н„. Зависимость числа итераций , затрачиваемых на измерение максимального амплитудного значени  синфазной составл ющей l Гцсигнала, с погрешностью 0,05% от сдвига фазы измер емого сигнала относительно опорного, приведена в таблице. Таким образом, данные та блицы подтверждают достижениепоставленной цейи: предлагаемое устройство дл  раздельного измерени  параметров комплексных величин выполн ет измерение 2,5-5 раз быстрее прототипа. Зависимость числа итераций от сдвига фазы Чисо итераций дл  прототипа Число итераций Ну дл  за вл емого устройства Формула изобретени  Устройство дл  раздельного йзйер ни  параметров комплексных величин, содержащее генератор несущего колебани , один выход которого через пе вичный измерительный преобразовател соединен с первым входом нуль-орган ко второму входу которого подсоединен выход генератора компенсирующег сигнала, вход которого подключен к выходу счетчика, другой выход генератора несущего колебани  соединен формирователем импульсов, генератор импульсов образцовой частоты, выход которого соединен с входом электрон ного ключа, и цифровой индикатор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  пр цесса раздельного измерени  парамет ров комплексных величин, в него вве дены второй нуль-орган, аналоговый и импульсный элементы временной задержки , блок фиксации фазового сдвига , преобразователь временного интервала в код и управл емый делитель частоты , причем первый вход второго нульоргана соединен с выходом первичного измерительного преобразовател , а второй его вход через аналоговый элемент задержки соединен с выходом генератора компенсирующего сигнала, выход второго нуль-органа соединен с первым входом преобразовател  временного интервала в код, а выход первого нуль-органа соединен соответственно со вторы в1 входами блока фиксации фазового сдвига и преобразовател  временного интервала в код, к третьим входам которых подключен выход реверсивного счетчика, первый выход блока фиксации фазового сдвига соединен со вторым входом электронно-, го ключа, выход которого через импульсный элемент временной задержки и управл емый делитель частоты, управл ющйй вход которого соединен с выходом преобразовател  временнохю интервала в код, подключен к счетному входу реверсивного счетчика. Источники информёщии, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 310185, кл. G 01 R 17/06, 1965.
2. 2.Авторское свидетельство СССР J 521522, кл. G 01 R 17/06, 1975 (прототип),

   Tf ТгТ Т„ Tf4 . 7,e Т„ Т,д Т 7

   -/

   Фаг. 2