PL106299B1 - Analogowy detektor parametrow sygnalow elektrycznych o przebiegach wykladniczych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest analogowy detektor parametrów sygnalów elektrycznych o przebiegach wykladniczych, zwla¬ szcza amplitudy oraz stalej czasowej sygnalów elektrycznych pradowych i napieciowych.

Stan techniki. Elektryczne sygnaly wykladnicze sa to aperiodyczne sygnaly napieciowe lub prado¬ we, których przebiegi czasowe sa opisane za pomo¬ ca funkcji wykladniczej f (t) = e~a ' gdzie: e = = 2,718 ..., a — odwrotnosc stalej czasowej, przy czym a = const > .O. Badanym sygnalem wejscio¬ wym jest aperiodyczny napieciowy sygnal wyklad¬ niczy o przebiegu rosnacym lufo malejacym opi¬ sanym funkcjami: lub n (t) = Up + AU (1 — e -t/T) u (t) = Uk + AV • e -VT gdzie u wego, Up — poczatkowa wartosc ustalona na¬ piecia, Uk — koncowa wartosc ustalona papie- cia, AU — amplituda sygnalu wykladniczego T — stala czasowa sygnalu elektrycznego, t — czas trwania stanu nieustalonego.

Analogowe panzetwarzanie sygnalu pradowego i(t) w proporcjonalny sygnal napieciowy u(t) = = k • i#t), gdzie k — stala, umozliwia równiez ba¬ danie pradowych sygnalów wykladniczych, przy i czym AU =k*Al, gdczae Al — amplituda badane¬ go pradowego sygnalu wykladniczego a stala cza¬ sowa T = Tfc gdlzae Ti — stala czasowa sygnalu pradowego.

Elektryczne sygnaly wykladnicze charakteryauja sttany nieustalone w obwodach elektrycznych za¬ wierajacych elementy -reaktancyjne i stanowia od¬ powiedz na skokowa zmiane parametrów elektry¬ cznych tych obwodów. Natomiast stala czasowa 7 zalezna od wartosci R — rezystancji, L — induk- cyjnosci, C — pojemnosci obwodu elektrycznego charakteryzuje jego podatnosc na szybkie zmiany warunków elektrycznych,, zas amplituda AU syg¬ nalu napieciowego luib Al sygnalu pradowego opi¬ suje wielkosc zaistnialej zmiany, która jest mozli¬ wa do okreslenia po czasie t — oo.

Znany jest przetwornik E/t, w którym wyko¬ rzystuje sie pomiar rezystancji Ex za posrednic¬ twem pomiaru stalej czasowej T obwodu ladowa¬ nia kondensatora wzorcowego Cw. Przetwornik ta¬ ki jest zasilany znanym i stalym napieciem, zas rnierzona rezystancja Rx jest wlaczana szeregowo ze znana pojemnoscia Cw, do której równolegle jest wlaczony wylacznik rozladowujacy konden¬ sator Cw.

Z chwila wlaczenia rezystora Ex na kondensato¬ rze Cw pojawi sie napiecie rosnace wykladniczo 106 2993 106 299 4 ze stala czasowa TX = RXCW, które nastepnie jest podawane na komparator analogowy i porówny¬ wane z napieciem odniesienia uzyskanym z dziel¬ nika oporowego.

W czasie koimparacji, gdy napiecie odniesienia jest wieksze albo równe od napiecia na konden¬ satorze, na wyjsciu komparatora pojawia sie pro¬ stokatny impuls napieciowy o czasie trwania ti = = Tx = Rx • Cw. Pomiar rezystancji odbywa sie wiec poprzez pomiar stalej czasowej Tx przy Cw = const zgodnie z zaleznoscia: Tx Rx= cw Wada tego przetwornika jest to, ze nie nadaje sie do bezposredniego pomiaru takich parametrów jak stala czasowa T dowolnych aperiodycznych przebiegów wykladniczych jak równiez amplitudy dowolnych sygnalów wykladniczych.

Istota wynalazku. Analogowy detektor wedlug wynalazku zawierajacy analogowy komparator po¬ równujacy wartosc sygnalu mierzonego ze stala wartoscia sygnalu odniesienia, charakteryzuje sie tym, ze posiada uklad rózniczkujacy, na wejscie którego jest podawany aperiodyczny sygnal napie¬ ciowy o przebiegu wykladniczym, zas uzyskany na wyjsciu tego ukladfu dodatni lub ujemny sygnal napiecia jest podawany na wzmacniacz alterna¬ tywny, przetwarzajacy ten sygnal napieciowy na proporcjonalny dodatni sygnal napieciowy, który nastepnie jesit podawany przez detektor szczytowy i wzmiacniacz separujacy przetwarzajacy propor¬ cjonalna stala wartosc napiecia na stala wartosc napiecia odniesienia, na jedno z wejsc analogowe¬ go komparatora porównujacego stala wartosc na¬ piecia odniesienia z dodatnim sygnalem napiecio¬ wym podawanym z wzmacniacza alternatywnego na dlrugie wejscie tego komparatora.

Na wyjsciu analogowego komparatora uzyskiwa¬ ny jest dodatni sygnal napieciowy, oraz ujemny sygnal napieciowy w postaci standardowych pro¬ stokatnych impulsów. Ponadto dodatni sygnal na¬ pieciowy jest podawany na analogowy integrator, z którego po scalkowaniu jest podawany na wzmacniacz napiecia, przetwarzajacy napieciowy sygnal na wyjsciowy sygnal analogowego detekto¬ ra.

Natomiast obwód detektora szczytowego posiada przelacznik ze stykami normalnie rozwartymi po- budizany prostokatnym impulsem napiecia kaso¬ wania z komparatora luib z zewnetrznego zródla impulsów^ zas obwód analogowego integratora po¬ siada przelacznik ze stykami normalnie zwartymi po/budzany prostokatnym impulsem napiecia syn¬ chronizacji z analogowego komparatora.

Korzystne skutki techniczne wynalazku. Analo¬ gowy detektor zgodnie z wynalazkiem umozliwia bezposredni pomiar stalej czasowej oraz ampli¬ tudy napiecia aperiodycznego sygnalu elektryczne¬ go o przebiegu wykladniczym, który moze odwzo¬ rowywac inercyjne procesy fizyko-chemiczne, dzieM zastosowaniu proporcjonalnych przetworni¬ ków wielkosci nieeflckitrycznych na sygnaly elek¬ tryczne. Ponadto duza impedancja wejsciowa wzmacniacza separujacego powoduje duza stalosc wartosci napiecia odniesienia w czasie, a tym sa¬ mym duza dokladnosc przechowywania zapamieta¬ nej informacji, co z kolei wplywa korzystnie na dokladnosc pomiairu sitalej czasowej sygnalu mie¬ rzonego.

Objasnienie rysunku. Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie wykonania na ry¬ sunku, który przedstawia schemat blokowy ana¬ logowego detektora sygnalów elektrycznych o prze¬ biegach wykladniczych.

Przyklad wykonania wynalazku. Elektryczny sygnal napieciowy podawany jest na czlon iner¬ cyjny, na wyjsciu którego uzyskany jest sygnal napieciowy o przebiegu wykladniczym wedlug za¬ leznosci: UWe = Up + AU • (1 — e-t/T) lub uwe = Uk + AU-e-t/T gdzie: uwe — wartosc chwilowa napiecia sygnalu mierzonego, Up — poczatkowa ustalona wartosc napie¬ cia sygnalu mierzonego, Uk — koncowa ustalona wartosc napiecia sygnalu mierzonego, AU = IUp — Ukl — amplituda mierzonego sygnalu, T — stala czasowa sygnalu mierzonego.

Parametrami mierzonymi badanego sygnalu uwe sa stala czasowa T oraz amplituda AU. Na¬ stepnie mierzony sygnal jest podawany na uklad 1 rózniczkujacy, z wyjscia którego uzyskany jest sygnal napieciowy Ui okreslony zaleznoscia: ui= +Ulm-e-t/T lufo ui Ulm-e-VT AU gdlzie: Uim" =kI- amplituda napiecia sygna- T — lu Ui, zas kx — stala rózniczkowania.

Z wyjscia ukladu 1 rózniczkujacego sygnal napie¬ ciowy Ui jest podawany na wzmacniacz 2 alter¬ natywny, który przetwarza dodatni lub ujemny* sygnal U! na proporcjonalny dodatni sygnal na¬ pieciowy u2 o przebiegu czasowym opisanym za¬ leznoscia: ua = k2 • Ui = U2m * e —*/T gdzie: k2 — wzmocnienie napieciowe, U2m — amplirbuda napiecia sygnalu u2.

Nastepnie wamocniony sygnal u2 jesit podawanym na detektor 3 szczytowy, na wyjsciu którego uzy¬ skuje sie stale napiecie u3 proporcjonalne do am- 40 45 50 555 106 299 6 plditudy Uim sygnalu u2 wyjsciowego wzmacniacza 2 alternatywnego, wedlug zaleznosci: Ua = ks*'U2m gdzie: ka — stala przetwarzania, przy czyim detektor 3 szczytowy stanowi równo¬ czesnie' element pamietajacy mierzonego sygnalu, przchowujac infommacje dotyczace amplitudy XJ2m napiecia U2, w okreslonym czasie. Sygnal napie¬ ciowy Us jest podawany na wzmacniacz 4 sepa¬ rujacy, fetory przetwarza ten sygnal na stale na¬ piecie u* odniesienia, zgodnie z zaleznoscia: Ui — ki • u* = e-* U2m £dzie: k= wzmocnienie napieciowe. k3 Po czyim sygnal stalego napiecia u4 odniesienia jest podawany na jedno z wejsc analogowego komparatora 5, na którego drugie wejscie jest po¬ dawany porównywany sygnal napiecia u2 z wzmac- niacza 2 alternatywnego. W wyniku komparacji tych sygnalów na jednym wysoki analogowego komparatora pojawi sie dodatni sygnal napieciowy uwyi oraz, nst drugim wyjsciu tego komparatora pojawi sie ujemny sygnal napieciowy iiwyi, w po¬ staci prostokajtnych impulsów, których amplitudy sa standardowe i odpowiadaja poziomom logicznym odpowiednio wysokiemu — Hi niskiemu — L, w dodaitiniLej konwencjo, logicznej. Czas trwania tych impulsów napiecia jest równy stalej czasowej T mierzonego sygnalu uwe zgodlnie z zaleznoscia: Ua (t = T) = u4 Na wyjsciu uwyl lub u^yT, komparatora 5 wla¬ czony cyfrowy miernik czasu trwania impulsu, -wskaze informacje o stalej czasowej T mierzonego czlonu inercyjnego.

Ponadto analogowy komparator 5 wytwarza prostokatny impuls Ii synchronizacji oraz pro- stokafony impuls I2 napieciowy kasowania. Syn¬ chroniczny wzgledem sygnalu wyjsciowego uwyi ujemny impuls Ii synchronizacji pobudza prze¬ lacznik 8a ze stykami normalnie zwartymi, wla¬ czony w obwód, analogowego integratora 6, któ¬ ry calkuje sygnal u2 w czasie okreslonym cza¬ sem trwania impulsu Ii synchronizacji tak, ze przy braku sygnalu wykladniczego uwe styki za¬ wieraja element calkujacy analogowego integrato¬ ra 6.

Z chwila pojawienia sie sygnalu napiecia uwe o przebiegu * wykladniczym, zostaje pobudlzony przelacznik 8a, który rozwiera element calkujacy .analogowego integratora 6 na czas trwania im¬ pulsu Ii synchronizacji równym stalej czasowej T i czasowi detekcji analogowego detektora.

Wartosc maksymalna sygnalu u5 na wyjsciu ana¬ logowego integratora 6 okreslona . jest zalezno- icia: T «5i»ax=k5Jfua O gdzie: k$ — siaki calkowania integratora.

Nastepnie sygnal u5 otrzymany na wyjsciu in¬ tegratora 6 jest przetwarzany liniowo we wzmac¬ niaczu 7 napiecia, na sygnal wyjsciowy wedlug 16 zaleznosci: UWy2^ke*U5max = AU 1 gdizie: k= wamoenfienie ma¬ ks ka ki (1—e-i) piecia wzmac¬ niacza 7.

CNa wyjsciu uwy2 wlaczony cyfirowy miernik na- piecia wskaze warftosc amplitudy AtJ mierzonego czlonu inercyjnego.

Natomiast opózniony wzgledem sygnalu uwyl o czas t = T dodatni impuls I2 kasowania pobudza przelacznik 8b ze stykami normalnie rozwartymi, wlaczony w obwód detektora 3 szczytowego i ka¬ suje informacje zapamietane w tym detektorze.

Kasowanie in do zera stalego napiecia u3 w chwili zaniku syg¬ nalu wyjsciowego uwyi z komparatora 5, poprzez zwarcie w czasie trwania impulsu I2 kasowania, za pomoca styków normalnie rozwartych przelacz- nika 8b elementu pamieciowego detektora 3 szczy- towego. Ponadto impuls I2 kasowania blokuje jednoczesnie wyjscia uwyi i u^yi komparatora 5, eliminujac pojawienie sie na nich dodatkowych niepozadanych impulsów w czasie, gdy sygnaly u* oraz 114, sa równe zeru, a dodatni sygnal u2 maleje 40 wykladniczo do zera. Czas trwania impulsu I2 ka¬ sowania jest okreslony czasem spadku wykladni¬ czo napiecia sygnalu u2 ponizej wartosci okreslo¬ nej progiem dizialania komparatora 5, przy czym czas równy sumie czasów trwania impulsów IL 45 synchronizacji i I2 kasowania okresla czas cyklu pomiarowego analogowego detektora.

Impulsy I2 kasujace moga byc równiez wpro- wadizane z zewnatrz poprzez dodatkowe wejscie A kasowania. 50 Z opisu przykladu wykonania wynika, ze wy¬ nalazek nie ogranicza sie tylko do pomiaru sygna¬ lu wychodizacego z czlonu inercyjnego, który zo¬ stal opisany, ade moze byc równiez stosowany do w analizy ilosciowej stanów nieustalonych urzadzen elektrycznych takiej, jak analiza dalekich zward w sieciach trakcyjnych, analiiza parametrów iner¬ cyjnych procesów nieelektrycznych poprzez linio¬ we przetworniki wielkosci nieelektrycznych na w sygnal elektryczny, na przyklad analiza nieusta¬ lonych stanów termicznych w przemyslowych procesach ogrzewczych. Wynalazek moze byc rów¬ niez stosowany do pomiaru cyfrowego wielkosci elektrycznych'R — rezystancji, L — indukcyjnosci„ M C — pojemnosci.106 299 7 8 ), który nastepnie jest podawany poprzez detektor (3) • szczytowy i wzmacniacz (4> separujacy, przeitwarzadacy propioicjonailna stala wartosc napiecia (u3) na stala wartosc napiecia (u4) odniesienia!, na jedno z wejsc analogowego kcrnpaaraitora (5) porównujacego stala wairtosc na¬ piecia (u4) odniesienia z doda/tnim sygnalem na- 19 pieciowym (u2) podawanym z wzmacniacza (2). ailberna/tywnego na drugie wejiscie tego tompairafo- ra, z którego na wyjsciu uzyskiwany jest dodaitni sygnal napieciowy (uwyl) oraz ujemny sygnal na¬ pieciowy (Uwyr) w postaci standardowych prosto¬ katnych impulsów, ponadito dodaitni sy^al napie¬ ciowy (u2) jesit podawany na analogowy integra¬ tor (6) z którego po scalkowaniu jest podawany na wzmacniacz (7) napiecia, przetwaszajacy na¬ pieciowy sygnal (u5) na wyjsciowy sygnal (Qwy2> przy czyim w obwód dietekitora (3) szczytowego jest wlaczony przelacznik (8b) ze stykami noffmalnie rozwartymi pobudzany psrositokalnyim impulsem (I2) napiecia kasowania z komparatora (5) lub z innego zródla pradu, zas w obwód analogowego integratora (6) jest wlaczony pjizelacznik (8a) ze styfkami normalnie zwartymi pdbudzany prostoka¬ tnym impulsem (Ii) napiecia synchronizacji z ana¬ logowego komparatora (5).

PZG Koszalin D-1605 110 egz. A-4 Cena 45 zl

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Analogowy detektor parametbrów sygnalów elek- lirycznych o przebiegach wykladniczych* zawiera¬ jacy analogowy komparator porównujacy wartosc sygnalu mierzonego ze stala wartoscia sygnalu odniesienia, znamienny tym, ze posiada uklad (1) rózniczkujacy, na wejscie którego jest podawany aperdodyczny sygnal napieciowy (uwe) o przebiegu wykladniczym, zas uzyskany na wyjsciu tego uk¬ ladu dodatni lub ujemny sygnal (u,) jest podawa¬ ny na wzmacniacz (2) alternatywny, przetwarza¬ jacy sygnal (ux) na propoancjonalny dodaitni sygnal napieciowy (u*