Способ измерения синфазной составляющей периодического напряжения на фоне квадратурной помехи и устройство для его реализации Советский патент 1980 года по МПК G01R19/00 

НИИ не произойдет в момент л, a-to Синфазная составляющая измеряемого напряжения будет пропорциональна вели-Цйне UjM при последней развертке. Изменение величины может осу,щес твляться по определенному алгорит му, например последовательному счетHotiy или поразрядному. Быстродействие этих алгоритмов ог раничено числом дискретных делений и числом разрядов.;Кроме того, точность измерения п этом способе определяется точностью фиксации момента , точностью форм эталонных напряжений, быстро действием сравнивающего устройства. Цель изобретения - повышение точ ности измерения. Для достижения этой цели согласно способу измерения синфазной состав-ляюдей периодического напряжения на фоне квадратурной помехи, основанном на сравнении эталонного развертывающего сформированного путем модулирован Ця пилообразным напряжением синусоидального напряжения постоянной амплитуды с измеряемым напряжением, начало формирования эталонного развертывающего напряжения сдвигают от момента, при котором квадратурная по меха равна нулю, на величину интервала времени между началом формирова ния эталонного развертывающего напря жения и моментом равенства его с измеряемым напряжением в предыдущем такте сравнения, причем указанный сдвиг момента начала формирования эта;|онного развертывающего напряжения продолжают до тех пор, пока сравнение не произойдет в момент времени Т/4. JKpOMe того, в автокомпенсацион- ное устройство для реализации способй измерения синфазной составляющей Апериодического напряжения на фоне; квадратурной помехи, содержащее последовательно соединенные элемент сравнения, генератор эталонного развертывакндего напряжения, триггер, один из входов которого подключен к од|ному из выходов элемента сравнения, причем к этому же выходу элемента сравнения подключены последовательно соединенные первый вентиль, блок управления и счетчик, связанный Также с другим входом триггера и выходом второго вентиля, связанного с генератором частоты, введены второй фриггер и элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу второго вентиля, первый вход -- к выходу триггера, второй вход -«- к выходу второго триггера, первый вход которого;соединен с блоком управления, а втфрой вход - со счетчиком. При сравнении измеряемого синусоидального напряжения с эталонным развёртывающим напряжением, формирувр-вдм так же, как и в известном устройстве, с тем отличием, что каждый раз изменяется момент начала развертки, причем это изменение осуществляется итерационно до тех пор, пока сравнение не произойдет в момент времени , величина : остается постоянной. Измеряемое напряжение имеет вид , где Uyg. - амплитудное значение синфазной составляющей; а амплитудное значениеква,цратурной помехи. Эталонное развертывающее напряжение выражается формулой .(t-4lsmwt где tQ - момент начала развертки для момента сравнения t tcp , U Li, Приравняв (1) и (2), получаем .. „ (Если сравнение происходит в момент t t г, то равенство (3) принимает вид It XiB.u-t , -у.а-ТрГи О Tn откуда видно, что синфазная состав-ляющая пропорциональна интервалу времени от момента запуска развертки до момента сравнения,если последнее происходит при . Таким образом, изменяя момент начала развертки t, производя кансдый раз сравнение U и U и сопоставляя момент сравнения ср моментом , можно определить такое tg, при котором сравнение происходит при .Искомая величина и,дОПределяется по формуле (4). Изменение tQ осуществляется по одному из известных детерминированных алгоритмов, однако возможно использование итерационного алгоритма, к которому можно прийти следующим путемОбозначим через to то значение момента запуска t,,,, при котором имеет место равенство (4) U .) (-тг1,4 ь; тсюда о 4 и,„/ТрЕсли to to t, TO уравнение (3 можно записать в виде U. tu t и -COS, uut ср (t;,.t; или, поделив на «Jxo, T ) В пооледнем равенстве и. равно ве Uw, ., личине V i-cp - погрешностью tfr (Ctgurt p Если в выражение (5) под ставить это определенное с погрешностью значение Uxar о получается величина момента запуска to to, которая отличается от величины t. Однако легко можно показать, что t всегда отличается от t меныде, чем t . Производя сравнение Un и Ug при to to и проделывая аналогичные описанным операции, получаем значения момента запуска tg, при каждом преобразовании приближаюидаеся На фиг. 1 представлена временна диаграмма процесса измерения; на фиг. 2 - графики зависимости числа циклов измерения от величины синфа ной составляющей и квадратурной помехи , на фиг. 3 - блок-схема уст ройства, реализуквдего способ; на фиг. 4 - временные диaгpa влы работ блоков; на фиг. 5 - графики, харак теризующие быстродействие устройства. Способ состоит в следующем (при описании, с целью упрощения, отсче времени в каждом цикле начинается не с моментов, кратных периоду измеряемого напряжения: 0,Т,2Т...,а с момента , соответствующего мо менту перехода синфазной составляю щей через ноль). В первом цикле сравнения измеря мое напряжение (1) сравнивается с развертывающим (2), запускаемым в момент tflj О. -t -S ntUt 94 - 1 Сравнение U и Uj наступает в момент времени. tcp;i, т.е. интервал времени от момента запуска разверт до момента сравнения будет CP-I 04 Cp-l fi t/ CP-I 01 Если t , то момент запуска ра вертки при втором цикле преобразов ния определяется,как -&t, т.е оа 4 W после чего производится второй цик сравнения и т.д. Для i-его цикла момент запуска пределяется о 1 д (ЧР ( - О о(«- I) / де1,()) - момент запуска развертки в (i- 1)-ом цикле; срС) момент сравнения в (1 - 1)-ом цикле. Наконец, при п-ом цикле сравнеие происходит в момент t риравняв (1) и (2), получаем: ;,. эм/Т . с.Т ll) где . момент запуска развертки в п-ом цикле Wj-(-cP{n-0 o(n-i4| Таким образом, величина пропорциональна интервалу времени от момента запуска развертки до момента сравнения, если последнее происходит при t Т/4 аналогично (4). Точность фиксации момента и быстродействие сравнивающего устройства в меньшей мере сказывается на точности измерений по сравнению с известным. Кроме того, отпадает необходимость в формировании набора эталонных напряжений. На фиг.2 приведены графики зависимости числа циклов измерения от относительной величины синфазной составляющей (отношения тт-) для различных относительных величин квадратурной помехи (отношения тг ) где и У.М максимашьная. амплитуда синфазной составляющей, причем фиг. 2а соответствует случаю приведенной погрешности измерения /j 0,1%, а фиг. 26 - случаю /|j 0,5%. Для сравнения пунктиром показано число циклов при поразрядном вводе этешонных напряжений. Эти графики построены по результа там моделирования описанного способа на ЭЦВМ Минск-22. Значение U, задавалось равным величине U, а 5 см. . Из графиков видно, что при относительной величине квадратурной помехи , i 0,7 во всем диапазоне измеряе A,ила мых значений () число циклов меньше, чем в случае поразрядного ввода, причем это число уменьшается как с уменьшением , (для данного и (,), так и с увеличением U/q (для данного ). т.е. с увеличением отношения сигнал-помеха т:-. Для случая инку п 1, а для случая О п 2. Таким образом,способ позволяет п высить быстродействие при измерени синфазной составляющей синусоидаль него напряжения на фоне к-вадратурмой помехи. Устройство для реализгидии спосо Содержит элемент 1 сравнения, гене тор 2 эт&лонного напряжения,первый триггер 3, вентиль 4, блок 5 управ ления, счетчик 6, второй триггер 7 э,пемент ИЛИ 8, вентиль 9, генерато liO частоты« Работа устройства основана на сравнении входного напряжения вида .( где - измеряемая синфазная сос тавляющая ; Jya квадратурная помеха; UJ - круговая частота t - время, с вырабатываемым генератором 2 эта лонным развёртывающим напряжением и K(t-to)sin(jut , ( где К - .постоянный коэффициент-, tQ - момент запуска К э Для момента сравнения t, (2) можно записать хс, va : с Р-()« () В последней формуле измеряемая синфазная составляющая определяется интервалом времени (t(,.p-to) с погрешностью, вызванной наличием слагаемого UygCtgujtcp. Однако при выполнении условия Т/4 независим от величины U. определяется по формуле Ча Мт/4-to) (3 т.е. не зависит от U.yo(. Выполнения указанного условия можно добиться изменением t в каждом цикле преобразования, в которых осуществляется сопоставление и Т/4. В формулу (3) нужно подставить значение to в том цикле, когда tcp и Т/4 совпадут Регулировка t а может осуществляться по известным детерминированным алго ритмам, не обеспечивающим однако достаточно высокого быстродействия. В предложенном устройстве использован итерационный алгоритм изменения tQ, по которому в каждом последующем (i+l)-OM цикле ) опр деляется по формуле

o(u.(,

t - - момент сравнения в i-OM

где цикле;

К( t-t)s i nurt

Q

В момент сравнения счетчике эа65 |писывается число N f ( -1 рг)и т.д, tQ - момент запуска в i-ом цикле. Работает устройство следующим образом (при описании с целью упрощения отсчет времени в каждом цикле начинается не с моментов, кратных периоду измеряемого напряжения: О,Т, 2Т...,а с момента , соответствующего моменту перехода синфазной составляющей через ноль) . В первом цикле сравнения в момент времени t tj,0 на выходе б формирует импульс, устанавливающий счетчик б в ноль. Последний выдает импульс, -устанавливающий триггеров в единичное состояние, в результате чего запускается генератор 2 эталонного напряжения. Его напряжение, имеющее вид (t.i Sincut Keln cot . л t/1 сравнивается с измеряемым. В момент сравнения .cxeMa сравнения генерирует импульс, возвращающий триггер 3 в исходное состояние. В течение времени д t триггер 3 отпирает вентиль 9 и на вход счетчика б от генератора 10 образцовой частоты поступают импульсы. Их число ,,; где f - частота импульсов генератора 10. В момент времени формируется короткий импульс, отпирающий вентиль 4. Если импульс элемента 1 сравнения не совпадает с ним, т.е. Т/4 , в следующий момент , импульс устанавливает триггер 7 в единичное состояние. При этом отпирается вентиль 9, и импульсы генератора 10 начинают поступать на счетный вход счетчика 6. Если емкость счетчика составляет . f-Т/4, то, учитывая, что число, хранящееся в нем М, f&t, в нулевое состояние счетчик устанавливается, когда на его вход поступает N , f (T/4-.&t) импульсов. Отсюда время от начала счета до момента установки в ноль составляет , -to-t f Т/4 - &t Т/4-( -f - . - i - -/ X tCpl ТО соответствует моменту запуска, определяемому по формуле (4) 42 T/4-(tep, -t момент перехода счетчика 6 через ноль импульс с его выхода устанавивает триггер 7 в исходное состояние, а триггер 3 э единичное. Запускается генератор 2, вырабатываюий напряжение

В n-ОМ цикле Т/4. При этом импульс элемента 1 сравнения совпадает с коротким импульсом и, пройдя через вентиль 4, блокирует блок 5 управления. Измерение окончено.Искомая синфазная составляющая определяется:

. т-.е. она пропорциональна числу, записанному в счетчик по окончании послед него цикла.

Формула изобретения

1. Способ измерения синфазной соетавлякяцей периодического напряжения на фоне квадратурной помехи, основанный на сравнении этешонного развертывающего сформированного путем модулирования пилообразным напряжением синусоидального напряжения постоянной амплитуды с измеряегФам напряжением, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, начало формирования эталонного развертывалощего напряжения сдвигают от момента, при котором квадратурная помеха равна нулю, на величину интервала времени между началом формирования эталонного развертывгиощего напряжения и моментом равенства его с измеряемым напряжением в предыдущем

такте сравнения, причем, вышеуказанный сдвиг момента начала формирования эталонного развертывающего напряжения продолжают до тех пор, пока сравнение не произойдет в момент времени Т/4.

2. Автокомпенсациояное устройство для реешизации способа по п.1, содержеицее последовательно соединенные элемент сравнения, генератор эталонного развертываквдего напряжения, триггер, один из входов которого подключен к одному извыходов элемента сравнения, причем к этому же выходу элемента сравнения подключены последовательно соединенные первый вентиль, блок управления и счетчик,связанный также с другим входом триггера и выходом второго вентиля, связанного с генератором частоты, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй триггер и элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу второго вентиля, первый вход - к выходу триггера, второй вход - к выходу второго триггера, первый вход которого соединен р блоком управления, а второй вход - со счетчиком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР, W 309306, кл. G 01 R 17/02, 1969.