Измеритель отношения напряжений Советский патент 1984 года по МПК G01R19/10 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено дляизмерения мгновенных значеНИИ переменных фазных напряжений. Известен измеритель отношения напряжений, содержащий переключатель первьй и второй входы которого подключены соответственно к первому вхо ду устройства и к выходу аттенюатора, вход которого соединен с вторым входом устройства., канал рассогласов ния, первый вход которого соединен с выходом переключателя, а выход подключен к входам реверсивного счетчика, выходы которого соединены с управляющими входами аттенюатора и с входами цифрового отсчетного устройства,, а также генератор, выход котор го подключен к входу блока управлени первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с третьим входом переключателя, с вторым входом канала рассогласования и с вторым входом цифрового отсчетного устройства l , Недостатком этого устройства явля ется низкое быстродействие процесса измерения отношения переменных напряжений, обусловленное тем, что минимальный интервал Т,, необходимый для измерения отношения двух перемен ных напряжений, должен включать 2nN периодов входного сигнала, где п число периодов сигнала в пакете, N число измерений состояния реверсивного счетчика, необходимое для уравновешивания напряжений на входе переключателя. Наиболее близким к изобретению яв ляется измеритель отношения напряжений, содержащий генератор и последовательно соединенные цифровой управляемый аттенюатор, коммутатор каналов, канал рассогласования, ин-. дикатор перекомпенсации и блок управления, выходы которого подключены к входам цифрового управляемого атте нюатора, причем выходы генератора соединены с управляющими входами коммутатора каналов и канала рассогласования соответственно, а также коммутатор входов, первый вход которого подключен к второму входу коммутатора каналов, второй выход соединен с входом цифрового управляемого аттенюатора, управляющий вход связан с выходом блока управления, а первый и второй входы являются вхо дами измерителя 2 . Недостатком известного устройства является низкое быстродействие процесса измерения отношения переменных напряжений, обусловленное тем, что минимальный интервал Т, необходимый для измерения отношения двух переменных напряжений, должен включать 2nN периодов входного сигнала, где п - число периодов сигнала в пакете, N - число изменений затухания аттенюат.ора до уравновешивания напряжений на входе коммутатора каналов. При уменьшении Т д. точность оценки продетектированных напряжений в пакетах (а, следовательно, и измерения отношения напряжений) снижается и при Тщ Т. , где Т - период входного сигнала, устройство теряет работоспособность, так как при смене знака входных напряжений направление изменения затухания аттенюатора изменяется на противоположное. Целью изобретения является повышение быстродействия процесса измерения отношения переменных напряжений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство. Содержащее блок управления, генератор, цифровой управляемый аттенюатор, управляющие входы которого соединены с выходами блока управления, и канал рассогласования, введены первый и второй инверторы, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и усилитель-ограничитель, вход которого соединен с первым входом канала рассогласования и с первым входом измерителя, второй вход которого подключен к входу цифрового управляемого аттенюатора, выход которого соединен, с вторым входом канала рассогласования, первый выход которого соединен с управляющим входом генератора выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, причем выход усилителяограничителя соединен с входом первого инвертора и с первъм входом первого элемента И-, второй вход которого подключен к второму выходу канала рассогласования и к входу второго инвертора, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора.

31

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя; на фиг. 2 диаграммы напряжений, поясняющие его работу.

Измеритель содержит генератор 1, блок 2 управления, цифровой управляемый аттенюатор 3, канал 4 рассогласования, усилитель-ограничитель 5, первый инвертор 6, второй инвертор 7, первый элемент И 8, второй элемент И 9, элемент ИЛИ 10,- выход генератора 1 соединен с первым входом блока 2 управления, выходы которого подключены к управляющим входам цифрового управляемого аттенюатора 3., первый вход измерителя соединен с первым входом канала 4 рассогласования, второй вход которого подключен к выходу цифрового управляемого аттенюатора 3 и к входу усилителя-ограничителя 5 вькод которого подключен к входу первого инвертора 6, управляющий вход генератора 1 подключен к первому выходу канала 4 рассогласования, второй выход которого соединен с входом второго инвертора 7, выход усилителя-ограничителя 5 подключен к первому входу первого элемента И 8, второй вход которого соединен с входом второго инвертора 7, выход которого подключен к первому входу второго элемента И 9, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора 6, выходы первого элемента И 8 и второго элемента И 9 соединены соот ветственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 10, выход которого подключен к второму входу блока 2 управления.

Канал 4 рассогласования содержит дифференциальный усилитель 11, первый и второй входы которого соединены соответственно .с первьм и вторым входами канала 4 рассогласования, а выход подключен к входам порогового устройства 12 и формирователя 13 модуля напряжения, выход которого соединен с первым выходом канала 4 рассогласования, второй выход которого подключен к выходу порогового устройства 12.

Измеритель работает следующим образом.

При поступлении на первый и второй входы измерителя соответствующих напряжений U(t) A sincJ t и U2(t) Ansinut (фиг. 2.1) на первом и втором входах канала 4 рассог14962г 4

ласования устанавливаютсясоответственно напряжения

Ucj(t) U,(t) A,sincjt; .(фиг.2.2) U.(t) Ka(t ) U,,(t) A«Ka(to)sinwt 5 « 0 (фиг.2.3)

где ift - начальный момент интервала

измерения; К (tjj) - коэффициент затухания цифрового управляемого аттенюатора 3 в момент времени t(5.

Канал рассогласования осуществляет сравнения напряжений на его первом и втором входах (напряжение UgCt) U(t) - U5(t) - фиг. 2.4) и формируют на своем первом и втором выходах напряжения соответственно

u(t) /и 5(0/

ГЕо при U5(t)$0 (фиг.2.5)

Uv(t) |о при U5(t) 0 (фиг.2.6)

Напряжения U8(t) , Ug(t) и U|Q(t) (фиг. 2.7; 2.8, 2.9) на выходах соответственно усилителя-ограничителя. 5, первого инвертора 6 и второго инвертора 7 формируются следующим образом

U(t) оПРИ U,(t).0

8

U(t)0

при

Ug(t)- О

о при

u(t)

I о

Ug(t) +ЕО при

и (t) U(t) о V - I о при U(t) +Е.,

На выходах первого (второго) элемента И 8 и(9Сформируются положительные напряжения U(t) +Ej,, U,2(t) +EQ (фиг. 2.10 и 2.11) только при наличии положительных потенциалов на обоих их входах. Напряжение (t) +EQ формируется на выходе элемента ИЛИ 10 (фиг. 2.12) при наличии напряжения +ЕдХотя бв на одном ее входе. Выходное напряжение элемента ИЛИ 10 определяет направление изменения состояния блока 2 управления, в качестве которого применен реверсивный счетчик, перестраиваемый по первому (счетному) входу импульсами от генератора 1, формирующего на своем выходе последовательность импульсов с частотой F

S(U).U6(t) (фиг. 2.13), где S(U) крутизна преобразования напряжения в частоту.

Реверсивный счетчик работает на сложение (вычитание) при напряжении и 11 Е-(и «а 0) на его-втором входе при этом затухание цифрового управляемого аттенюатора 3 увеличивается (уменьшается).

При положительных значениях напряжений и(t) и UrtCt) (интервал времени tg - t, на фиг, 2.1):

-в случае IV(t) (u.j(t)b напряжения Ug (t) Е, U5(t) U(t) UA(t)0, следовательно иr(t) Е,

rtpH этом напряжения Uj (t) - (t) E, число на выходах блока 2 управления увеличивается и, следовательно, коэффициент передачи цифрового управляемого аттенюатора 3 уменьшается и напряжение U(t) уменьшается.

-в случае |U(t)| li (t напряженке Ug(t) E,U5(t)0, следовательно U7tt) О, при этом напряжение U,о (t) Е и Uq(t) и,1 (t)

U(t) ) О, число на выходах блока 2 управления уменьшается и, следовательно, коэффициент передачи цифрового управляемого аттенюатора 3 увеличивается и напряжение U4(t) увеличивается.

При отрицательных значениях напряжений U(t) и ) интервал времени после t на фиг. 2.1:

-в случае / il4.(t)i V (t)l напряжения Ug(t) О, U(.t)cQ,

Следовательно UltA О, при этом

U(t) (t) Ci,j(t) U,(t)E, число на выходах блока 2 управления увеличивается и, следовательно, коэффициент передачи цифрового управляемого аттенюатора 3 уменьшается, а напряжение U4(t) уменьшается (по абсолютной величине). .

- в случае (U4(t) |U(t){ напряжения Ug(t) О, Uc(t) О, следовательно Uj(t) Е, при этом U(t) Е, (t) U(, (t) U,3(t) 0, число на выходах блока -2 управления уменьшается -и, следовательно, коэффициент передачи цифрового управляемого аттенюатора 3 увеличивается и напряжение U4(t) увеличивается по абсолютной величине.

Текущие значения чисел на выходах блока 2 управления представляют собой мгновенные значения отношения напряжений UrjCt)/U (t). „

В момент времени t подачи напряжений U;,(t) и ) на вход измерителя изменение затухания цифрового управляемого аттенюатора 3 осуществляется со скоростью, пропорциональной разности напряжений Uj(t) и U(t) на входах канала 1 рассогласования (грубое уравновешивание) В дальнейшем изменение коэффициента передачи цифрового управляемого аттенюатора 3 осуществляется с частотой VQ, при которой . где, f, - период следования импульсов генератора 1 при Ug(t)o; См - время установления переходных процессов в устройстве.

Таким образом, в предлагаемом измерителе повышение быстродействия процесса и.змерения отношения переменных напряжений по сравнению с известными обеспечивается за счет одновременной (а не поочередной как в известном устройстве) подачи напряжений на вход канала рассогласования, ( при этом быстродействие увеличивается в 2 раза за счет сокращения числа измерений для принятия решения о наличии рассогласования) , а также за счет измерения отношения входных напряжений при изменении их полярности, что в 2 раза увеличивает полезное время измерения по сравнению с известным устройством, в котором в моменты отрицательных значений-входного сигнала полезньш сигнал на выходе амплитудного детектора отсутствует.

Кроме того, дополнительно быстродействие устройства увеличивается за счет адаптации скорости изменения коэффициента передачи цифрового управляемого аттенюатора 3 к разности напряжений на входе канала 4 рассогласования.

Общий выигрып в быстродействии предлагаемого устройства по сравнению с известным составляет 3-4 раз в зависимости от величины отношения входньк напряжений.

Прш4енение изобретения позволит повысить быстродействие процессаизмерения отношения второй производной сигнала к сигналу, по котором судят о частоте сигналов в каналах связи, что в свою очередь обеспечит сокращение времени изменения частот сигналов, а следовательно, повысит скорость обмена сигналами в многоканальной линии связи.

2

- If

itU

/1

12

)

ъ

ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащий блок ущ авления, генератор, цифровой управляемый аттенюатор, управляющие входы которого соединены с выхода14И блока управления,, и канал рассогласования, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия, в него введены первый и второй инверторы, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и усилитель-ограничитель, вход которого соединен с первым вхоВСЕСОШй- Я , ..;лА5 Б©5Й; ОТ :« дом канала рассогласования, и с первым входом измерителя, второй вход которого подключен к входу цифрового управляемого аттенюатора, выход которого соединен с вторым входом канала рассогласования, первый выход которого.соединен с управляющим входом генератора, выход которого соединен с первьм входом блока управгления, второй вход которого -под ключен к выходу элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элемента И, причем выход усилителя-ограничителя соединен с входрм первого инвертора с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к второму выходу канала рассогласования и к входу второго инвертора, выход которого соединен с первьм входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора.

./