Быстродействующий экстремум-детектор цифрового экстремального моста переменного тока Советский патент 1977 года по МПК G01R17/10 H03D5/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к области измерения параметров комплексных сопротивлений.

Известны быстродействующие экстремумдетекторы, используемые в цифровых экстремальных мостах переменного тока. Первое из этих устройств содержит сумматор, квадратичные детекторы, фазорасщепитель 1. Это зстройство позволяет произвести анализ изменения амплитуды выходного сигнала мостовой измерительной цепи за несколько периодов напряжения питания моста, что является его недостатком.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является быстродействующий экстремум-детектор цифрового экстремального моста переменного тока, содержащий мостовую измерительную цепь, фазовращатель, два квадратора, выходы которых соединены со входами сумматора, выход которого через арифметическое устройство соединен со входом анализатора приращений 2. Однако это устройство не обладает помехоустойчивостью к высшим гармоническим составляющим напряжения моста и помехам сетевого напряжения. Поэтому для достижения требуемой помехоустойчивости необходимо применять высокодобротные избирательные усилители напряжения. Такие избирательные усилители обладают большой инерционностью, поэтому их применение существенно снижает быстродействие прибора.

С целью повышения помехоустойчивости в предлагаемый быстродействующий экстремум-детектор цифрового экстремального моста переменного тока введены два интегратора, вход первого из которых соединен с выходом мостовой измерительной цепи, вход второго - с выходом фазовращателя, а выходы обоих интеграторов соединены со входами квадратора.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

В него входят фазовращатель 1, интеграторы 2 и 3, квадраторы 4 и 5, сумматор 6, арифметическое устройство 7, анализатор приращения 8.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал, поступающий на вход экстремум-детектора, содержит полезный сигнал и сигнал помехи и имеет вид:

f/Bx Up sin (wpt + ур) + f/п sin (о)„г -f срп),

где: и - амплитуда,

Ф - начальная фаза, (О - круговая частота.

Проведя соответствующие математические преобразования на выходе арифметического. в данном случае кориензвлекающего, устройства 7, напряжение будет описываться следующим выражением: г.2t/o / , и -1. / sin-51- Tt/ . )р / Это выражение получено при условии равеиетиа единице коэффициентов преобразования всех блоков. Без этого допущения выходное напряжение корнеизвлекающего устройетва будет описываться выражением: U, . где: К. - безразмерный коэффициент пропорциональности, учитывающий коэффициенты преобразования блоков; Ти - постоянная времени интеграторов 2 и 3. Из выражения 1 можно определить коэффициенты преобразования ЭД: „pW . (2) t/pт„юр /юп / Как видно, коэффициент преобразования экстремум-детектора на частотах, кратных /ш равен нулю. Если время интегрирования i L 2/р то сигналы всех четких грамоиик будут полностью подавлены. При этом подавляются, хотя и не полностью, сигналы нечетных гармоник. Нетрудно показать, что степень подавления сигнала любой нечетной гармоники равна порядковому номеру этой гармоники. В экстремум-детекторе время преобразования определяется инерционностью фазовращателя 1 и временем иитегрирования интеграторов 2 и 3. Так как время иитегрирования равно периоду подавляемой помехи, и, следовательно, сравнимо с периодом Гр, то время преобразования экстремум-детектора не превышает 1-2 периодов Гр. В частности, если необходимо подавлять четные гармоники сигнала неравновесия, то время интегрироватния равно -|- следовательно, время установлепия выходного сигнала не превыплает Гр. Этот экстремум-детектор можно применить для подавления гармонической помехи, частота которой /п весьма близка к рабочей частоте моста fp. Таким помехами могут быть, например, гармоиики сетевого папряжения. Подавление такого рода помех требует очень сильного повышения избирательности, что приводит к резкому падению быстродействия прибора. Кроме того, создание высокостабильного и высокоизбирательного усилителя является само но себе весьма трудной технической задачей. В том случае, когда рабочая частота и частота помехи близки, эти трудности резко возрастают. Применяя этот экстремум-детектор, можно подавить сигнал помехи. Действительно, коэффициент преобразования для сигнала рабочей частоты моста /р определяется выражением 2. Для весьма близких частот /р и fn это выражение можно преобразовать к виду: Л --- /f. J- iZlZJL/ Ann -- А где Гд - период подавляемой помехи, 7 - период рабочей частоты. Таким образом, коэффициент преобразования экстремум-детектора в этом случае определяется разностью периодов подавляемой помехи и питающего напряжения. Если частоты и помехи совпадают, то коэффициент преобразования в этом случае равен нулю. Однако, если частоты различаются хотя бы незначительно, то возможно их разделение и подавление сигнала помехи при сохранении высокого (порядка 1-2 периодов) быстродействия устройства. Степень подавления помехи определяется точностью задания времени интегрирования, которая может быть обеспечена очень высокой. Уменьшение коэффициента преобразования в этом случае может быть скомпенсировано введением усилительных звеньев на выходе экстремум-детектора. Формула изобретения Быстродействующий экстремум-детектор цифрового экстремального моста переменного тока, содержащий мостовую измерительную цепь, фазовращатель, два квадратора, выходы которых соединены со входами сумматора, выход которого через арифметическое устройство соединен со входом анализатора приращений, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены два интегратора, вход первого из которых соединен с выходом мостовой измерительной цепи, вход второго - с выходом фазовращателя, а выходы обоих интеграторов соединены со входами квадраторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №281643, кл. G 01R 17/10, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР №198451, кл. Н 03D 5/00, 1967.