RU2018142C1 - Device for measuring electric parameters - Google Patents

Device for measuring electric parameters Download PDF

Info

Publication number
RU2018142C1
RU2018142C1 SU4877817A RU2018142C1 RU 2018142 C1 RU2018142 C1 RU 2018142C1 SU 4877817 A SU4877817 A SU 4877817A RU 2018142 C1 RU2018142 C1 RU 2018142C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
information
period
bus
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Шалыгин
Е.Г. Кригер
Original Assignee
Московский Институт Инженеров Гражданской Авиации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский Институт Инженеров Гражданской Авиации filed Critical Московский Институт Инженеров Гражданской Авиации
Priority to SU4877817 priority Critical patent/RU2018142C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2018142C1 publication Critical patent/RU2018142C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: digital measurement technology. SUBSTANCE: device for measuring electric parameters has serially-connected object 1 to be tested, units 2 for matching levels of input measured parameters of the object being tested, analogue switching unit 3, filter 4, sample-and-hold element 5, analogue-to-digital converter 6 infomation input of which is connected to information output of sample-and-hold element 5, computer unit 7, address bus 8, control bus 21 and information buses of data output 19 and input 20 of the computer unit through which information outputs of analogue-digital converter 6 and computer 7, are interconnected pulse frequency shaper 9, period-to-code converter 10, sampling interval shaper 11, reference frequency generator 12, frequency divider 13 by two, two decoders 14, 15, two AND gates 16, 17, delay element 18. EFFECT: enhanced accuracy. 4 dwg

Description

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в системах контроля за электроэнергетическими узлами, в частности в бортовых системах электроснабжения. The invention relates to digital electrical engineering and can be used in monitoring systems for power nodes, in particular in on-board power supply systems.

Известны устройства для измерения электрических параметров (токов и напряжений), основанные на цифровом преобразовании измеряемой аналоговой величины и последующей отработке полученных цифровых значений в микропроцессоре для получения значения измеряемого параметра. Known devices for measuring electrical parameters (currents and voltages), based on the digital conversion of the measured analog value and subsequent processing of the obtained digital values in the microprocessor to obtain the value of the measured parameter.

В зависимости от программной реализации в цифровом вычислителе эти устройства позволяют осуществить измерение амплитудных, средних, среднеквадратических значений напряжений и токов. Depending on the software implementation in a digital computer, these devices allow the measurement of amplitude, average, and rms voltage and current values.

Основным недостатком их является низкая точность измерения при отклонении частоты измеряемого параметра от номинальной и значительные временные затраты на выполнение программы из-за необходимости увеличения числа дискретных отсчетов за период измерения. Their main disadvantage is the low accuracy of the measurement when the frequency of the measured parameter deviates from the nominal and the significant time spent on the program due to the need to increase the number of discrete samples for the measurement period.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, которое содержит последовательно соединенные объект контроля, согласователи уровней входных измеряемых параметров объекта контроля, аналоговый коммутатор (АК), фильтр, схему выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), информационный вход которого соединен с информационным выходом схемы выборки-хранения, вычислительное устройство (ВУ), адресную шину, шину управления, информационные шины вывода и ввода данных вычислительного устройства, посредством которых соединены информационные выходы АЦП и ВУ. The closest in technical essence to the proposed device is a device that contains a series-connected control object, coordinators of the levels of the input measured parameters of the control object, an analog switch (AK), a filter, a sampling-storage circuit, an analog-to-digital converter (ADC), the information input of which connected to the information output of the sampling-storage circuit, a computing device (VU), an address bus, a control bus, information buses for outputting and inputting data of a computing device va, which are connected via data outputs and ADC slave.

Этому устройству также присуще низкая точность при отклонении частоты измеряемых параметров от заданных значений, а также невысокое быстродействие из-за значительных временных затрат на обработку информации. This device also has a low accuracy when the frequency of the measured parameters deviates from the set values, as well as low speed due to the significant time spent on information processing.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения электрических параметров. The purpose of the invention is to improve the accuracy and speed of measurement of electrical parameters.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство измерения электрических параметров, содержащее последовательно соединенные объект контроля, согласователи уровней входных измеряемых параметров объекта контроля, аналоговый коммутатор АК, фильтр Ф, схему выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь АЦП, информационный вход которого соединен с информационным выходом схемы выборки-хранения, вычислительное устройство ВУ, адресную шину, шину управления и информационные шины вывода и ввода данных вычислительного устройства, посредством которых соединены информационные выходы АЦП и ВУ, введены формирователь импульсов частоты ФИЧ, преобразователь период-код ППК, формирователь интервалов дискретизации ФИД, генератор эталонной частоты, делитель частоты на 2, два дешифратора, две схемы И схема задержки так, что информационный выход аналогового коммутатора АК соединен через фильтр с входом формирователя импульсов частоты ФИЧ и информационным входом схемы выборки-хранения, выход формирователя импульсов частоты ФИЧ соединен с входом преобразователя период-код ППК, первым входом первой схемы И и с входом делителя частоты на 2, выход которого соединен с вторым входом второй схемы И, выход которой соединен с входом "Пуск" формирователя интервалов дискретизации ФИД; информационные выходы преобразователя период-код ППК соединены с шиной ввода данных вычислительного устройства ВУ, а информационные входы преобразователя период-код соединены с информационной шиной вывода данных вычислительного устройства ВУ, выход преобразователя период-код ППК "Конец преобразования" ("КП") соединен с первым входом "ТПР1" (Требование прерывания) вычислительного устройства ВУ, а вход "Пуск" преобразователя период-код ППК соединен с выходом первой схемы И; к шине вывода данных вычислительного устройства подключены информационные входы формирователя интервалов дискретизации ФИД, а к шине управления вводом/выводом ВУ подключены входы управления АЦП (6), ФИД (11), ППК (10), вход "эталонная частота" преобразователя период-код ППК и формирователя интервалов дискретизации ФИД соединены с выходом генератора эталонной частоты; выход управления формирователя интервалов дискретизации ФИД соединен с входом "Пуск" схемы выборки-хранения и с входом схемы задержки, выход которой соединен с входом "Пуск" аналого-цифрового преобразователя АЦП, выход "Готов" которого соединен со вторым входом "ТПР2" (требование прерывания) вычислительного устройства ВУ, информационные выходы которого через адресную шину подсоединены к входам обоих дешифраторов, причем выходы первого дешифратора соединены с входом управления аналогового коммутатора АК, первый выход второго дешифратора соединен с вторым входом первой схемы И, а второй выход второго дешифратора соединен с первым входом второй схемы И. This goal is achieved by the fact that in the known device for measuring electrical parameters, containing a series-connected control object, matching devices of the levels of the input measured parameters of the control object, an analog switch AK, filter F, a sampling-storage circuit, an analog-to-digital converter of the ADC, the information input of which is connected to information output of the sampling-storage scheme, computing device VU, address bus, control bus and information bus output and input data of the computing device The means by which the information outputs of the ADC and the VU are connected, the pulse generator of the frequency converter frequency converter, the converter period-code PPK, the generator of the sampling intervals of the PID, the reference frequency generator, the frequency divider by 2, two decoders, two circuits, and a delay circuit so that the information output are introduced the analog switch AK is connected through a filter to the input of the frequency converter of the frequency converter and the information input of the sampling-storage circuit, the output of the frequency generator of the frequency converter is connected to the input of the period -code AUC, the first input of the first AND gate and to an input of frequency divider 2, whose output is connected to the second input of the second AND gate, whose output is connected to the input of "Start" shaper FID sampling interval; the information outputs of the period-code converter PPC are connected to the data input bus of the VU computing device, and the information inputs of the period-code converter are connected to the data output bus of the VU computing device, the output of the period-code converter PPC "Transformation end" ("KP") is connected to the first input "TPR1" (Interrupt requirement) of the computing device VU, and the input "Start" of the converter period-code PPK is connected to the output of the first AND circuit; to the data output bus of the computing device, the information inputs of the FID sampling interval generator are connected, and ADC control inputs (6), PID (11), PPC (10), the reference frequency input of the PPC period-code converter are connected to the VU I / O control bus and the PID sampling interval generator is connected to the output of the reference frequency generator; the control output of the PID sampling interval generator is connected to the “Start” input of the sample-storage circuit and to the input of the delay circuit, the output of which is connected to the “Start” input of the ADC analog-to-digital converter, the “Ready” output of which is connected to the second TPR2 input (requirement interruptions) of the WU computing device, whose information outputs are connected through the address bus to the inputs of both decoders, the outputs of the first decoder connected to the control input of the analog switch AK, the first output of the second decoder connected to the second input of the first circuit And, and the second output of the second decoder is connected to the first input of the second circuit I.

В известных технических решениях не найдены признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, поэтому можно сделать вывод, что данное решение обладает "существенными отличиями". In the known technical solutions, no signs have been found that distinguish the proposed solution from the prototype, therefore, we can conclude that this solution has "significant differences".

На фиг.1 представлена блок-схема устройства измерения электрических параметров; на фиг.1 - временная диаграмма сигналов на входе и выходе формирователя импульсов частоты (ФИЧ); на фиг.3 - временная диаграмма, поясняющая принцип синхронизации числа отсчетов с периодом измеряемого сигнала; на фиг. 4 - иллюстрация появления погрешности опережения вследствие приближенного вычисления интервала дискретизации. Figure 1 presents a block diagram of a device for measuring electrical parameters; figure 1 is a timing diagram of the signals at the input and output of the frequency pulse former (FIC); figure 3 is a timing chart explaining the principle of synchronization of the number of samples with the period of the measured signal; in FIG. 4 is an illustration of the appearance of a lead error due to the approximate calculation of a sampling interval.

Предлагаемое устройство измерения электрических параметров (фиг.1) содержит объект контроля 1, согласователи уровней 2 входных измеряемых параметров объекта контроля, аналоговый 3 коммутатор (АК), фильтр 4, схему 5 выборки-хранения, аналого-цифровой 6 преобразователь АЦП, информационный вход которого соединен с информационным выходом схемы выборки-хранения 5, выборки-хранения, аналого-цифровой 6 преобразователь АЦП, информационный вход которого соединен с информационным выходом схемы выборки-хранения 5, вычислительное 7 устройство ВУ, адресную шину 8, шину управления 21, информационные шины вывода 19 и ввода 20 данных ВУ 7, посредством которых соединены информационные выходы аналого-цифрового 6 преобразователя АЦП и вычислительного 7 устройства ВУ. Кроме того, предлагаемое устройство содержит формирователь 9 импульсов частоты ФИЧ, преобразователь 10, период-код ППК, формирователь 11 интервалов дискретизации ФИЛ, генератор 12 эталонной частоты, делитель 13 частоты на 2, дешифраторы 14 и 15, две схемы И 16 и 17 и схему задержки 18. Информационный выход аналогового 3 коммутатора АК соединен через фильтр Ф 4 с входом формирователя 9 импульсов частоты ФИЧ и информационным входом схемы 5 выборки-хранения. Выход ФИЧ 9 соединен с входом преобразователя 10 период-код ППК, первым входом второй схемы И 16 и с входом делителя 13 частоты на 2, выход которого соединен с вторым входом второй схемы 17 И. Выход второй 17 схемы И соединен с входом "Пуск" формирователя 11 интервалов дискретизации ФИД. Информационные выходы ППК 10 соединены с информационной шиной ввода данных 20 вычислительного устройства 20. Выход ППК 10 "КП" соединен с первым входом "ТПР1" вычислительного 7 устройства ВУ, а вход "Пуск" ППК 10 соединен с выходом первой 16 схемы И. К информационной шине вывода данных 19 подключены информационные входы ФИД 11. Входы "Эталонная частота" ППК 10 и ФИД 11 соединены с выходом генератора 12 эталонной частоты. Выход управления ФИД 11 соединен с входом "Пуск" схемы 5 выборки-хранения и с входом схемы задержки 18, выход которой соединен с входом "Пуск" аналого-цифрового 6 преобразователя (АЦП). Выход "Готов" АЦП 6 соединен с вторым входом "ТПР2" вычислительного 7 устройства ВУ, информационные выходы которого через адресную шину 8 подсоединены к входам обоих дешифраторов 14 и 15. Выходы первого 14 дешифратора соединены с входами управления аналогового 3 коммутатора АК, первый выход второго 15 дешифратора соединен с вторым входом первой 16 схемы И, а второй выход второго 15 дешифратора соединен с первым входом второй 17 схемы И. The proposed device for measuring electrical parameters (Fig. 1) contains a control object 1, level coordinators 2 of the input measured parameters of the control object, an analog 3 switch (AK), a filter 4, a sampling-storage circuit 5, an analog-digital 6 ADC converter, the information input of which connected to the information output of the sample-storage circuit 5, sample-storage, analog-to-digital 6 ADC converter, the information input of which is connected to the information output of the sample-storage circuit 5, computing device 7 WU, address 8 th bus, control bus 21, output data lines 19 and data input 20 BV 7, which are connected via data outputs of analog-to-digital converter ADC 6 and 7 slave computing device. In addition, the proposed device comprises a driver of 9 pulses of the frequency of the frequency converter, a converter 10, a period-code of the control panel, a generator of 11 sampling intervals of the PHIL, a generator of 12 reference frequencies, a frequency divider 13 by 2, decoders 14 and 15, two circuits I 16 and 17, and a circuit delays 18. The information output of analog 3 of the AK switch is connected through a filter Ф 4 to the input of the generator of 9 pulses of the frequency of the PMF and the information input of the sampling-storage circuit 5. The output of FIC 9 is connected to the input of the converter 10 period-code of the control panel, the first input of the second circuit And 16 and the input of the frequency divider 13 by 2, the output of which is connected to the second input of the second circuit 17 I. The output of the second 17 circuit And is connected to the input "Start" shaper of 11 FID sampling intervals. The information outputs of the control panel 10 are connected to the data input bus 20 of the computing device 20. The output of the control panel 10 "KP" is connected to the first input "TPR1" of the computing device 7 VU, and the input "Start" of the control panel 10 is connected to the output of the first 16 circuit I. To the information the data output bus 19 is connected to the information inputs of the PID 11. The inputs of the "Reference frequency" PPK 10 and the PID 11 are connected to the output of the generator 12 of the reference frequency. The control output of the PID 11 is connected to the "Start" input of the sample-storage circuit 5 and to the input of the delay circuit 18, the output of which is connected to the "Start" input of the analog-to-digital 6 converter (ADC). The “Ready” output of the ADC 6 is connected to the second TPR2 input of the VU computing device 7, the information outputs of which via the address bus 8 are connected to the inputs of both decoders 14 and 15. The outputs of the first 14 decoder are connected to the control inputs of analog 3 of the AK switch, the first output of the second 15, the decoder is connected to the second input of the first 16 circuit And, and the second output of the second 15 decoder is connected to the first input of the second 17 circuit I.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Электрические параметры (переменные напряжения и токи) объекта контроля 1 поступают на входы согласователей уровней 2, которые обеспечивают приведение уровней входных сигналов к уровню допустимых напряжений аналогового коммутатора АК 3. В качестве согласователей уровня могут быть использованы, например, резистивные делители для входных напряжений или шунты и балластные сопротивления для токов с применением операционных усилителей. После начального пуска вычислительное устройство БУ 7 в соответствии с заложенной в него программой функционирования посредством адресной шины 8 адресуется к первому дешифратору 14, на выходе которого формируется код управления, по которому аналоговый коммутатор АК 3 передает на свой информационный выход нормализованное напряжение одного из параметров. Код управления АК 3 сохраняется неизменным в течение цикла измерения соответствующего параметра. The electrical parameters (alternating voltages and currents) of the control object 1 are supplied to the inputs of level 2 coordinators, which ensure that the input signal levels are brought to the level of permissible voltage of the AK 3 analog switch. As level coordinators, for example, resistive dividers for input voltages or shunts can be used and ballasts for currents using operational amplifiers. After the initial start-up, the computing device BU 7, in accordance with the functioning program laid down in it, is addressed to the first decoder 14 through the address bus 8, at the output of which a control code is generated, by which the analog switch AK 3 transfers the normalized voltage of one of the parameters to its information output. The control code AK 3 remains unchanged during the measurement cycle of the corresponding parameter.

Фильтр Ф 4 низких частот подавляет высшие гармоники, имеющиеся во входных сигналах. Далее отфильтрованный сигнал поступает на формирователь импульсов частоты ФИЧ 9, который вырабатывает на выходе униполярные прямоугольные импульсы с частотой, соответствующей частоте входного сигнала (см. фиг. 2). Формирователь 9 импульсов частоты ФИЧ выполнен на интегральном компараторе типа 512СА3. The low-pass filter f 4 suppresses the higher harmonics present in the input signals. Next, the filtered signal is fed to the pulse generator of frequency FIC 9, which generates unipolar rectangular pulses at the output with a frequency corresponding to the frequency of the input signal (see Fig. 2). The generator 9 pulses of the frequency of the FIC is made on an integral comparator of type 512CA3.

Вычислительное устройство ВУ 7 выставляет на адресной шине 8 адрес, соответствующий преобразователю ППК 10, и по информационной шине вывода 19 выдает код единицы, который записывается в ППК 10, производя тем самым программирование ППК 10 на режим измерения одного периода. Затем ВУ 7 адресуется к второму дешифратору ДШ2 15, выставляя на адресной шине 8 код, соответствующий появлению на первом выходе этого дешифратора сигнала, поступающего на вход первой схемы И 16. По переднему фронту импульса с выхода схемы И происходит запуск ППК 10. The computing device VU 7 sets the address corresponding to the converter PPK 10 on the address bus 8, and generates a unit code via the information bus of the output 19, which is written to the control panel 10, thereby programming the control panel 10 to the measurement mode of one period. Then WU 7 is addressed to the second decryptor DSh2 15, setting the code on the address bus 8 that corresponds to the appearance of the signal at the first output of this decoder entering the input of the first circuit And 16. On the leading edge of the pulse from the output of circuit And, PPK 10 starts.

С этого момента в ППК 10 происходит заполнение импульсами эталонной частоты Fэт временного интервала, соответствующего периоду входного сигнала и поступающего в форме прямоугольного импульса из ФИЧ 9.From this moment in the control panel 10, the pulses fill the reference frequency F et the time interval corresponding to the period of the input signal and arriving in the form of a rectangular pulse from FIC 9.

В ППК 10 происходит сравнение информации, записанной в ППК при его программировании числом периодов входного сигнала, и после совпадения информации на выходе ППК формируется код числа импульсов эталонной частоты, укладывающихся на периоде входного сигнала, т.е. код периода. In the control panel 10, the information recorded in the control panel when it is programmed by the number of periods of the input signal is compared, and after the information matches the output of the control panel, a code is generated for the number of pulses of the reference frequency that fit on the period of the input signal, i.e. period code.

После того, как преобразование закончено и информация готова к дальнейшей обработке, ППК 10 выдает сигнал об окончании преобразования "КП", поступающий на вход ТПР1 ВУ 7. After the conversion is completed and the information is ready for further processing, PPK 10 gives a signal about the end of the conversion "KP", received at the input TPR1 WU 7.

При поступлении сигнала прерывания ВУ 7 в соответствии с подпрограммой обработки данного прерывания адресуется к дешифратору ДШ2 15, осуществляя сброс сигнала на его первом входе; выставляет на адресной шине 8 адрес ППК и принимает по информационной шине ввод 20 из ППК код периода входного сигнала Nт.Upon receipt of the interrupt signal WU 7 in accordance with the processing routine of this interrupt is addressed to the decoder DSh2 15, resetting the signal at its first input; sets the address of the control panel on the address bus 8 and receives the input signal period code N t on the data bus input 20 from the control panel

В ВУ 7 происходит вычисление интервала дискретизации Тi, т.е. код числа импульсов эталонной частоты, укладывающихся на интервале дискретизации, с помощью выражения
Ti=

Figure 00000002
, где n - число отсчетов за период входного сигнала, хранится в памяти ВУ 7 в виде константы и выбирается в соответствии с теоремой Котельникова
Figure 00000003
>2fmax , где Т - период входного гармонического сигнала;
fmax - частота высшей гармоники в спектре этого сигнала.In WU 7 is the calculation of the sampling interval T i , i.e. code of the number of pulses of the reference frequency falling within the sampling interval using the expression
T i =
Figure 00000002
, where n is the number of samples for the period of the input signal, is stored in the memory of VU 7 as a constant and is selected in accordance with the Kotelnikov theorem
Figure 00000003
> 2f max , where T is the period of the input harmonic signal;
f max is the frequency of the highest harmonic in the spectrum of this signal.

В этом случае погрешность от влияния высших гармоник при вычислении значений измеряемых параметров равна нулю. Если же входной сигнал содержит достаточно широкий спектр гармоник, то устранение этой погрешности обеспечивается согласованием частотной характеристики фильтра Ф 4 с технически реализуемым n. Таким образом, при изменении частоты входного сигнала число отсчетов n остается постоянным, а изменяется интервал дискретизации (см. фиг.3), поэтому значение измеряемой величины не зависит от изменения частоты сигнала (см. формулы 2-4 ниже). Напротив, если бы при изменении частоты сигналов интервал дискретизации оставался бы постоянным, то появилась бы погрешность, уменьшение которой потребовало бы увеличения числа отсчетов за период Т входного сигнала, что привело бы к увеличению времени обработки и уменьшению быстродействия измерения параметров. In this case, the error from the influence of higher harmonics when calculating the values of the measured parameters is zero. If the input signal contains a sufficiently wide range of harmonics, then the elimination of this error is provided by matching the frequency response of the filter Ф 4 with technically feasible n. Thus, when the frequency of the input signal changes, the number of samples n remains constant, and the sampling interval changes (see Fig. 3), so the value of the measured value does not depend on the change in the signal frequency (see formulas 2-4 below). On the contrary, if, with a change in the frequency of the signals, the sampling interval would remain constant, an error would appear, a decrease in which would require an increase in the number of samples for the period T of the input signal, which would lead to an increase in processing time and a decrease in the speed of measurement of parameters.

После вычисления в ВУ 7 интервала дискретизации, ВУ 7 адресуется к ФИД 11, выставляя на адресной шине 8 код этого устройства, и передает по информационной шине вывода 19 в ФИД 11 код дискретизации (Тi).After calculating the sampling interval in VU 7, VU 7 is addressed to PID 11, setting the code of this device on address bus 8, and transmits a sampling code (T i ) via information bus of output 19 to PID 11.

Затем ВУ 7 выставляет адрес, вызывающий появление сигнала на втором выходе второго дешифратора ДШ 15. Then WU 7 sets the address causing the appearance of the signal at the second output of the second decryptor DSh 15.

Появление этого сигнала совместно с поступлением очередного импульса с выхода делителя частоты на 2 ДЧ 13 обеспечивает запуск ФИД 11: сигнал на выходе второй схемы И 17 поступает на вход "Пуск" ФИД. The appearance of this signal together with the arrival of the next pulse from the output of the frequency divider to 2 DF 13 ensures the start of the PID 11: the signal at the output of the second circuit And 17 is fed to the PID input “Start”.

В ФИД 11 на входы информационный (F1) и эталонной частоты (F2) (см. фиг.6) поступают импульсы эталонной частоты. После того, как число поступающих импульсов совпадает с информацией в ФИД 11 при его программировании, на выходе ФИД 11 формируется сигнал окончания преобразования (Yпр), который запускает схему выборки и хранения и с задержкой - АЦП. Таким образом, сигнал на выходе "Yпр" ФИД формируется после каждой серии подсчитанных импульсов, т.е. с частотой дискретизации.In PID 11, the information (F 1 ) and reference frequency (F 2 ) inputs (see Fig. 6) receive reference frequency pulses. After the number of incoming pulses coincides with the information in PID 11 during its programming, the output of the PID 11 generates a conversion end signal (Y CR ), which starts the sampling and storage circuit and, with a delay, the ADC. Thus, the signal at the output of "Y pr " PID is formed after each series of counted pulses, i.e. with sampling rate.

Временная задержка реализуется с помощью R-C-цепи. В качестве делителя частоты на 2 - микросхема типа 56ИЕ10. Готовность информации на выходе АЦП 6 сопровождается сигналом "Готов", который поступает на вход ТПР2 (требование прерывания) ВУ 7 и переводит ВУ 7 на подпрограмму считывания информации из АЦП 6. При этом ВУ выдает адрес, соответствующий адресу АЦП, и принимает по информационной шине вода 20 дискретное значение входного сигнала. The time delay is implemented using the R-C circuit. As a frequency divider by 2 - a chip type 56IE10. The readiness of the information at the output of the ADC 6 is accompanied by a signal "Ready", which is fed to the input TPR2 (interrupt requirement) of the VU 7 and transfers the VU 7 to the subroutine for reading information from the ADC 6. At the same time, the VU gives the address corresponding to the ADC address and receives it via the information bus water 20 discrete input value.

С поступлением очередного отсчета в ВУ 7 содержимое программного счетчика отсчетов увеличивается на единицу. После достижения содержимого программного счетчика заданного значения числа отсчетов n, ВУ адресуется к ДШ2 15 и сбрасывает сигнал на его втором выходе. With the arrival of the next sample in WU 7, the contents of the program counter of samples increases by one. After reaching the contents of the program counter of the specified value of the number of samples n, the WU is addressed to DSh 15 and resets the signal at its second output.

В результате в ОЗУ вычислительного устройства хранится n дискретных значений входного сигнала, взятых на периоде. Дальнейшей обработке в ВУ 7 эти значения подвергаются в соответствии с одним из алгоритмов (2-5), представленных в описании заявки. As a result, n discrete values of the input signal taken per period are stored in the RAM of the computing device. Further processing in WU 7, these values are subjected in accordance with one of the algorithms (2-5) presented in the description of the application.

В зависимости от алгоритма, реализованного программным путем в ВУ 7, предлагаемое устройство может осуществлять вычисление среднего, средневыпрямленного, среднеквадратического значений напряжений и токов в трехфазных системах нестабильной частоты. Depending on the algorithm implemented programmatically in WU 7, the proposed device can calculate the average, mean-rectified, rms values of voltages and currents in three-phase systems of unstable frequency.

Так для среднего и среднеквадратического значений параметров алгоритмы вычислений имеют вид
Uср=

Figure 00000004
Figure 00000005
Ui,
(2)
Uср.кв=
Figure 00000006
,
(3) где Ui - дискретные отсчеты входного сигнала (напряжение, токи).So for the average and rms values of the parameters, the calculation algorithms have the form
U av =
Figure 00000004
Figure 00000005
U i
(2)
U sr =
Figure 00000006
,
(3) where U i are discrete samples of the input signal (voltage, currents).

Кроме того, возможно получение амплитуд гармонических составляющих сигналов в соответствии с алгоритмом
U1=

Figure 00000007
Figure 00000008

Uν=
Figure 00000009
Figure 00000010

(4)
Результаты вычислений значений параметров объекта контроля 1 хранятся в соответствующих ячейках ОЗУ ВУ 7 и могут быть использованы в алгоритмах контроля за объектом/ которые реализует данное ВУ.In addition, it is possible to obtain the amplitudes of the harmonic components of the signals in accordance with the algorithm
U 1 =
Figure 00000007
Figure 00000008

U ν =
Figure 00000009
Figure 00000010

(4)
The results of the calculation of the values of the parameters of the object of control 1 are stored in the corresponding cells of the RAM WU 7 and can be used in algorithms for controlling the object / which this WU implements.

Предлагаемое устройство позволяет также устранить погрешность измерения/ связанную с округлением или усечением результата вычисления в ВУ по формуле (1). Данная погрешность появляется из-за того/ что при изменении частоты входного сигнала Nт в формуле (1) значение интервала дмскретизации Тi может оказаться дробным. Тогда при усечении результата деления интервал дискретизации принимается равным целой части полученного числа/ при округлении - ближайшему целому числу.The proposed device also allows you to eliminate the measurement error / associated with rounding or truncation of the calculation result in the WU according to the formula (1). This error appears due to the fact that when the frequency of the input signal N t in the formula (1) changes, the value of the dmscritization interval T i may turn out to be fractional. Then, when truncating the result of division, the sampling interval is taken to be equal to the integer part of the obtained number / when rounded, to the nearest integer.

Так как результат деления является кодом числа импульсов эталонной частоты на интервале дискретизации/ то максимальная погрешность выдачи сигнала управления на запуск схемы 5 выборки-хранения и АЦП 6 модет достигать величины периода (при усечении) и полпериода (при округлении) следования импульсов эталонной частоты (Тэт и Тэт/2). В этом случае сигнал управления из ФИД 11 на получение n-го отсчета измеряемого сигнала будет выдаваться с опережением на величину Тэт˙ n и n соответственно. Так как Тэт = Тi/m, где m число импульсов эталонной частоты на интервале дискретизации, погрешность опережения будет

Figure 00000011
n и
Figure 00000012
n при усечении и округлении соответственно. В частности, когда m = n, максимальная погрешность составит Ti или
Figure 00000013
, что соответствует смещению на эту величину последнего отсчета входного сигнала относительно точки окончания его периода (перехода через ноль) (см. фиг.4). Эта погрешность может быть устранена путем реализации вычисления значения измеряемого параметра с помощью формулы, учитывающей величину этого запаздывания.Since the division result is a code of the number of pulses of the reference frequency on the sampling interval /, the maximum error of the control signal to start the sampling-storage circuit 5 and ADC 6 can reach the period (when truncating) and half period (when rounding) of the pulse repetition of the reference frequency (T et and T et / 2). In this case, the control signal from PID 11 to receive the nth sample of the measured signal will be issued ahead of T et ˙ n and n, respectively. Since T et = T i / m, where m is the number of pulses of the reference frequency in the sampling interval, the lead error will be
Figure 00000011
n and
Figure 00000012
n when truncating and rounding, respectively. In particular, when m = n, the maximum error is T i or
Figure 00000013
, which corresponds to the offset by this value of the last count of the input signal relative to the end point of its period (transition through zero) (see figure 4). This error can be eliminated by implementing the calculation of the measured parameter value using a formula that takes into account the value of this delay.

Так, при измерении среднеквадратического значения в этом случае можно пользоваться следующим выражением
Uср.кв=

Figure 00000014
,
(5) где Δt - расстояние от последнего отсчета до точки окончания периода измеряемого сигнала (см. Шалыгин В.И. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. с.68 "Цифровые методы измерения параметров для повышения эффективности контроля").So, when measuring the rms value in this case, you can use the following expression
U sr =
Figure 00000014
,
(5) where Δt is the distance from the last reference to the end point of the period of the measured signal (see Shalygin V.I., Dissertation for the degree of candidate of technical sciences p.68 "Digital methods of measuring parameters to increase the effectiveness of control").

Следует отметить, что алгоритм работы ВУ 7 является алгоритмом обработки прерываний. В период времени между окончанием очередного прерывания и началом следующего ВУ 7 может выполнять работу по другим программам с учетом их приоритета. It should be noted that the operation algorithm of WU 7 is an interrupt processing algorithm. In the period between the end of the next interruption and the beginning of the next WU 7 can perform work on other programs, taking into account their priority.

Временные диаграммы функционирования ППК 10, ФИД 11, АЦП 6 и ВУ 7 приведены на фиг.3 материалов. Timing diagrams of the functioning of the PPK 10, PID 11, ADC 6 and WU 7 are shown in figure 3 of the materials.

На фиг. 4 представлен, в качестве примера, фрагмент схемы устройства, раскрывающий блоки ППК 10, ФИД 11, АЦП 6 и ВУ 7г и поясняющий принцип работы устройства в целом. In FIG. 4 is presented, as an example, a fragment of a device diagram, revealing the blocks of the control panel 10, PID 11, ADC 6 and WU 7g and explaining the principle of operation of the device as a whole.

Здесь для преобразования период-код и формирования импульсов дискретизации использована микросхема преобразования частота-код 512ПС11, которая позволяет определить число импульсов эталонной частоты, подаваемых на ее вход F2, за интервал времени, равный некоторому числу периодов сигнала, поступающего на вход F1. Число периодов, определяющих временной интервал, программируется ВУ 7.Here, to convert the period-code and to generate sampling pulses, we used a frequency-code 512PS11 conversion chip, which allows you to determine the number of pulses of the reference frequency supplied to its input F 2 over a time interval equal to a number of signal periods arriving at the input F 1 . The number of periods defining a time interval is programmed by WU 7.

Так, для ППК 10 это число постоянно и равно одному периоду входного сигнала, а для ФИД 11 информация, адресуемая от ВУ 7, обновляется каждый раз после определения в ВУ 7 интервала дискретизации Тi (числа импульсов эталонной частоты за интервал дискретизации).So, for PPC 10 this number is constant and equal to one period of the input signal, and for PID 11, the information addressed from WU 7 is updated every time after WU 7 determines the sampling interval T i (the number of pulses of the reference frequency for the sampling interval).

Для аналого-цифрового преобразователя АЦП 6 входного сигнала использована микросхема 111ЗПВ1, которая запускается по сигналу "Пуск", инициируемому ФИД. For the analog-to-digital converter ADC 6 of the input signal, the chip 111ЗПВ1 is used, which is triggered by the "Start" signal initiated by the PID.

В качестве буферного регистра для записи результата аналого-цифрового преобразования использована микросхема многорежимного буферного регистра (МРБ) 588ИР1. Для организации обращения и обмена информацией ППК, ФИФ и АЦП с ВУ используется микросхема селектора адреса 588ВТ1, которая обеспечивает сопряжение указанных блоков с общей магистралью типа МПИ по ГОСТ 26765.51-86 (ОСТ 11.305.903-80). Микросхема сравнивает коды адресных посылок с адресом на ее входах А 4-12 и в случаях их совпадения инициирует цикл обмена. As a buffer register for recording the result of analog-to-digital conversion, we used a 588IR1 multimode buffer register microcircuit. To organize the circulation and information exchange of the control panel, the FIF and the ADC with the VU, the address selector chip 588BT1 is used, which provides the pairing of these blocks with a common trunk like MPI according to GOST 26765.51-86 (OST 11.305.903-80). The microchip compares the codes of the address parcels with the address at its inputs A 4-12 and, if they coincide, initiates an exchange cycle.

В качестве вычислительного устройства ВУ, например, могут быть использованы ЭВМ или микропроцессорные устройства, рассчитанные на работу с общей магистралью типа МПИ по ГОСТ 26755.51-86. As a computing device of a control unit, for example, computers or microprocessor devices designed to work with a common trunk like MPI according to GOST 26755.51-86 can be used.

Таким образом, предлагаемое устройство реализует измерение среднего, среднеквадратичного и других значений и напряжений и токов и при этом полностью устраняется погрешность, вызванная изменением частоты за счет постоянства числа отсчетов n при соответствующем изменении интервала дискретизации, а также повышается быстродействие измерений за счет возможности при этом уменьшить число отсчетов n и тем самым уменьшить время на обработку алгоритма измерения. Thus, the proposed device implements the measurement of average, rms and other values and voltages and currents and at the same time eliminates the error caused by the change in frequency due to the constancy of the number of samples n with a corresponding change in the sampling interval, and also improves the measurement speed due to the possibility to reduce the number of samples n and thereby reduce the processing time of the measurement algorithm.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, содержащее последовательно соединенные объект контроля, согласователи уровней входных измеряемых параметров объекта контроля и аналоговый коммутатор, а также фильтр, элемент выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого соединен с информационным выходом элемента выборки-хранения, вычислительный блок, адресную шину, шину управления и информационные шины вывода и ввода данных вычислительного блока, адресный вход аналого-цифрового преобразователя соединен с адресной шиной, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входом вычислительного блока через информационную шину ввода данных, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения электрических параметров, в него введены формирователь импульсов частоты, преобразователь период-код, формирователь интервалов дискретизации, генератор эталонной частоты, делитель частоты на 2, два дешифратора, два элемента И и элемент задержки, причем информационный выход аналогового коммутатора соединен через фильтр с входом формирователя импульсов частоты и информационным входом элемента выборки-хранения, выход формирователя импульсов частоты соединен с входом преобразователя период-код, первым входом первого элемента И и с входом делителя частоты на 2, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом "Пуск" формирователя интервалов дискретизации, информационные выходы преобразователя период-код соединены с информационной шиной ввода данных вычислительного блока, информационные входы преобразователя период-код соединены с информационной шиной вывода данных вычислительного блока, выход преобразователя период-код "Конец преобразования" соединен с первым входом "Требование прерывания" вычислительного блока, а вход "Пуск" преобразователя период-код соединен с выходом первого элемента И, к информационной шине вывода данных вычислительного блока подключены информационные входы формирователя интервалов дискретизации, к шине управления вводом/выводом вычислительного блока подключены входы управления аналого-цифрового преобразователя, формирователя импульсов дискретизации и преобразователя период-код, входы "Эталонная частота" преобразователя период-код и формирователя интервалов дискретизации соединены с выходом генератора эталонной частоты, выход управления формирователя интервалов дискретизации соединен с входом "Пуск" элемента выборки-хранения и с входом элемента задержки, выход которого соединен с входом "Пуск" аналого-цифрового преобразователя, выход "Готов" которого соединен с вторым входом "Требование прерывания" вычислительного блока, информационные выходы которого через адресную шину подсоединены к входам обоих дешифраторов и к адресным входам преобразователя период-код, формирователя интервалов дискретизации, выходы первого дешифратора соединены с входами управления аналогового коммутатора, первый выход второго дешифратора соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход второго дешифратора соединен с первым входом второго элемента И. DEVICE FOR MEASURING ELECTRICAL PARAMETERS, containing a serially connected monitoring object, matching devices for input measured parameters of the monitoring object and an analog switch, as well as a filter, a sample-storage element, an analog-to-digital converter, the information input of which is connected to the information output of the sample-storage element, a computing unit , address bus, control bus and data bus output and input data of the computing unit, the address input of the analog-to-digital converter inen with the address bus, the information outputs of the analog-to-digital converter are connected to the input of the computing unit via the data input information bus, characterized in that, in order to improve the accuracy and speed of measuring electrical parameters, a frequency pulse shaper, a period-code converter, a shaper are introduced into it sampling intervals, a reference frequency generator, a frequency divider by 2, two decoders, two AND elements and a delay element, moreover, the information output of the analogue switch is is Din through a filter with the input of the frequency pulse generator and the information input of the sample-storage element, the output of the frequency pulse generator is connected to the input of the period-code converter, the first input of the first element And and the input of the frequency divider by 2, the output of which is connected to the second input of the second element And the output of which is connected to the "Start" input of the shaper of the sampling interval, the information outputs of the period-code converter are connected to the information bus of the data input of the computing unit, information inputs The period-code converter is connected to the data bus of the data output of the computing unit, the output of the period-to-end converter-code converter is connected to the first input “Interrupt requirement” of the computing unit, and the “Start” input of the period-code converter is connected to the output of the first AND element, to the information bus of data output of the computing unit are connected the information inputs of the imager of sampling intervals, to the control bus input / output of the computing unit are connected control inputs of analog-to-digital about the converter, the sampling pulse generator and the period-code converter, the inputs “Reference frequency” of the period-code converter and the sampling interval generator are connected to the output of the reference frequency generator, the control output of the sampling interval generator is connected to the “Start” input of the sample-storage element and to the input a delay element, the output of which is connected to the "Start" input of the analog-to-digital converter, the "Ready" output of which is connected to the second input "Interrupt requirement" of the computing unit, whose information outputs are connected through the address bus to the inputs of both decoders and to the address inputs of the period-code converter, sampling interval generator, the outputs of the first decoder are connected to the control inputs of the analog switch, the first output of the second decoder is connected to the second input of the first element And, the second output of the second decoder connected to the first input of the second element I.
SU4877817 1990-10-25 1990-10-25 Device for measuring electric parameters RU2018142C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4877817 RU2018142C1 (en) 1990-10-25 1990-10-25 Device for measuring electric parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4877817 RU2018142C1 (en) 1990-10-25 1990-10-25 Device for measuring electric parameters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2018142C1 true RU2018142C1 (en) 1994-08-15

Family

ID=21542550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4877817 RU2018142C1 (en) 1990-10-25 1990-10-25 Device for measuring electric parameters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2018142C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Заявка Великобритании N 2135065, кл. G 01R 19/00, 1984. *
Клещевников Е.Ф. и др. Блок дискретизатора сигналов с микропроцессорным контроллером для аналоговых осциллографов. ж. "Приборы и системы управления", 1987 г., N 5, с.30-31. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2018142C1 (en) Device for measuring electric parameters
SU1184060A1 (en) Digital device for controlling mains-driven converter
Karnal et al. A novel automatically synchronized ramp A/D converter
RU2224321C1 (en) Synchronization relay
SU1410280A1 (en) Multichannel instrument for measuring analog signals
SU702311A2 (en) Digital meter for measuring the length of periodic pulses
SU957184A1 (en) Three-phase circuit quality parameter calibrator
SU960843A1 (en) Entropy determination device
SU1176445A1 (en) Device for multiplying frequency
SU938196A1 (en) Phase-shifting device
SU1377761A1 (en) Method of transforming frequency transient process to voltage function
SU1698861A1 (en) Alternating voltage calibrator
SU1728857A2 (en) Multichannel measuring device
SU968796A1 (en) Digital generator of basic functions
SU1095390A1 (en) Method and device for adaptive time sampling
SU1458835A1 (en) Apparatus for tolerance frequency monitoring
RU1798705C (en) Method of measurement of root-mean-square values of variable signals
SU1406783A1 (en) Frequency divider
SU890273A2 (en) Device for electric pulse shape digital representation
SU1626177A1 (en) Harmonic signal frequency meter
RU2053550C1 (en) Two-dimensional statistical analyzer of voltage level and its derivative
SU966711A1 (en) Device for reading-out graphic information
SU928422A1 (en) Storage unit monitoring device
JPH0798336A (en) Sampling type measuring device
SU756305A1 (en) Low-frequency meter