Устройство для измерения скорости изменения переменного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01R19/12 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах управления электрооборудованием различного назначения.

Цель изобретения - повышения быстродействия устройства.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для измерения скорости изменения переменного напряжения; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его действия.

Устройство для измерения скорости изменения переменного напряжения содержит пороговый элемент 1, умножитель 2 частоты на 4, Т-триггер 3, модулятор 4, первый 5 и второй 12 сумматоры по модулю два, первый 6 и второй 9 формирователи импульсов сброса, инвертор 7, первый 8 и второй 10 интеграторы со сбросом, коммутатор 11 и элемент 13 выборки-хранения. При этом вход устройства соединен с входом модулятора 4, который соединен с последовательно включенным первым интегратором 8.

размыкающим контактом коммутатора 11 и элементом 13 выборки-хранения, управляющий вход которого соединен с первым входом второго сумматора 12 по модулю два, входом Т-триггера 3 и выходом умножителя 2 частоты на 4, вход которого соединен с выходом порогового элемента 1 и первым входом первого сумматора 5 по модулю два, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора 12 по модулю два, прямым выходом Т-триггера 3 и входом первого формирователя 6 импульсов сброса, выход которого соединен с входом сброса первого интегратора 8, выход первого сумматора 5 по модулю два соединен с управляющим входом модулятора 4, вход которого соединен с входом порогового элемента 1, а выход - с последовательно соединенными инвертором 7. вторым интегратором 10 и замыкающим контактом коммутатора 11, управляющий вход которого соединен с выходом второго сумматора 12 по модулю два, а вход сброса второго интегратора 10 соединен с выходом второго формирователя 9 импульсов сброса, вход которого соединен с инверсным выходом Т-тригтера 3. выход элемента 13 выборки-хранения соединен с выходом устройства. Устройство для измерения скорости изменения переменного напряжения работает следующим образом. На входе устройства действует модулированный по амплитуде гармонический сигналUBX (t)sinun, где (t) - модулирующая функция; ш 2я /Т - частота переменного напряжения;Т - период. Этот сигнал поступает на вход порогового элемента 1, выходное напряжение которого имеет вид последовательности прямоугольных импульсов Ue При о при . где Ue const - напряжение, соответствующее уровню логической единицы. Сигнал Ui с выхода порогового элемента 1 поступает на вход умножителя 2 частоты на 4, который формирует последовательность прямоугольных импульсов U2. следующих с частотой, в 4 раза превышающей частоту w входного сигнала, и амплитудой Ue. Напряжение U2 с выхода умножителя 2 частоты поступает на вход Т-триггера 3. При этом на прямом и инверсном выходах Т-триггера 3 формируются импульсныепоследовательностисоответственно; Ue при 0 U-T/4 и Т/2 иЗТ/4; О при Т/4 Т/2 и ЗТ/4 Т; (3) О при 0 t$T/4 и T/2 t$3T/4 j Ue при и . (4) Импульсы Ui (2) с выхода порогового элемента 1 поступают на первый вход первого сумматора 5 по модулю два, на второй вход которого поступают импульсы из (3) с прямого выхода Т-триггера 3. В результате на выходе первого сумматора 5 по модулю два формируется сигнал Г О при и U5 -I иелри T/4 t$3T/,(5) (2) Импульсы Us с выхода первого сумматара 5 по модулю два поступают на управляющий вход модулятора 4. коэффициент передачи которого определяется выражением1 при U5-Ue(): -1 при Us О ( 3T/4$t T). Сигналы из и Уз прямого и инверсного выходов Т-триггера 3 поступают на входы соответственно первого 6 и второго 9 формирователей импульсов сброса, которые формируют короткие импульсы в моменты времени, cooтвeтcтвv ющиe передним фронтам импульсов УЗ и Us, т.е. Ue при t mT/2, m 0, 1, 2,...; 0 при 17 mT/2,, m 0. 1, 2,,..; Ue при t T/4(2m+1), m - 0. 1, 2,.. 0 при t + T/4(2m+1). m 0. 1, 2 Импульсы Ue и Ug с выходов первого 6 и второго 9 формирователей импульсов сброса поступают на входы сброса соответственно первого 8 и второго 10 интеграторов. В моменты действия импульсов Ue и U9 на входах сброса первого 8 и второго 10 интеграторов происходит их установка в начальное состояние Us О и Uio - О, Сигналы с прямого выхода Т-триггера и выхода умножителя 2 частоты на 4 поступают соответственно на первый и второй входы второго сумматора 12 по модулю два, При этом на выходе сумматора 12 по модулю два формируются импульсы Ue при T/8 t$3T/8 и 5T/8 t 7T/8: U12 О при 0 ta/8; и . Импульсы Ui2 с выхода второго сумматора 12 по модулю два поступают на управляющий вход коммутатора 11. При Ui/ О переключающий элемент коммутатора 11 находится в положении а и к информационному входу элемента 13 выборки-хранения подключаются выход первого интегратора 8 со сбросом. При Uia Ue переключающий элемент коммутатора 11 находится в положении б и к информационному входу элемента 13 выборки-хранения подключается выход второго интегратора 10 со сбросом. Запись информации в элементе 13 выборки-хранения осуществляется передними

фронтами импульсов U2 с выхода умножителя 2 частоты на 4. С учетом логики работы коммутатора 11 в моменты времени t тТ/2, m 0,1,2,.,, в устройстве 13 выборки-хранения записывается напряжение первого интегратора 8, а в моменты времени t (2т + 1)Т/4, m 0, 1, 2,,., - выходное напряжение второго интегратора 10.

Измерение скорости изменения переменного напряжения осуществляется следующим образом. Входной сигнал UBX (1) поступает на информационный вход модулятора 4. Так как коэффициент передачи модулятора 4 изменяется в соответствии с выражением (6), то выходной сигнал модулятора 4 имеет вид

UBX t(t)sinait приТ/4 1 3Т/4;

U4 i

I

rUBx -(t)sin йПприО г Т/4;ЗТ/4 т Т.

Выходной сигнал U4 модулятора 4 поступает на вход инвертора 7, который формирует напряжение

- UBX - ((t)sin Ml при T/4 t 3T/4;

U7

UBX ((t)sin йЛ при 0 КТ/4; ,

Сигналы U4 и и с выходов модулятора 4 и инвертора поступают на входы соответственно первого 8 и второго 10 интеграторов со сбросом. Первый интегратор 8 со сбросом устанавливается в исходное состояние в моменты времени tm тТ/2, m О,

1,2т.е. при t 0, г .д. Второй

интегратор 10 устанавливается в исходное состояние в моменты времени t2m+i (2m+1)T/4, т.е, при t Т/4, t ЗТ/4 и т.д. Следовательно, оба интегратора 8 и 10 выполняют интегрирование входных сигналов и и и за половину периода, но их интервалы интегрирования сдвинуты друг относительно друга на четверть периода {Т/4). При этом интегрирование сигналов осуществляется так, что в первую половину интервала измерения, равную четверти периода (Т/4) измеряемого сигнала, осуществляется интегрирование импульса отрицательной полярности, во вторую половину - импульса положительной полярности. В результате в конце интервала интегрирования на выходе соответствующего интегратора формируется напряжение, пропорциональное разности двух интегралов от входного сигнала за равные промежутки времени, но сдвинутые относительно друг друга на четверть периода.

В моменты времени t Т/4 не выходе второго интегратора 10 с коэффициентом передачи Кю формируется напряжение

т/4

Я

Uio(|) (t)dtт/4

)slna)tdt),

10

которое пропорционально скорости изменения входного сигнала за интервал времени . В момент времени t Т/4

напряжение Uio через коммутатор 11, переключающий элемент которого в этот момент времени находится в положении б, поступает на вход элемента 13 выборки-хранения и записывается в нем. Аналогичные лроцессы происходят 5 момент времени t ЗТ/4.

В момент времени t Т/2 на выходе первого интегратора 8 со сбросом с коэффициентом передачи Кз формируется напряжение

т/2

Д

U8 () Кб / о U4 (t) dt

) Т/2

-Ksf sinwtdt),

которое пропорционально скорости изменения входного сигнала за интервал времени 0 т$Т/2. В момент времени t Т/2 напряжение Us через коммутатор 11, переключающий элемент которого в этот момент

времени находится в положении а, поступает на вход элемента 13 выборки-хранения и записывается в нем. Аналогичные процессы происходят в момент времени t Т. Таким образом, четыре раза за период

0 моменты времени t Т/4; t Т/2; t ЗТ/4 и t Т в элементе 13 выборки-хранения записывается сигнал, пропорциональный средней скорости изменения переменного напряжения за предшествующий интервал,

равный половине периода измеряемого сигнала.

Следовательно, измерение скорости изменения переменного напряжения з предлагаемом устройстве осуществляется интегрированием произведения тока на опорный прямоугольный сигнал за половину периода измеряемого напряжения, а измеренные значения поступают на выход устройства с периодом дискретизации, раеным четверти периода измеряемого сигнала. Другим важным достоинством устройства для измерения скорости изменения переменного напряжения является его высокая помехоустойчивость, которая обьясняется алгоритмом функционирования устройства, включающим интегрирование входного напряжения.

Использование предлагаемого устройства для измерения скорости изменения переменного напряжения позволит повысить эффективность и качество работы автоматизированного электрооборудования различного назначения.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости изменения переменного напряжения, содержащее два интегратора со сбросом, коммутатор и элемент выборки-хранения, о т л и ч а ю щ е е с я т эм, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены пороговый элемент, умножитель частоты на 4, два формирователя импульсов сброса, инвертор, два сумматора по модулю два и Т-триггер, причем вход устройства соединен с входом модулятора, который соединен с последовательно включенным первым интегратором, размыкающим контактом коммутатора и элементом выборки-хранения, управляющий вход которого соединен с первым входом второго сумматора по модулю два, входом Т-триггера и выходом умножителя частоты на 4, вход которого соединен с выходом порогового элемента и первым входом первого сумматора по модулю два, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора по модулю два, прямым выходом Т-триггера и входом первого формирователя импульсов сброса, выход которого соединен с входом сброса первого интегратора, выход первого суммйтора по модулю два соединен с управляющим входом модулятора, вход которого соединен с входом порогового элемента, а выход - с последовательно соединенными инвертором, вторым интегратором и замыкающим контактом коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом второго сумматора по модулю два, а вход сброса второго интегратора соединен с выходом второго формирователя импульсов сброса, вход ко-торого соединен с инверсным выходом Ттриггера,выходэлемента

выборки-хранения соединен с выходом устройства.

Использование: в электроизмерительной технике и автоматике, в системах управления электрооборудованием различного назначения. Сущность изобретения; устройство для измерения скорости изменения переменного напряжения содержит пороговый элемент 1, умножитель 2 частоты на 4, Т-триггер 3, модулятор 4, первый 5 и второй 12 сумматоры по модулю два, первый 6 и второй 9 формирователи импульсов сброса, инвертор 7, первый 8 и второй 10 интеграторы со сбросом, коммутатор 11, элемент 13 выборки-хранения. 2 ил.

ui.i