Детектор квазиравновесия

 

О П И С А Н И E <,938163

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскик

Сециапистическни

Респубики

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 15. 02.80 (21) 2882213/18-21

{51)M. Кл.

G 01 R 17/06

G 01 R 19/00 с присоединением заявки М (23) Приоритет фвударстюкьй кемнтет

CCCP ае делам веебуетеннй и еткрытвй

Опубликовано 23. 06.82. Бюллетень ¹ 23 (53) УДК 621. 317. 7 (088. 8) Дата опубликования описания 25 . 06. 82 (72) Авторы изобретения

А,Ф. Прокунцев, Б.A. Памфилов и Г.И. Шаронов

Пензенский завод-ВТУЗ при заводе ВЭИ (1) За"вите"ь (филиал Пензенского политехнического института) {54) ДЕТЕКТОР КВАЗИРАВНОВЕСИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в приборах допускового контроля параметров комплексных вели. чин, мостах и компенсаторах переменного тока.

5 !! эвестен детектор квази равновесия, содержащий два согласуоцих блока, выходы которых соответственно через первый и второй двухполупериодные вы- „ прямители соединены с соответствующими входами вычитающего блока, выход которого подключен к сигнальному входу интегратора и подсоединен к сигнальному входу блока сравнения, à уп->5 равляющие входы интегратора и блока сравнения .соединены с выходом времязадающего блока (1).

Данное устройство сравнивает модули двух гармонических сигналов одина-20 ковой частоты, но не позволяет сравнивать раздельно синфазные и квадра"

„турные составляющие этих сигналов. .Кроме того, сигнал на выходе детектора имеет аналоговую форму, что требует дополнительного аналого-цифрового преобразования в случае экстраполяционного формирования регулирующих воздействий в измерительной цепи.

Известно устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин, содержащее генератор синусоидального напряжения, первый и второй выходы которого соединены соответственно через формирователь импульсов с одним из управляющих. входов ключа и через первичный измерительный преобразователь - с одним иэ входов нуль-органа, выход которого подключен к второму управляющему входу ключа, генератор импульсов подсоединен через ключ к кольцевому счетчику импульсов, первый выход которого через генератор компенсирующего напряжения соединен с вторым входом нуль-органа, а второй выход подключен к входу цифрового индикатора (22.

938163

В известном устройстве генератор компенсирующего напряжения запускается вновь в каждом цикле уравновешивания. Измеряемая составляющая будет пропорциональна временному интервалу от начала последней развертки до ближайшего экстремума опорного сигнала. В результате время измерения может составить от единицы до сотен периодов измеряемого напряжения и за- 1В висит от его амплитуды, фазового угла и погрешности, возникающей от неполного уравновешивания.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства, 1

Цель достигается тем, что детектор кваэиравновесия, содержащий формирователь импульсов, вход и выход которого соединены соответственно с пер-щ вым входом детектора кваэиравновесия и с управляющим входом ключа, генератор компенсирующего напряжения, выход которого подключен к одному иэ входов нуль-органа, и счетчик, дополнительно введены второй генератор синусоидального напряжения, блок определения квадрантов, амплитудный преобразователь и дешифратор, причем первый вход блока определения квадрантов соедиl зо нен. с сигнальным входом формирователя импульсов и через амплитудный преобразователь и ключ - с сигнальным входом генератора компенсирующего напряжения, а выход подсоединен к управляющему входу формирователя импульсов, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, а четвертый выход подключен к управляющим входам счетчика и дешифратора и первому уп40 равляющему входу генератора,компенсирующегоо н ап ряжения, второй управляющий вход которого подсоединен к выходу нуль-органа и через счетчик к третьему входу дешифратора, выход кото45 рого соединен с выходом детектора кваэиравновесия.

Генератор компенсирующего напряжения содержит интегратор и управляемый делитель напряжения, причем сигнальный вход генератора компенсирующего напряжения соединен с первым и через интегратор — с вторым сигнальными входами управляемого делителя напряжения, первый управляющий вход которого подсоединен к управляющему входу интегратора и является первым управляющим входом генератора компенсирующего напряжения, второй управляющий вход и выход которого являются соответственно вторым управляющим входом и выходом управляемого делителя напряжения.

Генератор компенсирующего напряжения содержит интегратор и управляемый делитель напряжения, причем сигнальный вход генератора компенсирующего напря>хения соединен с сигнальным входом и через управляемый делитель напряжения — с входом смещения интегратора, выход которого является выходом генератора компенсирующего напряжения, первый и второй управляющие входы которого являются соответственно первым и вторым управляющими входами управляемого делителя напряжения, На фиг. 1 изображена блок-схема детектора кваэиравновесия; на фиг.2а и 2б - блок-схемы двух вариантов генераторов компенсирующего напряжения; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу детектора квазиравновесия для случая нахождения вектора rap монического сигнала Uz и в первом квадранте относительно вектора сигнала lip на фиг. 4 - таблица, поясняющая работу детектора квазиравновесия для всех четырех квадрантов.

Детектор квазиравновесия содержит блок 1 определения квадрантов, формирователь 2 импульсов, амплитудный преобразователь 3, ключ 4, генератор 5 компенсирующего напряжения, нуль-орган 6, счетчик 7, дешифратор 8, генераторы компенсирующего напряжения, выполненные на интеграторах 9 = 1-:9 = 2 и управляемых делителях напряжения 10 = 1 -: 10 = 2, а также первый и второй генераторы 11 и 12 синусоидальных напряжений.

Детектор квазиравновесия работает следующим образом.

Сравниваемые гармонические сигналы U и U> с выходов первого и второго генераторов синусоидальных напряжений (фиг. За) подаются соответственно на первый и второй входы блока 1 определения квадрантов, информация о квадранте, в котором находится вектор сигнала 0 относительно вектора U< поступает на управляющий вход формирователя ? импульсов. Гармонический сигнал U< креме того подается на формирователь 2 импульсов и амплитудный преобразователь 3, а гар9381

5 монический сигнал U — на один иэ входов нуль-органа 6.

В зависимости от квадранта сравнение амплитуд синфазной и квадратурной составляющих сигнала U с амплитудой сигнала 01 производится в различное время. В случае первого квадранта с первого выхода формирователя импульсов прямоугольный импульс (фиг. Зб), начало и конец которого 10 совпадают с моментами перехода гармонического сигнала 0 через нулевой уровень соответственно с минуса на плюс и с плюса на минус, подается на управляющий вход ключа 4. 15

Короткие импульсы (фиг. Зв), сформированные в моменты положительных экстремумов и переходов через нулевой уровень с плюса на минус сигнала

0.1, с второго выхода формирователя 2О импульсов 2 поступают на первый управляющий вход генератора компенсирующего напряжения 5 и на управляющие входы счетчика 7 и дешифратора 8. Короткие импульсы (фиг. Зд,е),сформи- 25 рованные в те же моменты времени, с третьего и четвертого выходов формирователя импульсов 2 подаются соответственно на первый и второй входы ,цешифратора 8, причем наличие или от- 30 сутствие импульсов в указанные моменты времени на третьем выходе формирователя импульсов несет информацию о том, что измеряется соответственно синфазная или квадратурная состав35 ляющая сигнала 04, а наличие или отсутствие импульсов на четвертом выходе говорит о знаках составляющих (положительная или отрицательная соответственно).

С выхода амплитудного преобразователя 3 опорный сигнал Uon (фиг. 3a), уровень которого пропорционален амплитуде гармонического сигнала 0.1 через ключ 4 поступает на сигнальный

45 вход генератора 5 компенсирующего напряжения.

При выполнении генератора компенсирующего напряжения 5 по схеме (фиг.2а) прямоугольные импульсы (фиг. 3e) с выхода ключа 4 поступают

50 одновременно на вход интегратора 9=1 и один из входов управляемого делителя 10=1 напряжения, на второй вход которого подается линейно возрастающий сигнал И5- (фиг. Зе) с выхода

55 интегратора 9=1.

Сигнал Ид (фиг. 3e) с выхода управляемого делителя напряжения 10=1

63 6 поступает на второй вход нуль-органа 6 и в моменты равенства сигналов

U> и Ug узкие импульсы (йиг. Зж) с выхода нуль-органа 6 подаются одновременно на счетный вход реверсивного счетчика 7 и второй управляющий вход генератора 5 компенсирующего напряжения, т.е. на второй управляющий вход управляемого делителя 10=1 напряжения, сигнал И (фиг. Зе), Hà выходе которого резко уменьшается на

1/р мгновенного значения сигнала в этот момент времени, где и — натуральное число, определяющее количество дискретных значений детектора кваэиравновесия, продолжает линейно возрастать до прихода следующего импульса с выхода нуль-органа 6, т.е. до следующего равенства с сигналом

11

В момент прихода первого импульса (фиг. Зв ) с второго выхода формирователя 2 импульсов на первый управляющий вход генератора 5 компенсирующего напряжения, т, е. одновременно на управляющий вход интегратора 9=1 и первый управляющий вход управляемого делителя 10=1, интегратор 9=1 мгновенно разряжается до нулевого значения и начинает заряжаться вновь с прежней скоростью (фиг. 3e), а сигнал д. на выходе управляемого делителя 10=1 смещается на постоянный отРицательный УРовень (-Оо„). Сигнал 03 (Фиг. 3e) продолжает дискретно изменяться на постоянную величину после каждого равенства с сигналом UZ до момента поступления второго импульса (фиг. Зв) с второго выхода формирователя 2 импульсов.

При выполнении генератора 5 компенсирующего напряжения по схеме (фиг. 2б) прямоугольные импульсы (фиг. Зз) с выхода ключа 4 одновременно поступают на входы управляемого

I делителя напряжения 10=2 и интегратора 9=2, линейно возрастающий сигнал 11 (фиг. Зз), с выхода которого поступает на второй вход нуль-органа 5. В момент равенства входного сигнала О и сигнала U (шиг. Зз) узкий импульс (фиг. Зи) с выхода нульоргана 6 подается на счетный вход реверсивного счетчика 7 и на второй управляющий вход генератора 5 компенсирующего напряжения, т.е. на второй вход управляемого делителя 10=2 напряжения, сигнал U (фиг. Зэ), на выходе которого изменяется от нуле7

938163

8 вого уровня на величину - -) опори ного сигнала U ä с приходом каждого импульса (фиг. Зи) с выхода нуль-органа 6. сигнал 0 5 (фиг. Зз) с выхода управляемого делителя 10=2 напряжения 5 поступает на вход задания начальных условий интегратора 9=2 и определяет величину смещения его выходного сигнала 0 (фиг. Зэ) относительно нулевого уровня, В момент прихода первого 10 импульса (фиг. Зв) с второго выхода формирователя 2 импульсов на первый управляющий вход генератора 5 компенсируюцего напряжения 5, т.е. на соответствующий вход управляемого делите- 15 ля 1D=2 напряжения, сигнал 0В (фиг.Зз) на его выходе смещается до уровня, равного (-20O@>. Сигнал U (фиг. Зз) вновь сравнивается с сигйалом U< и дискретно изменяется после каждого ра 2о венства в течение четверти периода сигнала U4 до прихода второго импульса (йиг. Зв) с второго выхода формирователя 2 импульсов.

Интеграторы 9=1 и 9=2 отрегулиро- g5 ваны так, что линейно возрастающие сигналы 0 (фиг. Зе,з) на их выходах за четверть периода достигают величины опорного сигнала Uon т.е. амплитуды входного сигнала U< (йиг. За).

К моменту начала развертки (ля схемы фиг. 2а, к моменту начала первой развертки) реверсивный счетчик 7 включен в режиме вычитания и в нем записа но число "и". С приходом К-импульсов

35 (йиг. 3 ж, и) на его счетный вход записанное в нем число становится равным И -к, где к — число моментов равенства сигнала (фиг. Зе,.з ) с выхода генератора компенсирующего на40 пряжения 5 и входного сигнала Ug за время от момента перехода гармонического сигнала 0 через нулевой уровень с минуса на плюс до момента его положительного экстремума. В момент поступления первого импульса (йиг.Зв)

45 с второго выхода формирователя 2 импульсов с дешийратора 8 снимается информация, а реверсивный счетчик 7 сбрасывается до нуля и переключается в режим сложения. С приходом й1-импульсов (фиг. 3 ж,и) на его счетный вход с выхода нуль-органа 6 записанное в счетчике число становится рав ным 1и, где & — число моментов ра венства сигнала с выхода генератора компенсирующего напряжения (фиг. 3e,з) и входного сигнала 0 за время от момента положительного экстремума гармонического сигнала 0< до момента

его перехода через нулевой уровень с плюса на минус. В момент пост пления второго импульса (йиг. Зв) с второго выхода формирователя 2 импульсов с дешифратора 8 вновь снимается информация, а реверсивный счетчик 7 переключается в режим вычитания, и в нем записывается число и.

Из временных диаграмм (йиг. Зг, д,е,з) видно, что числа (и-S) и m показывают, какие части сигнала U и с какими знаками составляют синйазная и нвадратурная составляющие сигна. ла 0 (фиг. За) при нахождении вектора сигнала О в первом квадранте относительно вектора сигнала 0

Аналогичным образом могут быть определены соотношения между составляющими (синфазной и квадратурной ) сигнала 02 и сигналом 0.1 однако в соот-! ветствии с сигналами с выхода блока определения квадрантов импульсы на выходах йормирователя 2 импульсов появляются в моменты времени, указанные в таблице (фиг. 4).

Детектор квазиравновесия может быть использован как в мостах и компенсаторах переменного тока, так и в преобразователях параметров комплексных величин в цийровой код. В атом случае на его первый вход подается сигнал с первичного измерительного преобразователя, например, на основе усилителя с обратной связью, а на второй вход — опорный сигнал с гене" ратора образцового напряжения. Применение предлагаемого детектора квазиравновесия позволяет не только сократить время сравнения составляющих гармонического сигнала с другим сигналом, но и получить информацию об их соотношении в цийровом коде, включающем и знак составляющей, что позволяет значительно повысить скорость измерения комплексных величин.

Предлагаемое устройство позволяет получать код, пропорциональный соотношению амплитуд составляющих (синфазной и квадратурной ) одного из гармонических сигналов к амплитуде второго гармонического сигнала, что значительно повышает быстродействие мостов, компенсаторов, а также систем автоматизированного контроля и управления технологическими процессами .

938163

10 формула изобретения

1. Детектор квазиравновесия, содержащий формирователь импульсов, вход и выход которого соединены со- % ответственно с первым входом детектора квазиравновесия и с управляющим входом ключа, генератор компенсирую щего напряжения, выход которого подключен к одному из входов нуль-органа, и счетчик, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных воэможностей, в него дополнительно введены второй генератор синусои- 15 дального напряжения, блок определения квадрантов, амплитудный преобразователь и дешифратор, причем. первый вход блока определения квадрантов соединен с сигнальным входом Формирова- 20 теля импульсов и через амплитудный преобразователь и ключ - с сигнальным входом генератора компенсирующего напряжения, а выход подсоединен к управляющему входу формирователя импуль-2$ во, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, а четвертый. выход подключен к управляющим входам счетчика и дешифратора и первому yrfpaвляющему входу генератора компенсирующего напряжения, второй управляющий вход которого подсоединен к выхаду нуль-органа и через счетчик - к третьему входу дешифратора, выход которого соединен с выходом детектора квазиравновесия.

2; Детектор по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что генератор компенсирующего напряжения содержит интегратор и управляемый делитель напряжения, причем сигнальный вход генератора компен ирующего напряжения соединен с первым и через интеграторс вторым сигнальными входами управляемого делителя напряжения, первый управляющий вход которого подсоединен

k управляющему входу интегратора и является первым управляющим входом генератора комле нси рующе ro нап ряжени я, второй управляющий вход и выход которого являются соответственно вторым управляющим входом и выходом управляемого делителя напряжения.

3. Детектор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что генератор компенсирующего напряжения содержит интегратор и управляемый делитель напряжения, причем сигнальный вход генератора компенсирующего напряжения соединен с сигнальным входом и через управляемый делитель напряжения с входом смешения интегратора, выход которого является выходом генератора компенсирующего напряжения, первый и второй управляющие входы которого являются соответственно первым и вторым управляющими входами управляемого делителя напряжения.

11сточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 387330, кл. G 05 В 1/01, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Н 521522, кл. G 01 R 17/06, 1976 (прототип).