Устройство для сравнения амплитуд гармонических колебаний одинаковой частоты Советский патент 1984 года по МПК G05B1/01 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, в прецизионных генераторах многофазных напряжений Известен амплитудно-дифференцйаль ный нуль-орган, содержащий два согласующих устройства, два усилителяограничителя, компаратор, элементы И и ЗАПРЕТ и интегратор tl. Однако известное устройство обладает недостаточной точностью, огра ничиваемой неидентичностью коэффициентов передачи согласующих устройс во и разностью уровней выходных напряжений элементов И и ЗАПРЕТ. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее два усилителя-ограничителя, входы которых сое динены с входными шинами, а выходы подключены к входам блока управления амплитудный компаратор, один вход ко торого соединен с вь1ходом источника опорного напряжения, а второй подключен к выходу согласующего элемента, два ключа, входы которых соедине ны с входными шинами, а выходы подключены к входу согласующего элемента, генератор импульсов, реверсивный счетчик и триггер, один вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, второй вход соединен с вхо дом сброса реверсивного счетчика и о ним из выходов блока управления, два других выхода которого соединены соответственно с входами суммирования и вычитания реверсивного счетчика и входа ш управления ключей, а выход генератора импульсов соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом амплитудного компаратора t23. Недостаток данного устройства заключается в значительной чувствительности его к постоянным составляющим, содержащимся в сравниваемых сигналах, что приводит к существенным погрешностям, например, при срав нении амплитуд колебаний многофазного генератора, у которого смещены нулевые уровни выходных сигналов. Цель изобретения - повышение точ ности сравнения путем снижения чувст вительности устройства к постоянным составляющим, содержащимся в сравниваемых сигналах. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее два ключа, входы которых подключены к входным шинам и через соответствующие усилители с ограничением - к входам блока управления, а выходы через согласующий элемент - к первому входу амплитудного компаратора, вторым входом подключенного к выходу источника опорного напряжения, а также последовательно соединенные генератор импульсов, элемент И, счетчик и триггер, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления и входом сброса счетчика, второй и третий входы которого соединены с управляющими входами ключей и с вторым и третьим выходами блока управления, введены элемент НЕ и последовательно соединенные инвертор, второй амплитудныГ компаратор и элемент ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И, а второй вход через элемент НЕ к выходу первого амплитудного компаратора, первый вход которого объединен с вторым входом второго амплитудного компаратора, а вход инвертора соединен с выходом источника опорного напряжения. Инвертор и второй амплитудный компаратор входят в состав второй измерительной цепи, выделяющей длительности превышения отрицательными полуволнами сравниваемых сигналов уровня - и . Реверсивный счетчик в предлагаемом ycTpoiiCTBe сравнивает суммарные длительности превьш1ения каждой полуволной сравниваемых сигналов уровней +U и -UQ. При отсутствии постоянной составляющей для каждого сигнала эти длительности равны, В случае содержания во входном сигнале постоянной составляющей, например положительной полярности, длительность превышения положительной полуволной входного сигнала уровня +U увеличивается, а длительность превьш1ения отрицательной полуволной уровня -UQ уменьшается, в то время Как суммарная д,пительность этих временных интервалов остается приблизительно постоянной, т.е. снижается чувствительность заявляемого устройства к постоянным составляющим, со-, держащимся в сравниваемых сигналах. На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - принципиальная схема варианта технической реализации блока управления; на фиг.З - диаграммы работы устройства сравнения. Устройство содержит ключи 1 и 2, согласующий элемент 3, усилители с ограничением 4 и 5, блок управления 6, источник опорного напряжения 7, инвертор 8, амплитудные компараторы 9 и 10, элементы НЕ II, ИЛИ 12, И 13, генератор импульсов 14, реверсивный счетчик 15, триггер 16. Входные сигналы подают на входные шины 17 и 18. Выходной сигнал снимают с выхода 19. Блок управления 6 содержит триггеры 20, 21 и 22 и ждущий мультивибратор 23. Входы 24 и 25 соединяют с ответственно с выходами усилителейограничителей 4 и 5. Выход 26 подкл чают ко входу сброса реверсивного счетчика 15, а выходы 27 и 28 - к у равляющим входам ключей 1 и 2. На диаграммах фиг.З приняты следующие обозначения: 29 и 30 - сравниваемые сигналы и., и L ; 31 и 32 выходные сигналы усилителей с огран чением 4 и 5; 33 и 34 - сигналы на управляющих входах ключей 1 и 2} 35 - напряжение на входе сброса реверсивного счетчика; 36 - напряжение на прямом выходе триггера 22; 37 - напряжение на выходе согласующего элемента 3, 38, 39 - уровни +UQ И Ujj; 40 и 41 - сигналы на вы ходах компараторов 10 и 9; 42 - выходное напряжение элемента ИЛИ 12,4 44 - выходные сигналы согласующего эле мента 3 и элемента ИЛИ 12 для соотнощения амплитуд сравниваемых сигналов , но при содержании в сигнале постоянной составляющей величиной ди Ч| IС,t, обозначают соответственно длительности превышения положительного +U Q и отрицательного Ufl уровней первым U и вторым ниваемыми сигналами. Из фиг.З видно, что при отсутствии постоянной составляющей в сравниваемом сигнале ,, а при наличии постоянной составляющей положительной полярности в сигнале Т2 .. При этом Т несмотря н то, что амплитуда сигнала U больще амплитуды сигнала U2, т.е. в этом случае устройство-прототип выдает неправильную информацию, а предлагаемое устройство формирует правиль ный сигнал, индицируемый о соотноше нии амплитуд сигналов U и U. Устройство работает следуюгцим об разом. После очередного такта сравнения при поступлении положительной полуволны сигнала U потенциалом с выхог;. да блока управления 6 открьшается ключ 1 (ключ 2 закрытJ и реверсивный счетчик 15 включается в режим суммирования входных импульсов. Напряжение и через открытый ключ 1 и сог- ласующий элемент 3 поступает на ин вертирующие входы компараторов 10 и 9 133,37), на неинвертирующие входы которых поданы соответственно потенциалы +U о (от источника опорного напряжения 7) и -UQ (с выхода инвертора 8 . При превьшении сигналом U уровня +Ug на выходе компаратора 10 устанавливается нулевой потенциал, а на выходах элементов НЕ 11 и ИЛИ 12- единичный (40,42), и через открытый элемент И 13 импульсы высокой частоты с выхода генератора 14 проходят на счетный вход реверсивного счетчика 15, включенного в режим суммирования входных импульсов. По окончании интервала времени превышения сигналом и уровня U, на выходе компаратора 10 устанавливается единичный потенциал, элемент И 13 запирается и в реверсивном счетчике 15 фиксируется число, пропорциональное времени превышения сигналом U уровня Uo . При превьшдении отрицательной полуволной сигнала U уровня -U на выходе компаратора 9 устанавливается единичный потенциал, открьшаются элементы ИЛИ 12 и И 13 (41, 42 | и вновь на счетный вход реверсивного счетчика 15 поступают импульсы высокой частоты с выхода генератора 14. По окончании интервала времени превышения отрицательной полуволной сигнала и уровня -UQ в реверсивном Счетчике 15 фиксируется число, пропорциональное сумме интервалов времени превышения каждой полуволной сигнала U соответственно уровней +Uo и -Ufl, , с поступлением ближайшей положительной полуволны сигнала блок управления 6 переключается в противоположное состояние, при котором ключ 1 закрыт, ключ 2 открыт, а реверсивный счетчик 15 включен в режим вычитания. Теперь на инвертирующие входы компараторов 10 и 9 через ключ 2 и согласующий элемент 3 проходит напряжение U. Аналогично в течение промежутков времени превышения калодой полуволной сигнала U соответственно уровней +Ujj и -U на вход реверсивного счетчика 15 через элемент И 13 проходят импульсы от генератора импульсов 14, По окончании этих промежутков времени в реверсивном счетчике 15 фиксируется число, пропорциональное разности суммарных длительностей превьшения уровней +UP и -Ид каждой полуволной сигналов и и U2. При поступлении очередной положительной полуволны сигнала U блок управления 6 возвращается в исходное состояние, при котором ключи 1 и 2 закрыты, и на его выходе формируется импульс (35 ), поступающий на вход сброса реверсивного счетчика 15 И на второй вход триггера 16. По переднему фронту этого импульса в триггер 16 записьшается информация о состоянии старшего разряда реверсивного счетчика 15, и реверсивный счетчик 15 устанавливается в нулевое состояние. Устройство подготовлено для очередного такта сравнения. Емкость реверсивного счетчика 15 выбирается такой, чтобы его старший разряд ие заполнялся при числе входных импульсов, соответствующем длитeльнoctи в один период изменения входньк сигналов. В случае, если амплитуда напряжения U больше или рав на амплитуде напряжения U, то после очередного такта сравнения в старшем разряде реверсивного счетчика 15 записьшается нуль в противоположном случае - единица. Это обус ловлено тем, что в последнем случае в режиме вычитания реверсивный счетчик 15 переходит через нулевое состояние, а это сопровождается появлением единичного сигнала во всех его разрядах. Рассмотрим работу блока управления 6 на примере варианта его технической реализации (фиг.2К В исходном положении триггеры 20,21 и 22 находятся в нулевом состоянии. Нулевые потенциалы с выходов 27 и 28 запирают ключи i и 2, а единичный потенциал с инверсного выхода триггера 22 поддерживает в нулевом состоянии триггер 21. После очередного такта сравнения при поступлении положительной полуволны сигнала U положительным перепадом напряжения (из нулевого состоя ния в единичное / на выходе усилителяограничителя 4 триггер 20 переключается в единичное состояние, и его выходным потенциалом,поступающим на шину 27, открьшается ключ 1 (31,33). По следующему положительному перепаду напряжения на выходе усилителя-ограничителя 4 триггер 20 возвращается в исходное сотояние, ключ закрывается, а по положительному перепаду напряжения на инверсном выходе триггера 20 триггер 22 переходит в единичное состояние (36), снимая единичный потенциал со входа установки нуля триггера 2. Теперь триггер 20 поддерживается в нулевом состоянии единичным потенциалом с прямого выхода триггера 22. С поступлением ближайшей положительной полуволны сигнала положительным перепадом напряжения на выходе усилителя-ограничителя 5 триггер 21 переключапется в единичное состояние, и его выходным потенциалом, поступающим на шину 28, открывается ключ 2 (32, 34). По следующему положительному перепаду напряжения на выходе усилителя-ограничителя 5 триггер 21 возвращается в исходное состояние, ключ 2 закрывается, и по положительному перепаду напряжения на инверсном выходе триггера 21 запускается ждущий мультивибратор 23 (35), выходной импульс которого с шины 26 поступает на вход сброса реверсинного счетчика 13. Положительным перепадом напряжения с инверсного выхода ждущего мультивибратора 23 триггер 22 устанавливается в нулевое состояние (36). Блок управления 6 возвращается в исходное положение. Таким образом, при любом сочетании фаз сравниваемых сигналов один такт сравнения длится не более трех периодов изменения входных сигналов. Изобретение позволяет повысить точность сравнения амплитуд гармонических колебаний и,следовательно, уменьшить, например, разбаланс выходных сигналов прецизионных генераторов многофазных напряжений. Особенно эффективно применение предлагаемого .устройства в прецизионных многофазных генераторах с гальваничес-. КИМ Выходом, в выходных сихналах которых обычно присутствуют постоянные составляющие малой величины.

iff

Фыг.2.

УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ АМШ1ИТУД ГАРМОНИЧЕСКИХ KOJIEBAHPffl ОДИНАКОВОЙ ЧАСТОТЫ, содержащее два ключа, входы которых подключены к входным шинам и через соответствующие усилители с ограничением - к входам блока управления, а выходы через согласующий элемент - к первому входу амплитудного компаратора, вторым входом подключенного к выходу источника f 5 j опорного напряжения, а также последовательно соединенные генератор импульсов, элемент И, счетчик и триггер, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления и входом сброса счетчика, второй и третий входы которого соединены с управляющими входами ключей и с вторым и третьим выходами блока управления, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности устройства, в него введены элементы НЕ и последовательно соединенные инвертор, второй амплитудньш компаратор и элемент ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И, а второй вход через элемент НЕ - к (Л выходу первого амплитудного компаратора, первьй вход которого объединен с вторым входом второго амплитудного компаратора, а вход инвертора соединен с выходом источника опорного напряжения.