СПОСОБ СРАВПЕПИЯ ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ Советский патент 1973 года по МПК G01R25/04 

1

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в мостах и компенсаторах неременлого тока в приборах допускового контроля электронного оборудования.

Известные способы сравнения двух синусоидальных сигналов одинаковой частоты по фазе или амплитуде могут быть применены только для установившихся величин и не могут быть применены в условиях, когда один или оба сравниваемых сигнала находятся в режиме переходного проиесса. Это ограничивает быстродействие устройств, предназначенных для указанной цели, так как информация о результате сравнения формируется не сразу от момента коммутации в электрической цепи, а по истечении определенного времени, необходимого для затухания переходного процесса до определенного значения.

Предлагаемый способ в случае применения для сравнения сигналов, снимаемых с L- и 7 С-цепей, питаемых синусоидальным напряжением, отличается от известных тем, что по нему сравнение сигналов может быть произведено практически сразу после коммутации в цепи.

Для сокращения времени, необходимого для получения информации о результате сравнеиия до окончания переходного процесса в сигнальных цепях, по предлагаемому

способу формируют в каждой из двух компенсирующих электрических RC- или RL-ле.пях по одному дополнительному синусоидальному сигналу той же. частоты, что и сравниваемые сигналы, причем в дополнительных сигналах при одновременной коммутации в компенсирующих и сигнальных цепях свободные составляющие противоположны свободным составляющим сравниваемых сигналов, складывают каждый из сравниваемых сигналов с соответствующим сигналом с компенсирующей цепи, два суммарных синусоидальиых сигнала сравнивают по фазе нли амплитуде в соответствующей схеме .сравнения.

На фиг. 1, а показана ./ С-цепь, с которой снимают синусоидальный сигнал для сравнения с другим по фазе и амплитуде, где: 1с; Rzc Rnc - резисторы / С-цепи;

RIC -общее омическое сопротивление С-цепи; С - емкость;

Е - источник синусоидального напряжения.

Па фиг. 1,6 показана RL-u,&nb, с которой может быть снято напряжение, имеющее в переходном процессе свободную составляющую, противоположную составляющей, снимаемой с ./ С-цепи.

RTL -общее омическое сопротивление / L-цепи;

L - индуктивность.

Пусть в цепи (фиг. 1, а) произведена следующая коммутация: закорочена какая-либо часть омического сопротивления / С-цепи:

п-1

2,

с

г 1

Падение напряжения переходного процесса на емкости при коммутации части омического сопротивления в ,/ С-цепи равно Ucп-1

эс С Г 1С i l

- омическое сопротивление коммутации; выхс - омическое сопротивление, с которого снимается часть выходного напряжения;

л

-омическое сопротивление цепи до коммутации;

- 1

arctg

ilC

аС-С - угол между напряжением и током в цепи до коммутации; ср, : arctg - угол между напряжением и током в цепи после коммутации; тс остс С - постоянная времени / С-цепи после коммутации; Ф - фаза синусоидального напряжения в момент коммутации; со - круговая частота. Падение напряжения на сопротивлении выхс равно t/лвыхс- В случае съема напряжения одновременно с и Ci (как это имеет, н например, место в цифровых мостах с раздельным уравновещиванием) данное напряжение имеет вид: выхс ЛвыхС + С Расчет компенсирующей в данном примере RL-цепи необходимо производить при следующих начальных условиях: 1. Равенство постоянных времени после коммутации RL- и 7 С-цепей с целью обеспечения одинаковой крутизны экспоненциальных кривых свободных сигналов в обеих цепях:Т Т Т RC - RL - где тд1, - постоянная времени 7 1-цепи после коммутации, или С -Аост.С где - омическое сопротивление 7 1-цепи после коммутации. 2. Одновременность коммутации в обеих цепях.

3. Равенство амплитуд синусоидальних напряжений, питающих цепи, и равенство их фаз:

тС EmL - , tC гХ - Для удобства расчета компенсирующей 1-цепи обозначим параметры этой цепи через параметры / С-цепи:

RэL КЛс

f,L R,R,C

А

где /Ci и Kz - коэффициенты связи, которые могут принимать любые действительные положительные значения.

При подключении / 1-цепи (фиг. 1,6) к источнику синусоидального напряжения

-.sin(co + -;)

по аналогии с С-цепью выражение для напряжений, снимаемых с элементов , и L при коммутации какой-либо части омического сопротивления, а также общее выходное напряжение с L-цeпи будут следующими: вых L - UL UK вых L - вых L sin (ш 4+ - Р., ) + вых i Г| Sin (-1-- 9,, ) - Sin (О + ico- COS(u)C + + I - 2i ) - .i ,,) (6-V) z,i YRI, + (ш1) сопротивление L-цепи до коммутации; Z,L .i + («i) сопротивление / L-цепи после коммутации; ср, arctg угол между током и напряжением / L-цепи до коммутации; cpsi arctg угол между током и напряжением после коммутации / L-цепи. ребование полной компенсации свободной тавляющей переходного процесса в R.Cи, аналогичной составляющей в / L-цепи, ет обеспечено, если при суммировании выений Ивыхс и Ивых, экспоненциальные тавляющие взаимно уничтожаются, т. е. сумма экспоненциальных составляющих должна быть равна нулю. При этом суммарное синусоидальное напряжение ИЕ равно сумме установившихся напряжений с С- и RLцепей. Для обеспечения компенсации свободной составляющей сигнальной цепи с помощью аналогичной составляющей компенсирующей цепи параметры сигнальной цепи должны быть при любой коммутации заранее точно известны или должен быть задан диапазон их отклонений. В последнем случае свободные составляющие в сигнале и в напряжении с компенсирующей цепи не будут точно взаимно противоположны, а с некоторым допуском, так как при каждой коммутации на одно значение параметра компенсирующей цепи в этом случае приходится некоторый диапазон возможных значений соответствующего параметра в сигнальной цепи. Возникающая при этом ногренлность путем выбора диапазона может быть сведена к нужному значению. Законы коммутаций в

fJs yUltr KLm + бвыхЯСт + 6 выхДС„ COS (f, - Уа)

UBKX RL BbKKL Sin (f -f f,)

и,

Еых i sin (i-Г21 ) -f wi sin. i-f 2i -f

(,i arctg вых (--fsi ) + COS Sf--fsL + V

вых КС вых ЛС,„ Sin (со + Та);

вых ДС„ - -

Slnfi-Гас v) + BbixC - C-slnC -С2С )

I

arctgcoshi ---Г + выхс C-cosCi -vaj,) V /

Для рассмотренного выше случая изменение фазы равно: 5

„ -arrta выхЯ,„81пт2+ /выхад,„-81пТ1

tj,-arctg 40

f/,

вых К1„, COS Ts + УВЫХ ДС,„ COS т I

Как видно из изложенного, изменения фазы и амплитуды суммарного синусоидального сигнала по сравнению с выходным сигналом, снимаемым с RC- и / L-цепи, заранее известны и постоянны между отдельными коммутациями RC- или / L-цепи, с которых снимается сигнал для сравнения.

Таким образом, прежде, чем производить сравнение электрических сигналов одинаковой частоты, снимаемых с RL- и / С-ценей по

AU U,-U,,j,c

-jALxi +

V

/1 +

фазе или амплитуде, необходимо произвести сложение этих сигналов с сигналами, снимаемыми с компенсирующей С- или / -цепн. .

Предмет изобретения

Способ сравнений двух синусоидальных сигналов одинаковой частоты по фазе или амплитуде, снимаемых с RC- или 1-ценей, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени, необходимого для получения информации о результате сравнения до окончания переходного процесса в сигнальных ценях, формируют в каждой из двух компенсирующих электрических RC- или / L-цепях по одному дополнительному синусоидальному сигналу той же частоты, что и сравниваемые сигналы, причем в дополнительных сигналах при одновременной коммутации в компенсиобеих сигнальных цепях могут быть различны и случайны. Па фиг. 2 графически показан случай компенсации свободной составляющей нереходного процесса С-цепи с помощью свободной составляющей переходного процесса Ь-цени, где Иуст-нс и Иуст-яь - установившиеся составляющие выходных напряжений с RC- и / L-цепей; ИСВ-RC и Исв-ль - свободные составляющие выходных напряжений с RC- и / Ь-цепей; ИЕ -суммарное напряжение. Суммарное напряжение (фиг. 2) имеет иную фазу и амплитуду, чем выходное напряжение с / С-цени - Ивыхлс- Изменение фазы и амплитуды появилось в результате сложения выходного напряжения / С-цени с выходным напрял ением J L-цепи. Изменения фазы и амплитуды могут быть легко определены с помощью известных тригонометрических формул. Для рассмотренного выше случая изменение амплитуды равно:

рующих и сигнальных цепях свободные составляющие противоположны свободным составляющим сравниваемых сигналов, складывают каждый из сравниваемых сигналов с

соответст: ующим сигналом с компенсирующей цепи, два суммарных синусоидальных сигнала сравнивают по фазе или амплитуде в соответствующей схеме сравнения.

устКС