Способ преобразования отношения синфазной (квадратурной) составляющей информационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

го сигнала к абсолютному значению опорнего i-армрнического сигнала, по значению которого судят о величине измеряемой составляющей. При преобразовании второй составляющей информационного гармоничео кого сигнала фазу вектора опорного гармо нического сигнала поворачивают на , формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный проекции вектора информационного гармонического сигнала на повернутый вектор опорного гармонического сигнала, формируют пятый дополнительный сигнал, пропорциональный разности абсолютного значения опорного гармонического сигнала с четвертым дополнительным сиг налом, определяют отношения пятого допопнительного сигнала к опорному гармоническому сигналу, по значению которого судят о величине изменения измеряемой составляющей 12|„ Недостатком известного способа является низкая тошость полу 1ения информации об изменении абсолютного значения преобразуемого отноше1шя в виде активного сигнала из-за отсутствия точных аналоговых делитеЦель изобретения - повышение точности преобразования отноше шя синфазной (квадратурной составляющей информационного гармонического сигнала к опорному гармони ческому сигналу в акт1шные величины. Поставле1шая цель достигается тем, что в известном способе преобразования отнощения синфазной (квадратурной) составляющей и№ формационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу, заключаю идемся в формировании дополнительных сигпалов, первый из которых (уровень) прог порционален мгновенному значению информа Щ101шого гармонического сигнала в моме1гт экстремума (одного из переходов через ну левой уровень) опорного гармонического сиг нала, формируют второй дополнительный сиг нал длительностью, пропорциональной Bjl)eMeH ному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с минуса на плюс, а конец совпадает с ближайщей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с плюса да минус, формируют третий допол нительный сигнал длительностью, пропорциональной време1шому интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с плюса на минус, а конец совпадает с ближайщей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого допошштельного сигнала с минуса на плюс, формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный разности третьего дополнительного сигнала со вторым дополнительным сигналом, информацию о преобразуемой величине и знаке формируют по значению по знаку четвертого дополнительного сигнала. При преобразовании отношения изменения синфазной (квадратурной) составляющей информационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу форми руют второй дополнительный сигнал (уровень), пропорциональный абсолютному значению вектора опорного гармонического сигнала, формируют третий дополнительный сигнал (уровень), пропорциональный разности второго дополнительного сигнала с первым дополнительным сигналом, формируют четвертый дополнительный сигнал длительностью, пропорциональной временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармо1шческого сигнала через уровень, третьего дополнительного сигнала с минуса на плюс, а конец совпадает с ближайщей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень третьего дополнительного сигнала с плюса на минус, информацию о преобразуемой величине формируют по значегшю четвертого допол штельного сигнала, а информацию о знаке исследуемой составляющей информационного сигнала формируют по знаку третьего дополнительного сигнала. На фиг, 1а и б изображеньг круговые диаграммы, поясняющие способ преобразования отноще}1ий составляющих информашто1шого гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу в активные величины; на фиг. 2 - мостовая измерительная цепь, в таблице - 1возможные варианты ветви ОсЬ с соответствующими круговыми диаграммами; на фиг. 3 и фиг. 4 - круговые диаграммы, поясняющие использование предлагаемого способа для преобразования параметров пассивного комплексного сопротивления двухполюсника. Во многих случаях в измерительной технике возникает необходимость определять отнощения амплитудных векторов ,, 44/V , где, реально существуют векторы Vi,V2, а векторы Vj, V4 являются составляющими вектора V2 и находятся в квадратуре относитель- но друг друга. На фиг. 1 d изображен случай, когда направление УЗ синфазно направлению опорного вектора Vj, а на фиг. 16 вект.ор УЗ противофазен вектору Vj Из векторных диаграмм модули векторов , Vs и V4 можно получить как мгновенные значения, .в виде постояюгых уровней вектора VzCVa-Vj-cosV ; V4-V2 sinCf). На фиг. 1 и фиг. 2 показано формирование угла, пропорционального отношению Vs/V который получают из соотношения двух век торов, причем один из них является хордой окружности, диаметр которой равен модулю вектора УЗ, а о направлении вектора УЗ (относительно опорного Vj) судят по значению мгновенного значения вектора Vj равного , которое может быть как положительным, так и отрицательным. В качестве примера рассмотрим использова ние предлагаемого способа для преобразоват параметров пассивного комплексного двухполюсника. На фиг. 2 изображена мостовая измерител ная цепь, где приняты следующие обозначени Zj, Zj - исследуемое комплексное сопротивление (проводимость) двухполюсника и образцовый двухполюсник; Zj, Z - образцовые двухполюсники, однородные одной из составляющих исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника. В таблице 1 приведены возможные варианты ветви act) мостовой измерительной цепи (фиг. 2), где приняты обозначения а - образцовое сопротивление двухполюсника; /J, 7 - преобразуемые параметры иссле;дуемого комплексного сопротивления двухполюсника. I В таблице 1 изображены также круговые диаграммы мостовой измерительной цепи для соответствующих видов измерительных цепей ветви асЪ На фиг. 3 и фиг. 4 изображены круговыедиаграммы, поясняющие преобразование относительного изменения составляющей исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, расположенному в ветви, содержащей исследуемое комплексное сопротивление двухполюсника, при положитель ном (фиг. 4) и отрицательном (фиг. 3) от-носительном изменении преобразуемого параметра для ветвей типа А, Б, С , D , где ос вектор падения наиряже1шя, снимаемого с двухполюсника Zj мостовой измерительной цепи; cd - вектор напряжения небаланса мостовой измерительной цепи; i/ - фазовый сдвиг вектора напряжения небаланса относительно вектора падения напряжения на двухполюснике Zi мостовой измерительной цепи; О d - вектор падения напряжения, снимаемого с двухполюсника iZa мостовой измерительной цепи; с - потенциальная точка, вершина ветви мостовой измерительной цепи, содержащей измеряемое комплексное сопротивление д двухполюсника; (j потен1шалъная точка, вершина ветви мостовой измерительной цепи, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника; а PC, 7t траектории перемещения потенциальной точки С при изменении параметров комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника 2j и Zj в обобщенных обозначениях; aj, j - траектории перемещения потенциальной точки d при изменении параметров образцовых сопротивлений двухполюсников Zy и cd синфазная составляющая вектора напряжения небаланса сЛ относительно вектора cfC ; dd - квадратурная составляющая вектора напряжения небаланса cd относительно вектора ОС Ч - угол, равньш avCCOS UU т cdCOSfrjcdl-СК, является хордой кружности,диаметр которой равен модулю вектора /аС /. Дгш примера рассмотрим измерительную цепь вида А (таблица, фиг. 2). В исходном состоя1ши потенциальные точки С и с} (фиг. 3 и 4) находятся на разных окружностях ff 7 т.е. мостовая измерительная цепь иедоуравновешена по активной составляющей исследуемого комплексного сопротивле{шя двухполюсника. При квазиравновесии мостовой измерительной цепи по активной составляющей исследуемого комплекснрго сопротивления двухполюсника потенциальная точка С находатся в точке С. Таким образом, на фиг. 3 показано отрицательное изменение активной составляющей исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника относительно состояния квазиравновесия мостовой измерительной цепи, а на фиг. 4 показано положительное изменение активной составляющей исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника относительно состояния квазиравновесия мостовой измерительной цепи. При изменении значения активной состав™ ляющей измеряемого комплексного сопротивления от состояния квазиравновесия в сторону уменьщения вершина измерительной цепи, содержащая измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника, находится в положении С (фиг. 3). Vcdcos В этом случае где Vf - фазовый угол, получаемый из соотношения двух величин, причем одна из них cd cos v|) /cd/ ck, является хорДОИ окружрюсти, диаметр которой равен модулю вектора ас. Учитывая, чтол- сТрь - -& ---Iполучаем ас arcco%V(fJb.3-4,)

,--p-

- относительное измене

где ifi кие активной составляющей измеряемого ко лексного сопротивления двухполюсника, что соответствует отрицательному изменению син фазной составляющей. Абсолютное значение реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивле ния, согласно закону Ома, равно подобия треугольников аиЬ и а dcf можно записать следующее отно1иение ИЪ Cd-SiviV ,. ab-cd-sinvf «в Подставляем уравнение (5) в (3), d4cC b-cd-siMf,/g-) Вектора напряжений а Ъ и ОС являются ПОСТОЯ1ШЫМИ, позтому отношение зтих век торов напряжений можно заменить через отношение знaчe шй образцовых элементов мостовой измерительной цепи, соответственно («а + а и d Тогда выражение (6) принимает вид . c(°td4-p) C 3 ihvf Параметры являются постоянными, поэтому обозначим o() , or -о . Ос м сзс Реактивная составляющая измеряемого ком лексного сопротивления определяется из следующего выражения й iwM - (9) arccos или, что то же самое Тс dv-cco --- где f - временный интервал, пропорциональный абсолютному значению реактивной состав ляющей.

Таким образом, из анализа выражений (2) и (10) получаем /CdCOS P arccos j-cffbg-avccoB -ч- (И) . (12) arccos - av-ccos Причем 7 и Q являются постоянными и могут быть выбраны равными I, 10, 100 и тл., что соответствует передвижению на соответствующее число разрядов. Аналогично получаются выражения для определения относительных изменений составляющих комплексного двухполюсника 2a rccoscfp c-2.arccos Na : YgbCOS P VQC03) и абсолютного значения составляющей комплексного двухполюсника Aarc-iivi --4акс 1и Из анализа выражения (11) нетрудно заметить, что величина угла зависит только от изменения активной составляющей измеряемого комплексного двухполюсника и не зависит от значения и изменеггая реактив ной составляющей, а величина угла f (1) зависит только от значения реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и не зависит от значения активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника. Величины MJ и f не зависят от изменения .напряжения питания измерительной цепи, так как с увеличением (уменьшением) напряжения питания Уд- - временные интервалы Ц и f остаются величинами постоянными ввиду того, что пропорционально увеличиваются (уменьшаются) напряжения V -,, V и V). На фиг. 5 изображен один из вариантов труктурной схемы устройства преобразования оставляющих комплексного сопротивления вухполюсника в активные сигналы, которое одержит мостовую измерительную цепь 1, составленную из исследуемого комплексноо сопротивления двухполюсника 2 и образового двухполюсника 3 вида А, В, С и т.д. (таблица,фиг. 2), образцовых двухполюсни ов 4 и 5, однородных одной из составляюих исследуемого комплексного двухполюсника, генератор 6, согласующие устройства 7 и 8, фазочувствительный выпрямитель 9, компа тор 10. Устройство работает следующим образом. Напряжения У с поступают через согласующие устройства на входы фазочувсгвительного выпрямителя, на выходе которого формируется уровень напряжения, равный мгновенному значению напряжения в момент экстремума напряжения VQ, а на выходе компаратора (вь1х, 1) формируется временной интервал, пропорциональный 2arccos отно сительно изменения синфазной составляющей. На втором выходе устройства (вых. 2) формируется знак относительного изменения. На фиг. 6 изображена структурная схема устройства, реализующего одновременно уравнения (11) н (12). Устройство отличается от устройства, изображенного на фиг. 5 тем, что дополнительно содержит второй фазочув ствительный выпрямитель 11 и компаратор 12. Причем фазочувствительный выпрямитель 9 формирует на выходе уровень, равный мгновенному значе шю напряжения в момент экстремума напряжения , а фазочувствительный выпрямитель 11 формирует на выходе уровень, равный мгновенному значению напряжения в момент перехода через нуль напряжения VQJ.. На выходе устройства формируются сигналы (временные интервалы), пропорциональные относительному изменению синфазной составляющей (вых. 1) и абсолютному значению квадратурной составляющей (вых 3) измеряемого, комплексного двзгхполюсника. На вых. 2 формируется сигнал, знак которого характеризует знак отно сительного изменения синфазной составляющей измеряемого комплексного сопротивления. В остальном принцип работы устройства аналогичен принципу работы рассмотренного устройства. На фиг. 7 изображена структурная схема устройства, реализующего уравнение (13). Уст ройство отличается от устройства, изображен ного на фиг. 5 тем, что дополнительно содержит разностную схему 13, Устройство работает следующим образом. Напряжения, снимаемые с мостовой измерительной цепи Vac и УС поступают через согласующие устройства на входы фазочувствительного выпрямителя, причем напряжение Vgj., кроме того, поступает на первые входы разностной схемы и компаратора. На выходе фазочувствительного выпрямителя формируется уровень, равный мгновенному значению напряжения момент экстр мума напряжения VQ., который поступает на второй вход разностной схемы 13. С выхода разностной схемы сигналы поступают на второй вход компаратора 10, на выходе кото рого формир)Аются сигналы, пропорциональные изменению синфазной составляющей рассивного комплексного сопротивления двухполюсника относительно образцового злемента, расположенного в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление. На фиг, 8 изображена структурная схема устройства, реализующего уравнение (14), которое отличается от устройства, изображенного на фиг. 5 тем, что содержит дополнительно инвертор 14 и интегратор 15. Устройство работает следующим образом, Напряжения, снимаемые с мостовой измерительной цепи ; и V(-;, поступают через согласующие устройства на входы фазочувст вительного выпрямителя. На выходе фазочувствительного выпрямителя формируется уровень, равный мгновенному значению напряжения в момент экстремума напряжения У, который поступает на второй вход компаратора 10, на первый вход которого поступает напряжение VQC- выходе компаратора формируется сигнал (временной интервал), который поступает на первый вход интегратора и через инвертор на второй вход интегратора. На выходе интегратора 15 (вых 1) фо| мируется сигнал (уровень), пропорциональный 4f. Использование предлагаемого способа преобразования отношений составляющих информационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу в активные величины обеспечивает по сравнению с существующими способами высокую точность и вьь сокое быстродействие, что позволяет использовать разработанные на основе предлагаемого способа устройства в системах автоматического контроля и управления технологическим процессом. Формула изобретения 1. Способ преобразования отнощенкЯ син- , азной (квадратурной) составляющей инфорационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу, заключающийся в формировании дополнительных сигналов, первый из которых (зфовень) пропорционален мгновенному значению информационного гармонического сигнала в момент экстремума (одного из переходов через нулевой уровень) опорного гармонического сигнала, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности преобразования, формируют второй дополнительный сигнал длительностью, пропорциональной временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигна9ла с минуса на плюс, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с плюса на минус, формируют третий дополнительный сигнал длительностью, пропорциональной временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень первого дополнительного сигнала с плюса на минус, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень перво го дополнительного сигнала с минуса на плюс, формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный разности третьего и второго дополнительных сигналов, информ цию о преобразуемой величине и знаке формируют по значению н знаку четвертого дополнительного сигнала. 2, Способ преобразования отношения син фазной (квадратурной) составляющей информационного гармонического сигнала к опорному гармоническому сигналу, заключающийся в формировании дополнительных сигналов первый из которых - уровень пропорционален мгновенному значению информационного гармонического сигнала в момент экстремума (одного из переходов через нулевой уровень) опорного гармонического сигнала, о т л и 12чающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, формируют второй дополнительный сигнал (уровень), пропорциональный абсолютному значению вектора опорного гармонического сипгала, формируют третий дополнительный сигнал (уро вень), пропорциональный разности второго и первого дополнительных сигналов, формируют четвертый дополнительный сигнал дли тельностью, пропорциональной временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода опорного гармонического сигнала через уровень третьего дополнительного сигнала с минуса на плюс, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода опорного гармо нического сигнала через уровень третьего дополнительного сигнала с плюса на минус, информацию о преобразуемой величине формируют по значению четвертого дополнительного сигнала, а информацию о знаке изменений исследуемый составляющей информационного сигнала формируют по знаку третьего дополнительного сигнала. Источники информа цто, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2541631, кл, G 01 R 27/02, 11.11.77. 2.Авторское свидетельство СССР № 2380702, кл, G 01 R 27/02, 7.07.76,

ФИ1.1

o(

KZZb

n .0 - |-нег

r

h

o(

a c

- T - THZZM

С

o(/

a

D

n

Mho( /

a

a

б

o( / /

a

//

:

5ых1

BbiKZ

Фиг.-5

вш1

Вш1

to

Вш2

Фиг.8