RU2153679C2

RU2153679C2 - Method for complex determination of alternating voltage or sinusoidal current parameters

Info

Publication number: RU2153679C2
Application number: RU97111398A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Тетерин; И.Е. Тарасов
Original assignee: Ковровская государственная технологическая академия
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 2000-07-27

Abstract

FIELD: measuring equipment, applicable in those fields of scientific and industrial activities, where knowledge of the sinusoidal voltage or current is required. SUBSTANCE: the method is characterized by the fact that two similar in value, but opposite in sign threshold voltages Un are set, that are lower of the measured sinusoidal signal in the value of amplitude, successively measured are time t₁ between the first and second successive transitions of two similar in value, but opposite in sign threshold voltages and time t₂ between the second and third successive transitions of one of the two similar in value, but opposite in sign threshold voltages, and the period of oscillations of sinusoidal signal T and its amplitude Um are determined by formulas:

Description

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в тех областях научной и промышленной деятельности, где необходимо знание параметра переменного синусоидального напряжения или тока. The present invention relates to the field of measuring technology and can be used in those areas of scientific and industrial activity where knowledge of the parameter of an alternating sinusoidal voltage or current is necessary.

Известен способ определения амплитуды напряжения или тока синусоидальной формы, заключающийся в том, что синусоидальный сигнал выпрямляют и подают на конденсатор, где сохраняют его в виде заряда, пропорционально которому отображают значение амплитуды. Через амплитудное значение определяют эффективное U_эф= 0,707 U_m и среднее U_ср = 0,637 U_m значения синусоидального сигнала. (см. А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: Бином, 1994 г., с. 318 - 325).A known method for determining the amplitude of the voltage or current in a sinusoidal shape, which consists in the fact that the sinusoidal signal is rectified and fed to the capacitor, where it is stored in the form of a charge in proportion to which the amplitude value is displayed. Through the amplitude value, the effective U _eff = 0.707 U _m and the average U _cf = 0.637 U _m values of the sinusoidal signal are determined. (see A. J. Peyton, V. Walsh. Analog electronics on operational amplifiers. - M.: Binom, 1994, p. 318 - 325).

К недостаткам данного способа следует отнести невозможность одновременного определения временных и частотных характеристик синусоидального сигнала. The disadvantages of this method include the impossibility of simultaneously determining the time and frequency characteristics of a sinusoidal signal.

Известен также способ определения периода синусоидального сигнала, заключающийся в том, что синусоидальный сигнал преобразуют с помощью триггера Шмидта в последовательность прямоугольных импульсов с периодом следования T, равным периоду синусоидального сигнала, и из этой последовательности с помощью переключателя задают n периодов измерения, в течение которых счетчик числа импульсов подсчитывает N импульсов с известным периодом следования T_и, но таким, что T_и << T. По завершении счета определяют период синусоидального сигнала по формуле T = (T_иN)/n. По периоду определяют частоту ν = 1/T и циклическую частоту ω = (2π)/T синусоидального сигнала (см. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники, т. 3. - М.: Мир, 1993 г., с. 294 - 298).There is also a method for determining the period of a sinusoidal signal, which consists in converting a sinusoidal signal using a Schmidt trigger into a sequence of rectangular pulses with a pulse repetition period T equal to the period of the sinusoidal signal, and from this sequence using the switch specify n measurement periods during which the counter the number of pulses is counted by N pulses with a known repetition period T _and , but such that T _and << T. Upon completion of the count, determine the period of the sinusoidal signal according to the formulas e T = (T _and N) / n. The period determines the frequency ν = 1 / T and the cyclic frequency ω = (2π) / T of the sinusoidal signal (see P. Horowitz, W. Hill. The Art of Circuit Engineering, vol. 3. - M.: Mir, 1993, p. . 294 - 298).

Недостатком этого способа является невозможность определения амплитуды синусоидального сигнала. The disadvantage of this method is the inability to determine the amplitude of the sinusoidal signal.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей процесса измерения параметров синусоидального сигнала, выражающееся в определении периода и амплитуды синусоидального сигнала по результатам измерения интервалов времени. The aim of the present invention is to expand the functionality of the process of measuring the parameters of a sinusoidal signal, expressed in determining the period and amplitude of the sinusoidal signal from the results of measuring time intervals.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения параметров переменного напряжения (или тока) синусоидальной формы, заключающемся в измерении интервала времени между тремя последовательными переходами напряжения (или тока) через некоторое пороговое напряжение (или ток), устанавливают два одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений U_п (или тока), заведомо меньших амплитуды синусоидального сигнала, и измеряют последовательно время t₁ между первыми двумя последовательными переходами двух пороговых напряжений (или токов) и время t₂ от момента второго перехода порогового напряжения (или тока) до момента следующего третьего последовательного перехода того же порогового напряжения (или тока), а период колебаний синусоидального сигнала T и его амплитуду U_m определяют по формулам:
T = 2(t₁ + t₂),

В предлагаемом способе комплексного определения параметров переменного напряжения или тока синусоидальной формы период колебаний и его амплитуду определяют по результатам последовательного измерения двух интервалов времени: времени между первыми двумя последовательными переходами двух пороговых напряжений (или токов) и времени от момента второго перехода порогового напряжения (или тока) до момента следующего третьего последовательного перехода того же порогового напряжения. В то время как в известном способе период синусоидального сигнала определяют по числу прямоугольных импульсов, с длительностью много меньшей величины измеряемого периода синусоидального сигнала, укладывающихся в задаваемом числе периодов синусоидального сигнала, задаваемых прямоугольными импульсами, период следования которых равен периоду синусоидального сигнала, а определение амплитуды синусоидального сигнала невозможно.This goal is achieved by the fact that in the method for determining the parameters of an alternating voltage (or current) of a sinusoidal shape, consisting in measuring the time interval between three consecutive transitions of voltage (or current) through a certain threshold voltage (or current), two equal in magnitude, but opposite by the sign of the threshold voltages U _p (or current), obviously lower than the amplitude of the sinusoidal signal, and measure the time t ₁ between the first two consecutive transitions of two thresholds x voltages (or currents) and time t ₂ from the moment of the second transition of the threshold voltage (or current) until the next third sequential transition of the same threshold voltage (or current), and the oscillation period of the sinusoidal signal T and its amplitude U _{m are} determined by the formulas:
T = 2 (t ₁ + t ₂ ),

In the proposed method for the complex determination of the parameters of an alternating voltage or sinusoidal current, the oscillation period and its amplitude are determined by the results of a sequential measurement of two time intervals: the time between the first two consecutive transitions of two threshold voltages (or currents) and the time from the moment of the second transition of the threshold voltage (or current ) until the next third consecutive transition of the same threshold voltage. While in the known method the period of the sinusoidal signal is determined by the number of rectangular pulses, with a duration much shorter than the measured period of the sinusoidal signal, which fit into the specified number of periods of the sinusoidal signal specified by rectangular pulses, the repetition period of which is equal to the period of the sinusoidal signal, and the determination of the amplitude of the sinusoidal signal is impossible.

Теоретическим обоснованием предлагаемого способа являются следующие положения. Если для синусоидального сигнала (фиг. 1) установить два пороговых уровня |+U_п| = |-U_п| = U_п, так что U_n < U_m, то относительно этих уровней можно ввести три интервала времени: t₁, t₂ и t₃. В силу симметричности синусоидального сигнала относительно оси времени t₁ = t₃ и t₁ = t₁/2 + t₁/2. Тогда период синусоидального сигнала может быть представлен следующим образом:
T = 2(t₁/2 + t₂ + t₃/2) = 2(t₁ + t₂). (1)
Из уравнения синусоидального сигнала U = U_msinωt следует, что (см. фиг. 1):

(2)
Так как ω = 2π/T = 2π/[2(t₁+t₂)] = π/(t₁+t₂), то равенство (2) будет иметь вид

Т. о. из уравнений (1) и (3) следует, что для того, чтобы определить период синусоидального напряжения (или тока) и его амплитуду при заданном пороговом напряжении (или токе), достаточно замерить интервал времени t₁ и t₂ в соответствии с обозначениями на фиг. 1.The theoretical rationale for the proposed method are the following provisions. If for a sinusoidal signal (Fig. 1) set two threshold levels | + U _p | = | -U _p | = U _p , so that U _n <U _m , then with respect to these levels, three time intervals can be introduced: t ₁ , t ₂ and t ₃ . Due to the symmetry of the sinusoidal signal relative to the time axis t ₁ = t ₃ and t ₁ = t _1/2 + t _1/2 . Then the period of the sinusoidal signal can be represented as follows:
T = 2 (t _1/2 + t ₂ + t _3/2) 2 = (t ₁ + t _2). (1)
From the equation of the sinusoidal signal U = U _m sinωt it follows that (see Fig. 1):

(2)
Since ω = 2π / T = 2π / [2 (t ₁ + t ₂ )] = π / (t ₁ + t ₂ ), equality (2) will have the form

T. about. from equations (1) and (3) it follows that in order to determine the period of the sinusoidal voltage (or current) and its amplitude at a given threshold voltage (or current), it is enough to measure the time interval t ₁ and t ₂ in accordance with the notation on FIG. 1.

На фиг. 1 представлен график изменения напряжения по синусоидальному закону с показом пороговых напряжений и измеряемых интервалов времени. In FIG. 1 shows a graph of voltage changes according to a sinusoidal law with a threshold voltage and measured time intervals.

На фиг. 2 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. In FIG. 2 presents a block diagram of a device that implements the proposed method.

На фиг. 3 представлена диаграмма сигналов в соответствующих точках устройства. In FIG. 3 is a signal diagram at corresponding points of the device.

Устройство (фиг. 2) содержит компараторы 1 и 2, неинвертирующий и инвертирующий входы которых подсоединены к общему входу. Выход компаратора 1 соединен с входом формирователя импульсов по срезу 3, выход которого соединен с входом "Стоп" измерителя интервалов времени 4, вход "Пуск" которого соединен с выходом формирователя импульсов по срезу 5, вход которого соединен с выходом компаратора 2. The device (Fig. 2) contains comparators 1 and 2, non-inverting and inverting inputs of which are connected to a common input. The output of the comparator 1 is connected to the input of the pulse former through slice 3, the output of which is connected to the input "Stop" of the time meter 4, the input "Start" of which is connected to the output of the pulse former through slice 5, the input of which is connected to the output of the comparator 2.

Реализация предлагаемого способа приведенным устройством осуществляется следующим образом. На вход устройства (см. фиг. 2) подают синусоидальный сигнал, положительные полуволны которого по достижении порогового значения +U_п создают на выходе компаратора 1 прямоугольные импульсы длительностью t₂, а отрицательные полуволны по достижении порогового напряжения -U_п создают на выходе компаратора 2 прямоугольные импульсы той же длительности t₂ (см. фиг. 3). Эти последовательности импульсов подают на входы формирователей импульсов по срезу 3 и 5, на выходах которых формируются импульсы длительностью много меньшей t₂, фронты которых совпадают по срезам импульсов, поступающих на их входы. Короткие импульсы с выхода формирователя импульсов по срезу 5 подают на вход "Пуск" измерителя интервалов времени 4 и запускают его. Короткие импульсы с выхода формирователя импульсов по срезу 3 подают на вход "Стоп" измерителя интервалов времени 4 и останавливают его. В результате измеритель интервалов времени измеряет время (t₁ + t₂), по которому и определяют период и амплитуду исследуемого синусоидального сигнала.Implementation of the proposed method with the above device is as follows. A sinusoidal signal is fed to the input of the device (see Fig. 2), the positive half-waves of which, upon reaching the threshold value + U _p, create rectangular pulses of t ₂ duration at the output of the comparator 1, and the negative half-waves, when the threshold voltage -U _{p is} reached, compose at the output of the comparator 2 rectangular pulses of the same duration t ₂ (see Fig. 3). These pulse sequences are fed to the inputs of pulse shapers along slice 3 and 5, at the outputs of which pulses of duration much shorter than t _{2 are formed} , whose edges coincide with the slice of pulses arriving at their inputs. Short pulses from the output of the pulse shaper through slice 5 are fed to the input “Start” of the time interval meter 4 and start it. Short pulses from the output of the pulse shaper through slice 3 are fed to the input “Stop” of the time interval meter 4 and stop it. As a result, the time interval meter measures the time (t ₁ + t ₂ ), which determines the period and amplitude of the studied sinusoidal signal.

Claims

Method complex determination parameters alternating voltage of sinusoidal form, which consists in measuring the time interval between the three successive transitions of the voltage after a certain threshold voltage, characterized in that mounted two identical magnitude but opposite in sign to the threshold voltage U _n, smaller magnitude of the amplitude of the measured sinusoidal signal and successively measure the time t ₁ between the first and second two successive transitions of identical magnitude but protivop false sign of threshold voltages, and time t ₂ between the second and third consecutive transitions of one of two identical in magnitude but opposite in sign to the threshold voltages and the oscillation period T of the sinusoidal signal and its amplitude U _m is determined by the formulas
T = 2 (t ₁ + t ₂ ),