Устройство для определения моментов экстремумов гармонических сигналов Советский патент 1983 года по МПК G01R19/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТОВ ЭКСТРЕМУМОВ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано в автоматических приборах для изм рения параметров переменного напряже ния. Известен датчик моментов экстрему ма, содержащий амплитудно-частотный преобразователь, генератор эталонных импульсов, логические элементы ИЛИ и триггеры, реверсивный счетчик, элемен зацержки и жцуший генератор fl . Недостатками известного устройств являются ограниченный амплитудный и частотный диапазон, низкая помехоустойчивость. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для определения моментов экстремумов гармонических сигналов, содержащее формирователь, генератор эталонных импульсов, логические элементы И, триггеры, реверсивный счетчик и ждущий генератор . Недостатком данного устройства является низкая точность моментов экстремумов гармонических сигналов при наличии низкочастотных помех или постоянной составляющей в исследуемом сигнале. Цель изобретения - повышение точности определения моментов экстремумов гармонических сигналов компенсации влияйния. низкочастотны : помех или постоянной составляющей в исследуемом сигнале. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения моментов экстремумов гармонических сигналов, содержащее ждущий генератор, генератор эталонных импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И подключен к ному входу первого триггера, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу ВТОРОГО элемента И, а установочный вход соединен с установочным входом первого триггера и-вторьяиг входом первого элемента И, црполнигельно введены компарагор, блок определения ошибки, элемент ИЛИ,формирователь уравновешивающего напряжения, Выход которого соединен с первым входом компаратора, с вторым входом которого соединена входная информационная шина устройства, а выход компарато ра соединен с инверсным входом второго элемента И, вторым входом первого эле мента И н первыми входами блока определения ошибки и формирователя уравнснвешившощего напряжения, второй вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика и входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, входом ждущего генератора и вторым входом блока определения ошибок, первый выход которого подключен к третьему входу формирователя уравновешиваюшехх) напряясения, кроме того блок определения ошибки содержит четыре элемента И, гене ратор эталонных импульсов, три триггера, реверсивный счетчик, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ и линию зпдержки, причем инверсные входы первого и второго элементов И подключены к входу ждущего генератора, выход первого элемента И через первый вхоц элемента ИЛИ подключен к суммирующему, вхоцу реверсивного счетчика, выход генератора . эталонных импульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, а выход последнего подклю чен к счетному входу перво1ч триггера выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход компаратора соединен с вторым входом третьего элемента И, установочным входом триггера, первым входо - четвертого элемента И, с задерж:кОй установочным входом второ гх триггера и через линию задержки с установочными входами третьего триггера и реверсивного счетчика, выход которого является первым выходом блока и соединен с третьим входом формирователя уравновешивающего напряжения и входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которог соединен с вторым входом четвертого элемента И и единичньп«1 входом второго триггера, прямой выход которогчэ являет ся вторым выходом блока и соединен с третьим входом формирователя уравновешивающего напряжения и вторым входом первого элемента И, а инверсный выход подключен к второму входу второго элеента И, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выход четвертого элемента И с задержой соединен с единичным входом третьео триггера, прямой выход которого явля:ется третьим выходом блока, кроме того формирователь уравновешивающего напряжения содержит сумматор-вычита тель, накапливающий регистр, цифроаналоговый преобразователь в элемент задержки, причем первый синхронизирующий вход сумматора-вычитателя соединен с выходом компаратора и через элемент задержки с первым синхронизирующим входом накапливающего регистра, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к первому входу компаратора, а второй, третий и четвертый входы. сумматора-вычитателя соединены соответственно с выходом реверсивного счет чика устройства, первым и вторым выходом блока определения ошибок и выходом накапливающего регистра, второй вход которого подключен к выходу сумматор -выч итателя. На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для определения моментов экстремумов гармонических сигналов; на фиг. 2 и фиг, 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг, 4 - функциональная схема блока определения ошибок; на фиг. 5 - функциональная схема формирователя уравновешивающего напряжения. Устройство (фиг, 1) содержит компаратор 1, генератор 2 эталонных импульсов, элементы И 3 и 4, триггер 5, риверснЁНый счетчик 6, элемевд ИЛИ 7, ждущий гене1ратор 8, блок 9 определения ошибки, формирователь 10 уравновешивающего напряжения. Блок 9 определения ошибки (фиг, 4) содержит генератор 11 эталонных импульсов, счётный триггер 12, элемент ИЛИ 13. элемент ИЛИ-НЕ 14, реверсивный счетчик 15, элемент 16 задержки, триггеры .17 и 18, элементы И 19 - 21 и элемент Ис задержкой 22. Формирователь уравновешивающего напряжения 1О (фиг, 5) содержит сумм&тор-вычитатель 23, накапливающий регистр 24, цифро-аналоговый преобразователь 25, элемент 26 задержки. Кроме того, устройство содержит шину 27 и выходные шины 28 и 29, На диаграммах (фиг, 2 и 3) приведены изменения сигналов устройства во времени где: А - входной информационный сигHanjБ - сигнал на выходе компаратора 1; Ж - сигнал (эквивалент двоичного кода) с выхода реверсивно го счетчика 6 устройства; , 3 - сигнал (эквивалент двоичного кода) пропорциональный ошиб определения экстремума; 3 - сигнал, соответствующий знак определения экстремума; Р - сигнал обратной связи; К - выходной информационный сиг нал;. М - разрешающий сигнал. Устройство работает следующим образом. Входной гармонический сигнал с низ кочастогной или постоянной составляющ помехи поступает на вход компаратора на выходе которого формируется входно {сигнал Б. При положительной разности Hanpsf:жений входного сигнала и сигнала с выхода формирователя 10 уравновешивак шего напряжения, поступающего на первый вход компаратора 1, (в исходном соугояатв по сигналу Пуск уровень сигнала Р на выходе формирователя 1О уравновешивающего напряжения раСен нулю), на его выходе формируется уровень сигнала, соответствующий логической единице, а при отрицательной ра ности - уровень логического нуля. Таки образом, при не нулевом значении помехи, длительность fei единичного овня выходного сигнала компаратора 1 не равняется длительности t нулевого уровня выходного сигнала. Сигнал логической единицы на выходе компаратора 1 передним фронтом устанавливает триггеры 5, .12,-17 н 18 и реверсивные счетчики 6 и 15 в исхоА ное состояние, этом импульсы эталонной частоты с выхода генератора 2 через элемент И 3, на второй вхоц которого подается разрешающий сигнал с выхода компаратора 1, поступают на счетный вход триггера 5, с выхода которого они с частотой 2 подаются на суммирующий вход реверсивного счет чика 6. Число импульсов N, зафиксированное счетчиком 6 за время -fc , пропорционально половине длительности единичного иь1Ходного сигнала компарато ра 1, т.е. t-j 2. При этом, за времй i элемент И 4 находится в запертом состо;янии, так как на его инверсный вход поступает запрещающий сигнал с уровнем логической 1 с выхода компаратора 1. При появлении на выходе компаратора ,1 сигнала нулевого уровня элемент И 3 .запирается, а элемент И4 отпирается, так как с выхода элемента ИЛИ- на его вход поступает разрещающий уровень логической 1, соответствующий наличию информации на выходе реверсивного счетчика 6, а на инверсном входе присутствует нулевой уровень с выхода компаратора 1. При этом импульсы эталонной частоты с выхода генератора 2 через открытый элемент И 4 поступают на вычитающий вход реверсиыюго счетчика 6 и вычитаются из числа . Процесс выч гания происходит в два раза быстрее, чем суммирование так как частота импульсов, поступающих на вычитающий вход в два раза выше частоты импульсов, поступающих на суммирующий вход. Когда в процессе вычитания информация на выходе реверсивного счетчика 6 нулевая на выходе элемента ИЛИ 7 единичный уровень сигнала изменяется на нулевой, в результате чего элемент И 4 оказывается запертым запрещая даль- нейщее поступление импульсов на вычитающий вхоц реверсивного счегчика 6 и запуская задним фронтом жцущий генератор 8. Поступление импульса К с выхода ждущего генератора 8 на выход 28 yct ройства, при отсутствии помехи, совпагдает с моментом достижения отрицательным полупериодом экстремального значения. Однако вследствии наличия пом&хи, положение экстремума определяется с ошибкой. Последовательную коррекцию этой ошибки, т.е. компенсацию помехи на входе компаратора 1, обеспечивают совместно блок 9 определения ошибки и формирователь 10 уравновешивающего напряжения. Блок 9 определения ошибки работает следующим образом.. Единичный уровень сигнала с выхода компаратора 1 поступает на вход элемента И 21, разрешая прохождение им- эталонной частоты с выхода г&нератора 11 на счетный вхоц триггера 12, с выхоца которого они с частотой f 2 через элемент 13 поступают на суммирующий вхоц реверсивного счетчика 15. При этом на вход реверсивного счетчика 15, за время наличия единичного вкшульса на выходе комспаратора 1, поступает число импульсов N-(, пролорцись нальное. половине длительности этого : иктульса т.е. -j 2. Состояние реверсивного счетчика 15, соответствующее числу импульсов N , со.храняется от момента появления нулевого уровня на выходе компаратора 1 до момента изменения единичного уровня сиг нала на нулевой на выхоце элемента ИЛИ или ао момента появления на выкоде компаратора 1 очередного импульса единичного уровня. При этом в первом случае открывается элемент И 20, на один из входов KOTOpoiro поступает единичный уровень с инверсного выхода тригг-ера 17, а на инверсный вход - нул вой уровень с выхода элемента ИЛИ 7, и импульсы с генератора эталонной частоты 11 поступшот на вычитающий вход реверсивного счетчика 15. Во втором случае происходит обнуление реверсивно го счетчика 15. . Р1а конец интервала времени Ьд состояние реверсивного счетчика 15 мо- ( жет быть одним из следующих. При напряжении помехи меньше нуля, т.е. при i -tQ состояние реверсивно го счетчика 15 за время tg успеет измениться до нуля, что зарегистрирует логический элемент ИЛИ-НЕ 14 и переключит триггер 17 в состояние, . когда на его прямом выходе поясвится единичный уровень сигнала. Сигнал с инверсного выхода тригг&ра 17 запирает элемент И 20, с выхода которого прекра1щают поступать импульсы на вычитающий вход реверсивного счетчшса 15, а единичным сигналом с прямого выхода триггера 17 открывает ся. логический элемент И ,19, на инверсный вход которого подается нулевой уровень сигн, ла с выхода элемента ИЛИ 7 При этом с выхода генератора 11 им- пульсы через элементы И 19 и ИЛИ 13 пос гупают на суммирующий вход ре« версивного счетчика 15. Таким о&разом, к концу интервала tg состоя кие реверсивного счетчика 15 характеризуется числом имвульсов пропори 1ХИО1)альным доле ошибки определения момента экстремума,. а состояние тригч гера 17, на прямом выходе котророго присутствует единичный уровень сигнала, соответствует оп ёжепшо найденнО) го положения экстремума относительно действительногч). При напряжении помехн больше нуля т.е. при -to , состояние реверсив ого счетчика 15 уменьшается до велиины , причем без реверса в напра ении счета в течении интервала -tg Этот код также пропорционален величине ощибки в определении положения экстремума, а состояние триггера 17, когда на его прямом выходе присутствует ну левой уровень выходного ситаала, соотетствует отставанию найденного положения-экстремума от действительного. При напряжении помехи, равном нулю или поёле полной компенсации помехи .е. при , состояние реверсивного счетчика 15 изменяется до нуля, причем нулевое состояние зафиксировано в иомент появления на выхоае компаратора 1 единичного уровня выходного сигнала. В этот же момент при совпадении импульсов с выхода компаратора 1 и элемента И ЛИ.-НЕ 14 открывается элемент И 22с задержкой в 21 его выходной импульс переключаеттригг&р 18 в положение когда на его прямом выходе {формируется выходные сигнал М ецин.ично|го уровня.. . Едш1ичиь1й уровень выходного М на шине 28 устройства, при наличии выходного импульса К, поступающего с выхода ждущего генератора 8, соответствует истинному положению эксо ремума с заданной точностью. Код NK, определенный при наличии помехи, в знак этого кода поступают соответственно с выхода реверсивного счетчика 15 и триггера 17 на вход формирователя уравновешивающего напряжения 10 (фиг. 5) который работает следующим образом. Сигнал 3 с выхода реверсивного счетчика 15, пропорциональный величине ошибки, в определении максимума, сигнал 3 соответствующий знаку этой ошибки и сигнал Ж с выхода реверси&ного счетчика 6 (необходимый для отработки положительной помехи большой интенсивности, при которой за интервал времени не происходит обнуления реверсивного счетчика 6) поступают на вжод сумматора 23, где суммируются с и форма1шей, поступающей с вь1хода регистра 24. Передним фронтом стробирующегб импульса с выхода компаратора 1 полу ченная сумма кодов переписывается в регистр 24. . -/Таким образом осуществляется накапливание в регистре 24 кода, пропорционального величине помехи. Код с выхода регистра 24 поступает яа вход цифро-аналогового преобразовдтеля 25, который форкшрует величину уравновешивающего напряжения, соотве1 ствующвго знака, которое поступает на вход компарат :фа, компенсируя напряжеШ1е помехи... Начало формирования информационного импульса -t, в след1Ж 1цём цикле прибп жения осуществляется с задержкой, сщ} деляемой переходным процессом на Bxoii де компаратора. В случае значительной величины этой задержки цикл приближения должен складываться из двух периодов входного сигнала. Новый цикл более точного измерёння момевгга экстремума гармонического сиг нала начинается при по5юлени0 на выхоае компаратора 1 сигнала t-,. Предлагаемое устройство араволяет (И1редел5т моменты экстремумов гармонических сигналов при наличии низкочастотной помехи или посто$шной сеютавляо шей путем непрерывного сложения и ком .пенсации напряже 1ия помехи на основе .информации об ошибке в опрепелении истинного положения моменга экстремум Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я 1, Устройство для определения мо. ментов экстремумов гармонических сигналов, содержащее ждущий генератор, генерат ф эталонных импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элемешюв И, выход первсхго элемента И подключен к счетному входу первого триггера, выгход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитан ший вход которогю соединен с выходом второго элемента И, а установочный вход соединен с установочным входом первого триггера и вторым входом nei вогчэ элемента И о т д и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения точности определения моментов экстр&мумов, в устройство дополнительно введены компаратор, блок определения ошибки элемент ИЛИ, .фqpмEqpoвaтeль уравновешивающего напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, с вторым входом которого соединена входная информационная шина устройства, а выход компаратора соец нен с инверсным входом второго эремеита И, вторым первого элемента И и первыми вхоцами бяока опреаеления ошибки и формирователя уравновешиваюшего напряжения, второй вход которого подключен к выходу реверсивного .счетчика, и входу элемента ИЛИ, выход которого соедшен с вторым входом второго элемента И, входом ждущего генератора и вторым вяюдом блока определения ошибок, первый выхоа которого подключен к третьеыог входу формирователя уравновешивающего напряжение 2,Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения ошибки содержит четыре этюмента И, генерагор эталонных импульсов, три триг-. ге-ра, реверсивный счетчик, элемент ИЛИ, (элемент ИЛИ-4Ш и линию задержки, : причем инверсные входы первого и элекюигов И подключены к входу жду щего генератора, выход первого элемевта И первый вход элемента ИЛИ подключен к суммирующему входу ревер сивного счетчика, выход генератора эталонных импульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, а выход последнего подключен к счетному входу первого триггера, выход которого с вторым входом элемента ИЛИ, выход компарат ра сооди нен с Bxoa(i третьего элеме та И, установочным входом триггера, первым входом четвертого элемента И, с задержкой установочным входом второго 1риггера и через гткао задержки с уотановочными входами третьего тригге и реверсивного счетниха, выход котсфого является первым выходом блока в соединен с третьим входом формирователя уравновешивающего нащряжения и вхшом элемеша ИЛИ-НЕ, выход которого со& динен с вторым входом четв угого эл&мента И и ещгавпнш. входом дагорого триггера, прямой выхоа которого является вторым выходом блока и соединен с. третьим входом формщювателя уравновешивающего нахфяжения и вторым входом первого элемента И, а инверсшлй выход подключен к второму входу второго эле- мента И, выход которого соединен с вь чсггающим реверсивного счетчика, выход четвертого элемента ,И с задержкой соединен с единичным входом третьего триггера, прямой выход оторого является третьим выходом блока. 3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что формирователь уравновешивающего напряжения содержит сумматор-вычитатель, накапливающий регистр, цифро-аналогх вый преобразов тель и эламе1гг задержки, причем первый синхронизирую.ший вход сумматора-вычи10бетеля соединен с выходом компаратора и через элемент задержки с первым си тдюнвзируюшнм входом накалливаюшегю . регистра, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразобателя, выход которого подключен к первому входу компаратору, а j&Topoft, третий и четвертый входы сумматора - вычигателя соединены соответственно с выходом реверсивного счетчика устройства, «первым 99 щ вторым выходом блока определения ишк- бок и выходом накапливающего регистра, второй вход которого подключен к вььходу сумматора выч(ггателя. Источники инфоркшиии, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское сввдетельство СССР № 436298, кл. Q 01 R 29/02. 2.Авторское свидетельство СССР Mb 617738, кл. Q 01 R 19/О4.