СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИЛИ ТОКА СИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ Российский патент 2000 года по МПК G01R19/30 

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в тех областях научной и промышленной деятельности, где необходимо знание параметра переменного синусоидального напряжения или тока.

Известен способ определения амплитуды напряжения или тока синусоидальной формы, заключающийся в том, что синусоидальный сигнал выпрямляют и подают на конденсатор, где сохраняют его в виде заряда, пропорционально которому отображают значение амплитуды. Через амплитудное значение определяют эффективное U_эф= 0,707 U_m и среднее U_ср = 0,637 U_m значения синусоидального сигнала. (см. А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: Бином, 1994 г., с. 318 - 325).

К недостаткам данного способа следует отнести невозможность одновременного определения временных и частотных характеристик синусоидального сигнала.

Известен также способ определения периода синусоидального сигнала, заключающийся в том, что синусоидальный сигнал преобразуют с помощью триггера Шмидта в последовательность прямоугольных импульсов с периодом следования T, равным периоду синусоидального сигнала, и из этой последовательности с помощью переключателя задают n периодов измерения, в течение которых счетчик числа импульсов подсчитывает N импульсов с известным периодом следования T_и, но таким, что T_и << T. По завершении счета определяют период синусоидального сигнала по формуле T = (T_иN)/n. По периоду определяют частоту ν = 1/T и циклическую частоту ω = (2π)/T синусоидального сигнала (см. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники, т. 3. - М.: Мир, 1993 г., с. 294 - 298).

Недостатком этого способа является невозможность определения амплитуды синусоидального сигнала.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей процесса измерения параметров синусоидального сигнала, выражающееся в определении периода и амплитуды синусоидального сигнала по результатам измерения интервалов времени.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения параметров переменного напряжения (или тока) синусоидальной формы, заключающемся в измерении интервала времени между тремя последовательными переходами напряжения (или тока) через некоторое пороговое напряжение (или ток), устанавливают два одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений U_п (или тока), заведомо меньших амплитуды синусоидального сигнала, и измеряют последовательно время t₁ между первыми двумя последовательными переходами двух пороговых напряжений (или токов) и время t₂ от момента второго перехода порогового напряжения (или тока) до момента следующего третьего последовательного перехода того же порогового напряжения (или тока), а период колебаний синусоидального сигнала T и его амплитуду U_m определяют по формулам:
T = 2(t₁ + t₂),

В предлагаемом способе комплексного определения параметров переменного напряжения или тока синусоидальной формы период колебаний и его амплитуду определяют по результатам последовательного измерения двух интервалов времени: времени между первыми двумя последовательными переходами двух пороговых напряжений (или токов) и времени от момента второго перехода порогового напряжения (или тока) до момента следующего третьего последовательного перехода того же порогового напряжения. В то время как в известном способе период синусоидального сигнала определяют по числу прямоугольных импульсов, с длительностью много меньшей величины измеряемого периода синусоидального сигнала, укладывающихся в задаваемом числе периодов синусоидального сигнала, задаваемых прямоугольными импульсами, период следования которых равен периоду синусоидального сигнала, а определение амплитуды синусоидального сигнала невозможно.

Теоретическим обоснованием предлагаемого способа являются следующие положения. Если для синусоидального сигнала (фиг. 1) установить два пороговых уровня |+U_п| = |-U_п| = U_п, так что U_n < U_m, то относительно этих уровней можно ввести три интервала времени: t₁, t₂ и t₃. В силу симметричности синусоидального сигнала относительно оси времени t₁ = t₃ и t₁ = t₁/2 + t₁/2. Тогда период синусоидального сигнала может быть представлен следующим образом:
T = 2(t₁/2 + t₂ + t₃/2) = 2(t₁ + t₂). (1)
Из уравнения синусоидального сигнала U = U_msinωt следует, что (см. фиг. 1):
(2)
Так как ω = 2π/T = 2π/[2(t₁+t₂)] = π/(t₁+t₂), то равенство (2) будет иметь вид

Т. о. из уравнений (1) и (3) следует, что для того, чтобы определить период синусоидального напряжения (или тока) и его амплитуду при заданном пороговом напряжении (или токе), достаточно замерить интервал времени t₁ и t₂ в соответствии с обозначениями на фиг. 1.

На фиг. 1 представлен график изменения напряжения по синусоидальному закону с показом пороговых напряжений и измеряемых интервалов времени.

На фиг. 2 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг. 3 представлена диаграмма сигналов в соответствующих точках устройства.

Устройство (фиг. 2) содержит компараторы 1 и 2, неинвертирующий и инвертирующий входы которых подсоединены к общему входу. Выход компаратора 1 соединен с входом формирователя импульсов по срезу 3, выход которого соединен с входом "Стоп" измерителя интервалов времени 4, вход "Пуск" которого соединен с выходом формирователя импульсов по срезу 5, вход которого соединен с выходом компаратора 2.

Реализация предлагаемого способа приведенным устройством осуществляется следующим образом. На вход устройства (см. фиг. 2) подают синусоидальный сигнал, положительные полуволны которого по достижении порогового значения +U_п создают на выходе компаратора 1 прямоугольные импульсы длительностью t₂, а отрицательные полуволны по достижении порогового напряжения -U_п создают на выходе компаратора 2 прямоугольные импульсы той же длительности t₂ (см. фиг. 3). Эти последовательности импульсов подают на входы формирователей импульсов по срезу 3 и 5, на выходах которых формируются импульсы длительностью много меньшей t₂, фронты которых совпадают по срезам импульсов, поступающих на их входы. Короткие импульсы с выхода формирователя импульсов по срезу 5 подают на вход "Пуск" измерителя интервалов времени 4 и запускают его. Короткие импульсы с выхода формирователя импульсов по срезу 3 подают на вход "Стоп" измерителя интервалов времени 4 и останавливают его. В результате измеритель интервалов времени измеряет время (t₁ + t₂), по которому и определяют период и амплитуду исследуемого синусоидального сигнала.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в тех областях научной и промышленной деятельности, где необходимо знание параметров синусоидального напряжения или тока. Достигаемым техническим результатом является определение периода и амплитуды синусоидального сигнала по результатам измерения интервалов времени. Способ комплексного определения параметров переменного напряжения синусоидальной формы характеризуется тем, что устанавливают два одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений U_n, меньших по величине амплитуды измеряемого синусоидального сигнала, измеряют последовательно время t₁ между первым и вторым последовательными переходами двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений, и время t₂ между вторым и третьим последовательными переходами одного из двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений, а период колебания синусоидального сигнала Т и его амплитуду U_m определяют по формулам T=2(t₁+t₂), 3 ил.

Способ комплексного определения параметров переменного напряжения синусоидальной формы, заключающийся в измерении интервала времени между тремя последовательными переходами напряжения через некоторое пороговое напряжение, отличающийся тем, что устанавливают два одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений U_п, меньших по величине амплитуды измеряемого синусоидального сигнала, и замеряют последовательно время t₁ между первым и вторым последовательными переходами двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений, и время t₂ между вторым и третьим последовательными переходами одного из двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений, а период колебания синусоидального сигнала Т и его амплитуду U_m определяют по формулам
T = 2(t₁ + t₂),