Детектор квазиравновесия Советский патент 1982 года по МПК G01R17/06 G01R19/00 

(5) ДЕТЕКТОР КВАЗИРАВНОВЕСИЯ

1

Изобретение относится к элект-роизмерительной технике и может быть использовано в приборах допускового контроля параметров комплексных величин, мостах и компенсаторах переменного тока.

Известен детектор квазиравновесия, содержащий два согласующих блока, выходы которых соответственно через первый и второй двухполупериодные прямители соединены с соответствующими входами вычитающего блока, выход которого подключен к сигнальному входу интегратора и подсоединен к сигнальному входу блока сравнения, а yn-jj равляющие входы интегратора и блока сравнения .соединены с выходом времязадающего блока 1.

Данное устройство сравнивает модули двух гармонических сигналов одина-20 ковой частоты, но не позволяет сравнивать раздельно синфазные и квадра турные составляющие этих сигналов. Кроме того, сигнал на выходе детектора имеет аналоговую форму, что требует дополнительного аналого-цифрового преобразования в случае экстраполяционного формирования регулирующих воздействий в измерительной цепи.

Известно устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин, содержащее генератор синусоидального напряжения, первый и второй выходы которого соединены соответственно через формирователь импульсов с одним из управляющих входов ключа и через первичный измерительный преобразователь - с одним из входов нуль-органа, выход которого подключен к второму уг равля«ощему входу ключа, генератор импульсов подсоединен через ключ к кольцевому счетчику импульсов, первый выход которого через генератор компенсирующего напряжения соединен с вторым входом нуль-органа, а второй выход подключен к входу цифрового индикатора 21. 393 В известном устройстве генератор компенсирующего напряжения запускается вновь в каждом цикле уравновешивания. Измеряемая составляющая будет пропорциональна временному интервалу от начала последней развертки до б,лик айшего экстремума опорного сигнала. В результате время измерения может составить от единицы до сотен периодов измеряемого напряжения и зависит от его амплитуды, фазового угла и погрешности, возникающей от неполного уравновешивания. Цель изобретения - повьпиение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства. 11ель достигается тем, что детектор квазиравновесия, содержащий формирователь импульсов, вход и выход которого соединены соответственно с пep вым входом детектора квазиравновесия и с управляющим входом ключа, генератор компенсирующего напряжения, выход которого подключен к одному из входов нуль-органа, и счетчик, дополнительно введены второй генератор синусоидального напряжения, блок определения квадрантов, амплитудный преобразователь и дешифратор, причем первый вход блока определения квадрантов соединен с сигнальным входом форми вателя импульсов и через амплитудный преобразователь и ключ - с сигнальным входом генератора компенсирующего напряжения, а выход подсоединен к управляющему входу формирователя импульсов, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вто рым входами дешифратора, а четвертый выход подключен к управляющим входам счетчика и дешифратора и первому управляющему входу генератора компенсирующего напряжения, второй управляющий вход которого подсоединен к выходу нуль-органа и через счетчик к третьему входу дешифратора, выход которого соединен с выходом детектора квазиравновесия. Генератор компенсирующего напряжения содержит интегратор и управляемый делитель напряжения, причем сигнальный вход генератора компенеирующего напряжения соединен с первым и через интегратор - с вторым сигнальными входами управляемого делите:ля напряжения, первый управляющий вход которого подсоединен к управляющему входу интегратора и является первым (управляющим входом генератора компен3сирующего напряжения, второй управляющий вход и выход которого являются соответственно вторым управляющим входом и выходом управляемого делителя напряжения. Генератор компенсирующего напряжения содержит интегратор и управляемый делитель напряжения, причем си1- нальный вход генератора компенсирующего напряжения соединен с сигнальным входом и через управляемый делитель напряжения - с входом смещения интегратора, выход которого является выходом генератора компенсирующего напряжения, первый и второй управляющие входы которого являются соответственно первым и вторым управляющими входами управляемого делителя напряжения. На фиг. 1 изображена блок-схема Детектора квазиравновесия; на фиг.2а и 26 - блок-схемы двух вариантов генераторов компенсирующего напряжения; на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие работу детектора квазиравновесия для случая нахождения вектора гармонического сигнала U и в первом квадранте относительно вектора сигнала U ; на фиг. k - таблица, поясняющая работу детектора квазиравновесия для всех четырех квадрантов. Детектор квазиравновесия содержит блок 1 определения квадрантов, формирователь 2 импульсов, амплитудный преобразователь 3, ключ 4, генератор 5 компенсирующего напряжения, нуль-орган 6, счетчик 7, дешифратор 8, генераторы.компенсирующего напряжения, выполненные на интеграторах 9 2 и управляемых делителях напряжения 10 2, а также первый и второй генераторы 11 и 12 синусоидальных напряжений. Детектор квазиравновесия работает следующим образом. Сравниваемые гармонические сигналы и и Uj с выходов первого и второго генераторов синусоидальных напряжений (фиг. За) подаются соответственно на первый и второй входы блока 1 определения квадрантов, информация о квадранте, в котором находится вектор сигнала U относительно вектора и , поступает на управляющий вход формирователя 2 импульсов. Гармонический сигнал и кр®ме того подается на формирователь 2 импульсов и амплитудный преобразователь 3, а гармонический сигнал Uj. - на один из входов нуль-органа 6. В зависимости от квадранта сравнение амплитуд синфазной и квадратур ной составляющих сигнала О с амплитудой сигнала U производится в различное время. В случае первого квадранта с первого выхода формирователя импульсов прямоугольный импульс (фиг. 36), начало и конец которого совпадают с моментами перехода гармонического сигнала О через нулевой уровень соответственно с минуса на плюс и с плюса на минус, подается на управляющий вход ключа k. Короткие импульсы (Оиг. Зв), сфо мированные в моменты положительных экстремумов и переходов через нулевой уровень с плюса на минус сигнала и, с второго выхода формирователя импульсов 2 поступают на первый управляющий вход генератора компенсиру ющего напряжения 5 и на управляющие входы счетчика 7 и дешифратора 8. Ко роткие импульсы (Фиг. ЗА,е)(Сформированные в те же моменты времени, с третьего и четвертого выходов формирователя импульсов 2 подаются соот ветственно на первый и второй входы дешифратора 8, причем наличие или от сутствие импульсов в указанные моменты времени на третьем выходе формирователя импульсов несет информацию о том, что измеряется соответственно синфазная или квадратурная составляющая сигнала U , а наличие или от сутствие нмпульсов на четвертом выходе говорит о знаках составляющих (положительная или отрицательная соответственно). С выхода амплитудного преобразова теля 3 опорный сигнал UQ (фиг. За), уровень которого пропорционален амплитуде гармонического сигнала U , через ключ t поступает на сигнальный вход генератора 5 компенсирующего напряжения. При выполнении генератора компенсирующего напряжения 5 по схеме (фиг.2а) прямоугольные импульсы (фиг. Зе) с выхода ключа поступают одновременно на вход интегратора и один из входов управляемого делителя напряжения, на второй вход которого подается линейно возрастающий сигнал Ug (фиг. Зе) с йыхода интегратора Сигнал и (фиг. Зе) с выхода управляемого делителя напряжения поступает на второй вход нуль-органа 6 и в моменты равенства сигналов 2. и Ug узкие импульсы (Фиг. 3) с выхода нуль-органа 6 подаются одновременно на счетный вход реверсивного счетчика 7 и второй управляющий вход генератора 5 компенсирующего напряжения, т.е. на второй управляющий вход управляемого делителя напряжения, сигнал Ug (фиг. Зе), на выходе которого резко уменьшается на 1/И мгновенного значения сигнала Ug в этот момент,времени, где п - натуральное число, определяющее количество дискретных значений детектора квазиравновесия, продолжает линейно возрастать до прихода следующего импульса с выхода нуль-органа 6, т.е. до следующего равенства с сигналом В момент прихода первого импульса (фиг. Зв ) с второго выхода формирователя 2 импульсов на первый управляющий вход генератора 5 компенсирующего напряжения, т.е. одновременно на управляющий вход интегратора и первый управляющий вход управляемого делителя , интегратор мгновенно разряжается до нулевого значения и начинает заряжаться вновь с прежней скоростью (фиг. Зе), а сигнал 9 выходе управляемого делителя смещается на постоянный отрицательный уровень (-(Jon)- Сигнал Uj (Фиг. Зе) продолжает дискретно изменяться на постоянную величину после каждого равенства с сигналом U2 ДО момента поступления второго импульса (фиг. Зв) с второго выхода формирователя 2 импульсов. При выполнении генератора 5 компенсирующего напряжения по схеме (фиг. 26) прямоугольные импульсы (фиг. Зз) с выхода ключа k одновременно поступают на входы управляемого делителя напряжения и интегратора , линейно возрастающий си|- нал У (фиг. Зз), с выхода которого поступает на второй вход нуль-органа 5. В момент равенства входного сигнала U и сигнала U (фиг. Зз) узкий импульс (фиг. Зи) с выхода нульоргана 6 подается на счетный вход реверсивного счетчика 7 и на второй управляющий вход генератора 5 компенсирующего напряжения, т.е. на второй. вход управляемого делителя напряжения, сигнал Ug (фиг. Зз), на выходе которого изменяется от нулевого уровня на величину ( - ) опорного сигнала с приходом каждого импульса (фиг. Зи) с выхода нуль-органа 6. Сигнал TJg (фиг, Зз) с выхода управляемого делителя напряжения поступает на вход задания начальных условий интегратора и определяет величину смещения его выходного сигнала и (фиг. Зэ) относительно нулевого уровня. В момент прихода первого импульса (фиг. Зв) с второго выхода формирователя 2 импульсов на первый управляющий вход генератора 5 компенс рующего напряжения 5, т.е. на соответствующий вход управляемого делителя напряжения, сигнал ид(фиг.3з на его выходе смещается до уровня, равного (-2Uoii. Сигнал U (фиг. Зз) вновь сравнивается с сигналом U и дискретно изменяется после каждого ра венства в течение четверти периода сигнала U до прихода второго импульса (фиг. Зв) с второго выхода формирователя 2 импульсов. Интеграторы и отрегулирозаны так, что линейно возрастающие сигналы Ug (фиг. Зе,з) на их выходах за четверть периода достигают величины опорного сигнала Uon, т.е. амплитуды входного сигнала U (фиг. За). К моменту начала развертки ( дОля схемы фиг. 2а, к моменту начала первой развертки) реверсивный счетчик 7 вклю чен в вычитания и в нем зaпиca но число п. С приходом К-импульсов (фиг. 3 ж, и) на его счетный вход записанное в нем число становится равным VI-к , где к - число моментов равенства сигнала (фиг. Зе,-з ) с выхода генератора компенсирующего напряжения 5 и входного сигнала О за время от момента перехода гармоничес кого сигнала Щ через нулевой уровен с минуса на плюс до момента его поло жительного экстремума. В момент поступления первого импульса (фиг.Зв) с второго выхода формирователя 2 импульсов с дешифратора 8 снимается ин формация, а реверсивный счетчик 7 сбрасывается до нуля и переключается в режим сложения. С приходом КЯ-импульсов (фиг. 3 ж,и) на его счетный вход с выхода нуль-органа 6 записанное в счетчике число становится рав ным уу1, где vn - число моментов равенства сигнала с выхода генератора компенсирующего напряжения (фиг. Зе, и входного сигнала и за время от момента положительного экстремума 93 38 гармонического сигнала U до момента его перехода через нулевой уровень с плюса на минус. В момент поступления второго импульса (Фиг. Зв) с второго выхода формирователя 2 импульсов с дешифратора 8 вновь снимается информация, а реверсивный счетчик 7 переключается в режим вычитания, и в нем записывается число п. Из временных диаграмм (фиг. Зг, д,е,з) видно, что числа (n-k) и m показьшают, какие части сигнала U и с какими знаками составляют синйазная и квадратурная составляющие сигнала U (фиг. За) при нахождении вектора сигнала (J в первом квадранте относительно вектора сигнала U . Аналогичным образом могут быть определены соотношения между составляющими (синфазной и квадратурной) сигнала и2 и сигналом U/ однако в соответствии с сигналами с выхода блока определения квадрантов импульсы на выходах формирователя 2 импульсов появляются в моменты времени, указанные в таблице (фиг. ). Детектор квазиравновесия может быть использован как в мостах и компенсаторах переменного тока, так и в преобразователях параметров комплексных величин в цифровой код. В этом случае на его первый вход подается сигнал с первичного измерительного преобразователя, например на основе усилителя с обратной связью, а на второй вход - опорный сигнал с генератора образцового напряжения. Применение предлагаемого детектора квазиравновесия позволяет не только сократить время сравнения составляющих гармонического сигнала с другим сигналом, но и получить инфориацию об их соотношении в цифровом коде, включающем и знак составляющей, что позволяет значительно повысить скорость измерения комплексных величин. Предлагаемое устройство позволяет получать код, пропорциональный соотношению амплитуд составляющих (синфазной и квадратурной) одного из гармонических сигналов к амплитуде второго гармонического сигнала, что значительно повышает быстродействие мостов, компенсаторов, а также систем автоматизированного контроля и управления технологическими процессами . Формула изобретения 1. Детектор квазиравновесия, содержащий формирователь импульсов, вход и выход которого соединены соответственно с первым входом детектора квазиравновесия и с управляющим входом ключа, генератор компенсирую|Щего напряжения, выход которого подключен к одному из входов нуль-органа, и счетчик, отличающийс я тем, что, с целью повышения быст родействия и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены второй генератор синусоидального напряжения, блок определения квадрантов, амплитудный преобразователь и дешифратор, причем первый вход блока определения квадрантов соединен с сигнальным входом формирователя импульсов и через амплитудный преобразователь и ключ - с сигнальным входом генератора компенсирующего напряжения, а выход подсоединен к управляющему входу формирователя импуль во, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, а четвер тый выход подключен к управляющим входам счетчика и дешифратора и первому управляющему входу генератора компенсирующего напряжения, второй управляющий вход которого подсоедине к выходу нуль-органа и через счетчик - к третьему входу дешифратора, выход которого соединен с выходом де тектора квазиравновесия. 2-. Детектор по п. 1 , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что генератор ком93310 пенсирушдего напряжения содержит интегратор и управляемый делитель на-, пряжения, причем сигнальный вход генератора компеисирушиего напряжения соединен с первым и через интегратор с вторым сигнальными входами управляемого делителя напряжения, первый управляющий вход которого подсоединен управляющему входу интегратора и является первым управляющим входом генератора компенсирующего напряжения, второй управляющий вход и выход которого являются соответственно вторым управляющим входом и выходом управляемого делителя напряжения, 3- Детектор по п. 1, о т л чающийся тем, что генератор компенсирующего напряжения содержит интегратор и управляемый делитель напряжения, причем сигнальный вход генератора компенсирующего напряжения соединен с сигнальным входом и через управляемый делитель напряжения с входом смешения интегратора, выход которого является выходом генератора компенсирующего напряжения, первый и второй управляющие входы которого являются соответственно первым и вторым управляющими входами управляемого делителя напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 387330, кл. G 05 В 1/01, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 521522, кл. G 01 R 17/06, 1976 (прототип).

(Ы

/

/

ma

V