АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ Советский патент 1972 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для гармонического анализа несинусондальиых периодических напряжений, в частности сигналов инфранизкой частоты, например, в акустике, автоматике и т. д.

Известное устройство для гармонического анализа несинусоидальных сигналов содержит ферромагнитное кольцо, датчик Холла и цилиндрический постоянный магнит.

Датчик Холла укреплен на поверхности ферромагнитного кольца. Внутри кольца помещен цилиндрический постоянный магнит, установлен1 ый на враи1ающейся оси. К выходным зажимам датчика Холла подключают прибор магнитоэлектрической системы. Меняя частоту синусоидальпого магнитного поля, воздействующего на датчик Холла, посредством измеиення скорости вращения цилиндрического постоянного магнита, определяют амплитуды соответствующих гармоник.

Однако при использовании этого устройства встречаются затруднения при аналнзе снгналов, содержащих гармонические составляющие инфранизкой частоты, так как при низких частотах магнитоэлектрический прибор оказывается непригодным для определения постоянной составляющей напряжения Холла. Использование других известных методов выделения постоянной составляющей (например.

графического или метода компрессии, когда напряжение Холла записывается на магнитофонную пленку в реальном масштабе времени, а затем для искусственного повышения частоты, воспроизводится на повышенной скорости) связано со значительным усложнением устройства, снижением точности результатов анализа и увеличением времени проведения анализа.

Цель изобретения - уирощение анализатора гармоник и уменьшение времени нроведения анализа.

Это достигается тем, что в анализатор введеи второй датчик Холла, установленный под

углом ЭО по отношению к первому, и два электрохимических интегратора, подключенные соответственно к выходным выводам первого и второго датчиков Холла.

Кроме того, для одновременного обнаружения ряда гармоннческих составляющнх, кратных основной гармонике, о} снабжен донолнительно рядом преобразователей Холла по числу исследуемых гармоник, причем ротор каждого из преобрзаователей Холла подклю4efi к общему редуктору, частота вращения которого соответствует частоте искомой гормонической составляющей.

правлении тока вещество в интеграторе выделяется сначала на первом электроде, а с изменением направления тока это вещество переносится с первого электрода обратно на второй. Количество вещества, оставщееся на первом электроде, является, очевидно, мерой постоянной составляющей в исследуемом сигнале.

Пусть на датчик Холла воздействует магнитное поле, индукция которого изменяется по закону

Л sin wt,

где о - круговая частота основной (первой) гармоники исследуемого напряжения;В - амплитудное значение индукции.

Предполагается, что фаза управляющего магнитного поля совпадает с фазой исследуемого напряжения i/n. Если основную гармонику исследуемого напряжения представить в виде

sin (ш -f а),

где а - угол сдвига фазы основной гармоники по отнощению к магнитной индукции (в данном случае то же самое, что угол сдвига фазы основной гармоники к исследуемому напряжению),

то постоянная составляющая напряжения датчика Холла определится выражением

-cos я с.

О)

При этом величина С пропорциональна количеству вещества, осажденного на одном из электродов электрохимического элемента.

В последнем уравнении два неизвестных t/i и а. Для их определения необходимо составить еще одно уравнение. С этой целью на второй датчик Холла воздействуют синусоидальным магнитным полем с той же амплитудой индукции, что и на первый датчик, но сдвинутым по фазе относительно первого магнитного поля на известный угол, например, я/2 i

psin(cDz + 7r/2).

Тогда при наличии в исследуемом напряжении f/и основной гармоники f/i Sin(co/-f-cc), постоянная составляющая напряжения датчика Холла второго датчика имеет вид

1 о;„ п/9)

sin а D.

Величина D пропорциональна количеству вещества, осажденного на электроде электрохимического интегратора, подключенного к выходу второго датчика Холла. На основании выражений (1) и (2) можно найти амплитуду f/i и угол сдвига фазы а arc tg /с первой гармоники. Аналогично поступают и для высших гармоник, кратных основной.

На чертеже приведена схема анализатора. Анализатор содержит два датчика Холла / и 2, помещенных в воздущные зазоры статора 3, изготовленного из магнитомягкого мате5 риала. На выходы датчиков Холла У и 2 в их управляющие цепи подается подлежащее исследоваиию несинусоидальное напряжение /н. Кроме того, на датчики Холла воздействует магнитное поле, образуемое ротором 4, выпол10 пенным в виде цилиндрического постоянного магнита, намагниченного по диаметру. Ротор и статор с датчиками Холла представляют собой преобразователь Холла. При вращении ротора на датчики Холла действует синусо15 идальное магнитное поле, частота которого определяется частотой вращения ротора 4. Ротор приводится во вращение через ступенчатый понижающий редуктор 5 от электродвигателя 6 с плавно регулируемой частотой враще0 ния.

Выходные цепи датчиков Холла 1 2 подключены к двум электрохимическим интеграторам 7 и 5 через ключи Р. При этом выходные цепн датчиков Холла должны 5 быть согласованы со входными цепями электрохимических интеграторов таким образом, чтобы проходящий через них ток был бы строго пропорционален выходным напряжениям датчиков Холла. Ключи 9 замыкаются и размыкаются при воздействии на них нуль-индикатора 10. Нуль-индикатор управляется исследуемым напряжением /„ и реагирует на момент прохождения напряжепия УИ через нулевое значение. Импульсы, управляющие работой ключей, появляются на выходе нуль-индикатора дважды - ив начале и в конце периода напряжения U-n.

Вал электродвигателя 6 сопряжен с валом редуктора 5 посредством электромагнитной 0 муфты //. Включение и отключение этой муфты осуществляется выходными импульсами нуль-индикатора 10.

В качестве электрохимических интеграторов можно использовать, например, электрохими5 ческое управляемое сопротивление. Один из электродов, имеющий два вывода - резистивный, второй - уиравляющий. При пропускании тока между электродами на резистивном электроде осаждается вещество, уменьшая его 0 сопротивление. Изменение направления тока вызывает растворение осажденного па резистивном электроде вещества и увеличение сопротивления электрода. Измерение сопротивлений резистивпых электродов осуществляется 5 мостом 12 перемеппого тока.

Ротор 4 предварительно устанавливают по отношению к статору 3 таким образом, чтобы при пропускании через датчик Холла постоянного управляющего тока, выходное напряженне датчика 1 было бы равно нулю, а датчика 2 было бы максимальным. При этом сдвиг фаз между синусоидально изменяющимися магнитными полями и напряжением соответствующей гармоники равен для датчика / нулю, а для датчика 2 - я/2.

Для сокращения времени анализа при необходимости обнаружения в исследуемом напряжении f/i, ряда гармонических состаьляющих, напряжение U,, нодают одновременно на столько нреобразователей Холла, сколько гармонических составляющих требуется определить. Роторы преобразователей Холла приводятся во вращеиие от редуктора, имеющего несколько вторичных валов и одни нервнчный, соединенный с электродвигателем.

Анализатор работает следующим образом.

.При отключенной электромагнитной муфте 11 на входы датчиков Холла 1 и 2 подается постоянное напряжение, а выход датчика / подключается к чувствительному измерителю постоянного напряжения. После этого вручную проворачивают ротор 4 до тех нор, нока измеритель иостояииого нанряжения не даст нулевого показания. Зафиксировав это положение ротора, нодключают входы датчиков Холла к исследуемому напряжению Un, а выходы - к электрохимическим интеграторам 7 и 8. Двигателю 6 дают обороты, соответствующие частоте вращения ротора 4 для той гармоники, наличие которой определяют в исследуемом напряжении. После получения запускающего импульса нуль-индикатор W включает ключи 9 и муфту //в начале периода исследуемого сигнала и отключает ее в конце периода. При помощи моста 12 переменного тока измеряют сопротивление резистивиого электрода иитегратора 7, а затем - 8. По этим замерам расчетно или ирн номощн счетно-решающего устройства определяют амплитуду и фазу искомой гармоники.

Предмет изобретения

1.Анализатор гармоник иесннусоидальиых напряжений, содержащий ферромагиитное

кольцо с датчиком Холла, управляющая день которого соединена с источником исследуемого напряжения, и вращающийся внутри кольца цилиндрический магнит, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и

умеиьшения времени анализа при работе с инфраннзкими частотами, в него введен второй датчик Холла, установленный нод углом 90° но отношению к иервому, и два электрохимических интегратора, нодключеиные соотпетствеино к выходным выводам нервого и второго датчиков Холла.

2.Анализатор но п. 1, отличающийся тем, что, с целью одиовременного обнаружения ряда гармоиических составляющих, кратных основной гармонике, он снабжен донолнительно рядом преобразователей Холла по числу исследуемых гармоник, нрнчем ротор каждого из преобразователей Холла подключен к общему редуктору, частота вращения которого

соответствует частоте искомой гармонической сосгавля1он;.ей.