Цифровой автоматический экстремальныймост переменного toka

 

„„828ОЫ

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.06.79 (21) 2781217/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (51) М.К . б 01R 17/10

Государственный комитет (53) УДК 621.317.733 (088.8) по делам изобретений и открытий (М. Н. Сурду, Г. И. Войченко и В. М. Могилевский

Институт электродинамики АН Украинской ССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ

МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике, точнее к мостам переменного тока. Оно может быть использовано при построении быстродействующих и одновременно высокоточных приборов и систем, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивлений (проводимостей) мостовыми методами.

Широко известны автоматические экстремальные мосты переменного тока для изме. рения параметров комплексных сопротивлений (проводимостей) (1).

Эти приборы обладают высокой помехоустойчивостью и точностью измерения, возможностью развязки контуров уравновешивания и другими достоинствами. Однако использование параметрической модуляции, а также избирательного усиления сигнала неравновесия мостовой измерительной схемы в этих мостах приводит к некоторому ограничению их быстродействия.

Из известных цифровых автоматических экстремальных мостов переменного тока наиболее близким по технической сущности к изобретению является мост, который содержит последовательно соединенные геьератор гармонических колебаний, мостовчю измерительную схему и детектор равновесия, состоящий из последовательно включенных избирательного усилителя и анализатора приращений амплитуды сигнала неравновесия, два идентичных канала уравновешивания, каждый из которых cogtepжит реверсивный счетчик со счетным и управляк)щим входами, триггер реверса, модулятор и логический элемент И с двумя входами, причем первый вход логического элемента И соединен с выходом детектора равновесия, а выходы — со счетными входами реверсивного счетчика и триггера реверса, выходы реверсивного счетчика и модулятора подключены к мостовой измерительной схеме, управляющие входы реверсивного счетчика и модулятора соединены с выходом триггера реверса; а также мультивибратор, выходы которого подключены ко вторым входам модулятора и логического элемента И обоих каналов. Кроме того, мост-прототип содержит ждущий муль2р тивибратор, два сумматора и два дополнительных модулятора, причем в каждом канале выходы основного и дополнительного модуляторов через сумматор подключены к мостовой измерительной схеме, входы управления дополнительного модулятора подключены к соответствующему триггеру реверса и выходам основногоо и ждущего мультивибраторов, при этом выходы основного и входы ждущего мультивибратора

30 соединены между собой (2).

828096

В мосте-прототипе выходной сигнал мостовой измерительной схемы модулируется по амплитуде, причем так, что в начале и в конце модуляционного воздействия амплитуда выходного сигнала значительно больше, нежели в середине его. Поступление такого сигнала на избирательный усилитель приводит к резкому повышению скорости нарастания выходного сигнала усилителя. Это позволяет осуществить сокращение длительности модуляционного воздействия и дальнейшее повышение быстродействия моста.

Вместе с тем, быстродействие прототипа ограничено недопустимо большой длительностью переходных процессов в избирательном усилителе, вызванных коммутацией уравновешивающего устройства в процессе дискретного уравновешивания мостовой измерительной схемы. Кроме того, как при модуляции уравновешиваемых параметров, так и при уравновешивании мостовой измерительной схемы из-за неидеальности ключевых элементов возникают короткие коммутационные помехи большой интенсивности.

Цель изобретения повышение быстродействия и надежности цифрового агтомгтнческого экстремального моста переменного тока за счет сокращения продолжительности переходных процессов в избирательном усилителе, вызванных как модуляцией уравновешиваемых параметров, так и коммутационными помехами, возникающими в процессе уравновешивания моста.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой автоматический экстремальный мост тока, содержащий последовательно соединенные генератор гармонических колебаний, мостовую измерительную схему, детектор равновесия, состоящий из последовательно включенных избирательного усилителя и анализатора приращений амплитуды сигнала неравновесия, два идентичных канала уравновешивания, каждый из которых содержит реверсивный счетчик со счетным и управляющим входами, модулятор с двумя управляющими входами, триггер реверса и логический элемент И с двумя выходами, первый вход которого соединен с выходом детектора равновесия, а выходы — со счетными входами реверсивного счетчика и триггера реверса, выходы реверсивного счетчика и модулятора подключены к мостовой измерительной схеме, управляющие входы реверсивного счетчика и модулятора соединены с выходом триггера реверса, а также ждущий мультивибратор и симметричный мультивибратор, выходы которого подключены ко вторым входам модулятора и логического элемента И обоих каналов, введены ключ, логический элемент ИЛИ и широкополосный усилитель, вход которого соединен со входом избирательного усилителя, а выход — через ключ соединен с выходом избирательного усилителя, входы логического элемента ИЛИ соединены с выходами реверсивных счетчиков и модуляторов обо5 их каналов, а выход логического элемента

ИЛИ через ждущий мультивибратор подключен к управляющему входу ключа.

Выходы усилителей могут быть соединены вместо ключа также при помощи неуп10 равляемого нелинейного элемента, вольтамперная характеристика которого обладает двусторонним ограничением по напряжению.

На фиг. 1 изображена блок-схема пред15 лагаемого цифрового автоматического экстремального моста переменного тока; на фиг. 2 и 3 — избирательный усилитель в мосте, варианты выполнения.

Предлагаемое устройство содержит гене20 ратор 1 гармонических колебаний, мостовую измерительную схему 2, детектор 3 равновесия, состоящий из последовательно включенных избирательного усилителя 4 и анализатора 5 приращений амплитуды сигнала неравновесия, два идентичных канала уравновешивания, каждый из которых содержит реверсивный счетчик 6 со счетным и управляющим входами, модулятор 7 с двумя управляющими входами, триггер 8

50 реверса и логический элемент 9 И с двумя выходами, причем первый вход логического элемента И соединен с выходом детектора 3 равновесия, а выходы — со счетными входами реверсивного счетного счетчика 6 и триггера 8 реверсаа, выходы реверсивного счетчика 6 и модулятора 7 подключены к мостовой измерительной схеме 2, управляющие входы реверсивного счетчика 6 и модулятора 7 соединены с выходом

40 триггера 8 реверса, а также мультивибратор 10, выходы которого подключены ко вторым входам модулятора 7 и логического элемента 9 И обоих каналов, и ждущий мультивибратор 11.

Кроме того, предлагаемый мост содержит широкополосный усилитель 12 с низкоомным выходом, ключ 13 и логический элемент 14 ИЛИ, причем вход широкополосного усилителя 12 соединен со вхо50 дом избирательного усилителя 4, а выход— через ключ 13 подключен к выходу избирательного усилителя 4, входы логического элемента 14 ИЛИ подключены к выходам реверсивных счетчиков 6 и модуляторов 7 обоих каналов, а выход логического элемента 14 ИЛИ через ждущий мультивибратор 11 подключен к управляющему входу ключа 13, Избирательный усилитель 4 сигнала не00 равновесия (на фиг. 2 и, 3) в мосте-прототипе, как и в других известных мостах, состоит из широкополосного усилителя 15 и избирательной цепи, например CL-контура

16. При этом контур может быть парал05 лельным(на фиг. 2) или последовательным

828096 (фиг. 3). Для обеспечения необходимой избирательности усилитель должен обладать в первом случае высоким выходным сопротивлением, а во втором — низким. Независимо от вида конкретной реализации изби- 5

15 рательного усилителя с увеличением его добротности сужается полоса пропускания, возрастает помехоустойчивость моста. Однако сужение полосы пропускания усилителя сопровождается ухудшением его динамических показателей. В частности, скачкообразные на входе избирательного усилителя приращения амплитуды сигнала неравновесия моста приводят к появлению на выходе усилителя продолжительных экспоненциальных по форме переходных процессов. К аналогичному эффекту приводит и попадание в усилитель коротких, но мощных коммутационных помех.

В предлагаемом мосте упомянутые переходные процессы значительно сокращаются. Это происходит следующим образом.

Амплитуда сигнала неравновесия, поступающего на вход усилителя 4, изменяется при переключении либо реверсивных счетчиков 6, либо модуляторов 7 любого из каналов. Именно в эти моменты времени возникают и коммутационные помехи. Благодаря специальному подключению входов логического элемента 14 ИЛИ любые из упомянутых переключений в мостовой измерительной схеме приводят к срабатыванию ждущего мультивибратора 11. При этом на время срабатывания ждущего мультивибратора замыкается ключ 13 (фиг. 2 и 3) и выход усилителя 15 шунтируется низким выходным сопротивлением широкополосного усилителя 12; это сопротивление равно нескольким омам. В исходном состоянии моста, при разомкнутом ключе 13, добротность усилителя 4 определяется эквивалентным сопротивлением потерь в контуре, равным единицам и даже десяткам килоом.

Таким образом, шунтирование высокоомного выхода избирательного усилителя 4 снижает добротность последнего, а следовательно, и продолжительность пеоеходных процессов в усилителе в тысячу и более раз.

Для того, чтобы после размыкания ключа 13 в колебательном контуре не возникал переходный процесс, необходимо соблюдение равенства коэффициентов усиления широкополосного усилителя 12 и усилителя 4 на резонансной частоте. Продолжительность замыкания ключа 13 определяется длительностью астабильного состояния ждущего мультивибоатооа 11 и выбирается поимерно равной сокоашенной продолжительности переходных пооцессов в избирательном усилителе 4 либо длительности мощных коммутационных помех. После размыкания ключа 13 происходит восстановление высокого значения добротнос

65 ти контура, необходимой для эффективно. го подавления случайных помех и шумов.

Сокращение переходных процессов в избирательном усилителе путем кратковре менного шунтирования высокоомного выхода этого усилителя низким выходным сопротивлением широкополосного усилителя может быть реализовано путем соединения выходов усилителей между собой также при помощи неуправляемого нелинейного элемента, вольтамперная характеристика которого обладает двусторонним ограничением по напряжению.

Такое выполнение устройства позволяет достигнуть поставленной цели следующим обоазом.

При отсутствии коммутационных, случайных помех и шумов напояжения на выходах усилителей равны. Следовательно, нелинейный элемент, включенный между выходами усилителей, закрыт, т. е. его сопротивление велико. Поэтому добротность и шумоподавляющие качества избирательного усилителя 4 высоки. При наличии случайных помех и шумов, если их уровень на выходе широкополосного усилителя 12 не превышает напряжения откоывания нелинейного элемента, сохраняется аналогичное положение.

Эти помехи эффективно подавляются избирательным усилителем 4, чем обеспечивается заданная помехоустойчивость моста.

Если же амплитуда выходного сигнала мостовой измепите,льной схемы претеппевает мод ляционное приращение, либо если этот сигнал содеожит мощные коммутационные помехи, то напояжение на выходе широкополосного оси,пителя 12 сушественно превышает напряжение на выходе инеоционного избипательного усилителя 4. При этом откоывается нелинейный элемент,т. е. выхопы усилителей оказываются замкнутыми через малое сопоотивление открытого нелинейного элемента. Этим обеспечивается оезкое снижение добоотности избипате,пьного стсилителя 4 и сокращение переходных процессов в этом усилителе. По окончании переходных поопессов на пояжения на выхолах т.сипителей спавниваются, нелинейный элемент закпывается. Пос.пе этого в избипательном усилителе осуществляется полавление случайных помех и шумов аналогично тому, как это происходит в мосте-ппототипе.

Отметим. что выполнение избиоательного усилителя в виле широкополосного т силителя нагороженного на С1.-контов (Фиг. 2 и 31. является очной из возможных сто кт тп того сала моста и выбпано пля чпрошенич описания сущности изобоетения. В пейст ительности избирательный усилительь 4 может быть многокаскапныч и выполненным в виде послеповательного соединения ряда узлов, каждый из котовых содержит 1пирокополосный усилдтрд I5 и

Формула изобретения

Цифровой автоматический экстремальный мост переменного тока, содержащий

40 колебательный контур 16. Однако и в таком усилителе возможно использование предлагаемого технического решения. Для сокращения переходных процессов в подобном много каскадном усилителе необходимо широкополосный усилитель 12 также выполнить многокаскадным, причем так, чтобы коэффициенты усиления соответствующих каскадов широкополосного и избирательного усилителей на резонансной час- 1О тоте были равны между собой. Выходы соответствующих каскадов обоих усилителей необходимо соединить при помощи ключей или неуправляемых нелинейных элементов.

В избирательном усилителе моста-прототипа продолжительность переходных процессов, вызванных мощными коммутационными помехами, может составлять десятки периодов напряжения питания мостовой измерительной схемы. Если длительность такта автоматического уравновешивания моста меньше времени затухания этих переходных процессов, то последние могут вызвать сбои в работе моста. В предлагаемом устройстве продолжительность указанных переходных процессов составляет доли периода рабочей частоты. Благодаря этому оказывается возможным сократить продолжительность такта уравновешивания в 10 и более раз. Тем не менее, продолжительность переходных процессов значительно меньше длительности такта уравновешивания, который может быть менее периода рабочей частоты. Поэтому сбои в системе автоматического уравновешивания предлагаемого моста, вызванные переходными процессами, исключаются, что обеспечивает повышение быстродействия и надежности моста переменного тока. последовательно соединенные генератор гармонических колебаний, мостовую измерительную схему, детектор равновесия, состоящий из последовательно включенных избирательного усилителя и анализатора приращений амплитуды сигнала неравновесия, два идентичных канала уравновешивания, каждый из которых содержит реверсивный счетчик со счетным и управляющим входами, модулятор с двумя управляющими входами, триггер реверса и логический элемент И с двумя выходами, первый вход которого соединен с выходом детектора равновесия, а выходы — со счетными входами реверсивного счетчика и триггера реверса, выходы реверсивного счетчика и модулятора подключены к мостовой измерительной схеме, управляющие входы реверсивного счетчика и модулятора соединены с выходом триггера реверса, а также ждущий мультивибратор и симметричный мультивибратор, выходы которого подключены ко вторым входам модулятора и логического блока И обоих каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, он снабжен ключом, логическим элементом ИЛИ и широкополосным усилителем, вход которого соединен со входом избирательного усилителя, а выход — через ключ соединен с выходом избирательного чсилителя, входы логического элемента ИЛИ соединены с выходами реверсивных счетчиков и модуляторов обоих каналов, а выход логического элемента

ИЛИ через ждущий мультивибратор подключен к управляющему входу ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гриневич Ф. Б. Автоматические мосты переменного тока. Новосибирск, РИО

СО АН СССР, 1964, с. 142

2. Авторское свидетельство СССР № 618689, кл, GOIR 17/10,1976 (прототип),