SU1272261A1

SU1272261A1 - Device for measuring a.c.voltage amplitude

Info

Publication number: SU1272261A1
Application number: SU853869321A
Authority: SU
Inventors: Сергей Львович Борисов; Анатолий Яковлевич Бурдаев; Вадим Леонидович Роговой
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4287
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1985-03-20
Publication date: 1986-11-23

Abstract

Изобретение относитс к цифровой измерительной технике. Цель изобретени - повышение точности измерени , быстродействи и помехоустойчивости . Устройство содержит компаратор 1, распределитель 2 импульсов, счетчики 3 и 4, удвоитель 6 частоты. 8х кл ча блок 7 сравнени кодов, квантователь 8, усилитель-ограничитель 1I, интегратор 12, фильтр 13 низкой частоты, инвертор 14 и триггер 15. Введение управл емого источника 9 опорного напр жени , преобразовател 10 интервала времени в код, управл емого генератора 5 импульсов позвол ет установить зависимость частоты заполнени от периода входных сигналов и отрицательную обратную св зь по скважности входных сигналов формировател . Быстродействие устройства увеличиваетс за счет автоматизации процесса измерени , а также вследстс вие того, что измерение проводитс в каждый период и при непрерывно ел измен ющихс параметрах входного сигнала . 1 3.п. ф-лы, 2 ил. 1C ISO N9 О5 .1This invention relates to digital measurement technology. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy, speed and noise immunity. The device contains a comparator 1, a pulse distributor 2, counters 3 and 4, a frequency doubler 6. 8x block 7 code comparison unit, quantizer 8, limiting amplifier 1I, integrator 12, low frequency filter 13, inverter 14 and trigger 15. Introducing controlled source 9 of reference voltage, time interval converter 10 into code controlled by generator 5 pulses allows to establish the dependence of the filling frequency on the period of the input signals and negative feedback on the duty cycle of the input signals of the driver. The speed of the device is increased by automating the measurement process, as well as the fact that the measurement is carried out in each period and with continuously changing parameters of the input signal. 1 3.p. f-ly, 2 ill. 1C ISO N9 O5 .1

Description

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды синусоидального переменного напряжения, имеющего постоянную составляющую .The invention relates to digital measuring equipment and can be used to measure the amplitude of a sinusoidal AC voltage having a constant component.

Цель изобретения - повышение точности измерения, быстродействия и помехоустойчивости за счет оптимизации режима работы компаратора, а также за счет управления частотой генератора импульсов в зависимости от параметров входного сигнала и за счет более оптимального распределения во времени сигналов, управляющих счетчиками импульсов.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement, speed and noise immunity due to the optimization of the comparator, as well as by controlling the frequency of the pulse generator depending on the parameters of the input signal and due to a more optimal distribution in time of the signals controlling the pulse counters.

На фиг.I приведена схема устройства для измерения амплитуды переменного напряжения; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.Fig. I shows a diagram of a device for measuring the amplitude of an alternating voltage; figure 2 - timing diagrams of the operation of the device.

Устройство для измерения амплитуды переменного напряжения содержит компаратор 1, распределитель 2 импульсов, первый 3 и второй 4 счетчики импульсов, управляемый генератор 5 импульсов, удвоитель 6 частоты, блок 7 сравнения кодов, квантователь 8, управляемый источник 9 опорного напряжения, преобразователь 10 интервала времени в код, причем источник 9 содержит усилитель-ограничитель 11, интегратор 12 и фильтр 13 низкой частоты, а распределитель 2 инвертор 14 и триггер 15. Вход компаратора 1 соединен с входом квантователя 8 и входной шиной, управляющий вход квантователя 8 соединен с установочными входами распределителя 2 импульсов и счетчиков 3 и 4 импульсов и с выходом блока 7 сравнения кодов, входы которого соединены с выходами счетчиков 3 и 4 импульсов, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами распределителя 2 импульсов, вход которого соединен с выходом компаратора 1, входом управляемого источника 9 опорного напряжения и входом преобразователя 10 интервала времени в код, выход которого соединен с входом управляемого генератора 5 импульсов. Выход последнего соединен со счетным входом первого счетчика 3 импульсов непосредственно, а к счетному входу второго счетчика 4 импульсов через удвоитель 6 частоты. Вход усилителяограничителя 11 соединен с входом управляемого источника 9 опорного напряжения, а выход - через последовательно соединенные интегратор 12 и фильтр 13 низкой частоты с выходом управляемого источника 9 опорного напряжения, выход которого соединен с опорным входом компаратора 1. Выходы инвертора 14 и триггера 15 соединены с выходами распределителя 2 импульсов, вход инвертора 14 соединен с входом распределителя 2 импульсов и счетным входом триггера 15, установочной вход которого соединен с установочным входом распределителя импульсов.A device for measuring the amplitude of an alternating voltage comprises a comparator 1, a pulse distributor 2, a first 3 and a second 4 pulse counters, a controlled pulse generator 5, a frequency doubler 6, a code comparison unit 7, a quantizer 8, a controlled voltage reference source 9, a time interval converter 10 code, and the source 9 contains an amplifier-limiter 11, an integrator 12 and a low-pass filter 13, and a distributor 2 an inverter 14 and a trigger 15. The input of the comparator 1 is connected to the input of the quantizer 8 and the input bus, controlling input d quantizer 8 is connected to the installation inputs of the distributor 2 pulses and counters 3 and 4 pulses and with the output of the block 7 code comparison, the inputs of which are connected to the outputs of the counters 3 and 4 pulses, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the distributor 2 pulses, the input of which is connected to the output of the comparator 1, the input of the controlled voltage reference source 9 and the input of the converter 10 of the time interval into a code, the output of which is connected to the input of the controlled pulse generator 5. The output of the latter is connected directly to the counting input of the first pulse counter 3, and to the counting input of the second pulse counter 4 through a frequency doubler 6. The input of the amplifier of the limiter 11 is connected to the input of the controlled reference voltage source 9, and the output is connected through a series-connected integrator 12 and a low-pass filter 13 to the output of the controlled reference voltage source 9, the output of which is connected to the reference input of the comparator 1. The outputs of the inverter 14 and trigger 15 are connected to the outputs of the pulse distributor 2, the input of the inverter 14 is connected to the input of the pulse distributor 2 and the counting input of the trigger 15, the installation input of which is connected to the installation input of the pulse distributor .

На диаграммах показано: а - входной сигнал, б - выходной сигнал компаратора; в - выходной сигнал блока сравнения кодов; г - выходной сигнал инвертора; д - выходной сигнал триггера.The diagrams show: a - the input signal, b - the output signal of the comparator; in - the output signal of the code comparison unit; g is the output signal of the inverter; d is the trigger output signal.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Оптимальными точками переключения компаратора 1 являются точки прохождения синусоидального входного напряжения через нуль (постоянная составляющая здесь принимается равной нулю). В этой точке входной сигнал имеет максимальную производную и вследствие этого компаратор 1 работает с максимальной точностью и обладает максимальной помехоустойчивостью.The optimal switching points of the comparator 1 are the points where the sinusoidal input voltage passes through zero (the constant component is assumed to be zero). At this point, the input signal has a maximum derivative and, as a result, comparator 1 operates with maximum accuracy and has maximum noise immunity.

Для того, чтобы устранить влияние постоянной составляющей входного сигнала и собственного напряжения смещения компаратора на его работу, с его выхода на вход заведена отрицательная обратная связь по скважности его выходного сигнала. При этом с выхода компаратора 1 на вход усилителя-ограничителя 11 поступает сигнал с логическими уровнями. В усилителе-ограничителе 11 он преобразуется в сигнал с равными амплитудами положительных и отрицательных полупериодов. Этот сигнал поступает на вход интегратора 12. Если скважность сигнала равна двум, это соответствует полной компенсации постоянной составляющей входного сигнала на входе компаратора 1 и собственного напряжения смещения компаратора. Если же скважность сигнала на выходе усилителя-ограничителя 11 не равна двум, то интегратор 12 так изменяет свой выходной сигнал, чтобы привести ее к двум. Фильтр 13 низкой частоты служит для подавления пульсаций выходного сигнала интегратора 12.In order to eliminate the influence of the constant component of the input signal and the self-bias voltage of the comparator on its operation, negative feedback on the duty cycle of its output signal has been established from its output to the input. Thus from the output of the comparator 1 to the input of the amplifier-limiter 11 receives a signal with logical levels. In the amplifier-limiter 11, it is converted into a signal with equal amplitudes of positive and negative half-cycles. This signal is fed to the input of the integrator 12. If the duty cycle of the signal is two, this corresponds to the full compensation of the DC component of the input signal at the input of the comparator 1 and the bias voltage of the comparator. If the duty cycle of the signal at the output of the amplifier-limiter 11 is not equal to two, then the integrator 12 so changes its output signal to bring it to two. The low-pass filter 13 serves to suppress ripple of the output signal of the integrator 12.

При превышении входным напряжением напряжения на выходе источника 9 напряжение на выходе компаратора 1 5 соответствует логической единице, в противном случае - логическому нулю.If the input voltage exceeds the voltage at the output of the source 9, the voltage at the output of the comparator 1 5 corresponds to a logical unit, otherwise - logical zero.

Преобразователь 10 интервала времени в код измеряет период сигнала на выходе компаратора 1 и выдает со- ¹⁰ответствующий ему код на вход управляемого генератора 5 импульсов, управляя им таким образом, чтобы в рабочем диапазоне частот сохранялось равенство ’5 f · Т ш const, где f - частота сигнала, вырабатываемого генератором 5;The time interval converter 10 measures the period of a code signal at the output of comparator 1 and outputs it co code ¹⁰ is responsible for the control inputs of the pulse generator 5 by controlling them so that in the operating frequency range was maintained equality '5 f · T w const, where f - the frequency of the signal generated by the generator 5;

Т - период входного напряжения. ²⁰ T is the input voltage period. ²⁰

В этом случае счетчики 3 и 4 импульсов не входят в переполнение и точность измерения является величиной постоянной, не зависящей от частоты входного сигнала. ²⁵ In this case, the counters 3 and 4 of the pulses are not included in the overflow and the measurement accuracy is a constant value that does not depend on the frequency of the input signal. ²⁵

Перед циклом измерения триггер 15 находится в единичном состоянии (сигнал на его инверсном выходе соответствует логическому нулю), счетчики 3 и 4 импульсов обнулены. В момент вре- ³⁰мени t (фиг. 2), соответствующий пересечению убывающим синусоидальным сигналом нулевого уровня (постоянная составляющая входного сигнала принята равной нулю), на выходе компаратора 35 1 появляется сигнал логического нуля, на выходе инвертора 14 - сигнал логической единицы, счетчик 3 импульсов начинает подсчитывать импульсы, вырабатываемые управляемым генератором 5. В этот же момент времени на выходе преобразователя 10 интервала времени в код появляется результат предыдущего измерения параметров входного сигнала, после чего он на- ⁴⁵чинает новое измерение. При этом управляемый генератор 5 вырабатывает сигнал частотой, удовлетворяющей равенству f Т s const. ^s0 Before the measurement cycle, trigger 15 is in a single state (the signal at its inverse output corresponds to a logical zero), counters 3 and 4 of the pulses are reset. At time ³⁰ vre- Meni t (. Figure 2) corresponding to the intersection of the decaying sinusoidal signal zero (dc component of the input signal is taken as zero) at the output of the comparator 35 1 appears a logic zero signal at the output of inverter 14 - a logic unit, the counter 3 pulses begins to count pulses generated by the controlled generator 5. At the same time at the output of the Converter 10 time interval in the code appears the result of the previous measurement of the input signal, after which he ^A-45 begins to a new dimension. In this case, the controlled generator 5 generates a signal with a frequency satisfying the equality f T s const. ^s0

В момент времени , соответствующий пересечению возрастающим синусоидальным сигналом нулевого уровня, на выходе компаратора 1 появляется сиг- 55 нал логической единицы, на выходе инвертора 14 - сигнал логического нуля, триггер 15 переводится в нулевое сос тояние , на управляющем входе счетчика 4 импульсов появляется сигнал логической единицы, и он начинает подсчитывать импульсы с выхода управляемого генератора 5, проходящие через удвоитель 6 частоты. Счетчик 3 импульсов при этом запоминает код, соответствующий половине периода измеряемого сигнала, так как скважность выходных импульсов компаратора 1 равна двум.At the moment of time corresponding to the intersection of an increasing sinusoidal signal of the zero level, a signal of a logical unit appears at the output of the comparator 1, a logical zero signal at the output of the inverter 14, a trigger 15 is brought to the zero state, a logical signal appears at the control input of the counter 4 pulses units, and he begins to count pulses from the output of the controlled generator 5 passing through the frequency doubler 6. The counter 3 pulses in this case stores the code corresponding to half the period of the measured signal, since the duty cycle of the output pulses of the comparator 1 is two.

В момент времени t ₃, соответствующий половине полупериода входного сигнала, когда сигнал находится в экстремуме, коды на выходах счетчиков 3 и 4 импульсов сравниваются, блок 7 сравнения кодов вырабатывает импульс, по которому производится квантование входного сигнала квантователем -8, счетчики 3 и 4 импульсов обнуляются, триггер 15 переходит в единичное состояние, запрещая дальнейший счет счетчику 4.At time t ₃ , corresponding to half the input signal half-cycle, when the signal is at the extreme, the codes at the outputs of counters 3 and 4 pulses are compared, the code comparison unit 7 generates a pulse by which the input signal is quantized by quantizer -8, counters 3 and 4 pulses zero, trigger 15 goes into a single state, prohibiting further counting counter 4.

Измерение при наличии постоянной составляющей во входном сигнале производится аналогично.Measurement in the presence of a constant component in the input signal is carried out similarly.

Claims

The invention relates to digital measurement technology and can be used to measure the amplitude of a sinusoidal alternating voltage having a constant component. The purpose of the invention is to improve measurement accuracy, speed and noise immunity by optimizing the mode of operation of the comparator, as well as by controlling the frequency of the pulse generator depending on the parameters of the input signal and due to a more optimal distribution in time of the signals controlling the pulse counters. Figure 1 is a diagram of a device for measuring the amplitude of a variable voltage; figure 2 - timing charts of the device. A device for measuring the amplitude of an alternating voltage contains a comparator 1, a pulse distributor 2, the first 3 and a second 4 pulse counters, a controlled pulse generator 5, a frequency doubler 6, a code comparison unit 7, a quantizer 8, a controlled voltage source 9, a converter 10 time intervals in the code, where the source 9 contains the amplifier-limiter 11, the integrator 12 and the low-frequency filter 13, and the distributor 2 the inverter 14 and the trigger 15. The input of the comparator 1 is connected to the input of the quantizer 8 and the input bus controlling The input of the quantizer 8 is connected to the installation inputs of the distributor 2 pulses and counters 3 and 4 pulses and the output of the comparison block 7, the inputs of which are connected to the outputs of the counters 3 and 4 pulses, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the distributor 2 pulses The input of which is connected to the output of the comparator 1, the input of the controlled source 9 of the reference voltage and the input of the converter 10 of the time interval to the code, the output of which is connected to the input of the controlled oscillator 5 of pulses. The output of the latter is connected to the counting input of the first counter 3 pulses directly, and to the counting input of the second counter 4 pulses through frequency doubler 6. The input of the amplifier limiter 11 is connected to the input of a controlled source 9 of the reference voltage, and the output is connected via a serially connected integrator 12 and low-frequency filter 13 to the output of the SUPPLIED source 9 of the reference voltage, the output of which is connected to the reference input of the comparator 1. Inverter outputs 14 and the trigger 15 is connected to the outputs of the distributor 2 pulses, the input of the inverter 14 is connected to the input of the distributor 2 pulses and the counting input of the trigger 15, the installation input of which is connected to the installation input of the distributor imp pulses. The diagrams show: a - input signal, b - output signal of the comparator; c is the output of the code comparison block; g - output signal of the inverter; d - trigger output signal. The device works as follows. The optimal switching points of comparator 1 are the points of sinusoidal input voltage passing through zero (the constant component here is taken to be zero). At this point, the input signal has a maximum derivative and, as a result, Comparator 1 operates with maximum accuracy and has maximum noise immunity. In order to eliminate the influence of the constant component of the input signal and the own bias voltage of the comparator on its operation, negative feedback is initiated from its output to the input according to the duty cycle of its output signal. In this case, the output of the comparator 1 to the input of the amplifier-limiter I1 receives a signal with logic levels. In limiting amplifier 11, it is converted into a signal with equal amplitudes of positive and negative half cycles. This signal is fed to the input of the integrator 12. If the signal's duty cycle is equal to two, this corresponds to a complete compensation of the constant component of the input signal at the input of comparator I and its own bias voltage of the comparator. If the duty cycle of the signal at the output of the limiter amplifier 11 is not equal to two, then the integrator 12 changes its output signal so as to bring it to two. The low-frequency filter 13 serves to suppress the ripple of the output signal of the integrator 12. When the input voltage is transformed at the output of the source 9, the voltage at the output of the comparator 1 corresponds to a logical one, otherwise - to a logical zero. The time interval converter 10 measures the the period of the signal at the output of comparator 1 and gives the corresponding code to the input of the controlled oscillator 5 pulses, controlled so that in the working frequency range the equality f T const is kept, where f is the frequency si drove, vyrabatshae mogo generator 5; T is the input voltage period. In this case, the counters 3 and 4 pulses do not overflow and the measurement accuracy is constant, independent of the frequency of the input signal. Before the measurement cycle, the trigger 15 is in the unit state (the signal at its inverse output corresponds to a logical zero), the counters Zi of 4 pulses are zeroed. At time t. (Fig. 2), corresponding to the intersection of a decreasing sinusoidal signal of the zero level (constant component of the input signal is equal to zero), the output of the comparator 1 is a signal of a logical zero at the output of the inverter 14 - a signal of the logical unit, the counter 3 pulses begins to calculate the pulses produced by the controlled oscillator 5. At the same time, the output of the time interval converter 10 results in a measurement of the parameters of the input signal, after which it starts a new measurement ix. In this case, the controlled oscillator 5 expires the signal with a frequency satisfying the equality f. T const. At time t, corresponding to the intersection of an increasing sine, the far zero-level signal at the output of the comparator 1 appears a signal of the logical unit, at the output of the inverter 14 - the signal of the logical zero trigger 15 is transferred to zero flow at the control input of the counter 4 A pulse signal appears in the pulse unit, and it starts counting the pulses from the output of the controlled oscillator 5, passing through frequency doubler 6. The counter 3 pulses in this case memorizes a code corresponding to half the period of the measured signal, since the duty cycle of the output pulses of the comparator 1 is equal to two. At time t., The corresponding half of the half-cycle of the input signal, when the signal is at the extremum, the codes at the outputs of counters 3 and 4 pulses are compared, the code comparison unit 7 generates a pulse that quantizes the input signal with a quantizer -8, counters 3 and 4 pulses they reset, trigger 15 goes to one state, prohibiting further counting by counter 4. Measurement in the presence of a constant component in the input signal is performed similarly. Claim 1. A device for measuring alternating voltage shields comprising a comparator, a quantizer, a pulse distributor, first and second pulse counters, a frequency doubler, a code comparison unit, comparator inputs and a frequency doubler are connected to an input thickness, a pulse distributor input is connected to an output the comparator, and the outputs are connected to the corresponding control inputs of the first and second pulse counters, the counting input of the second pulse counter is connected to the output of the frequency doubler, the outputs with Pulse sensors are connected to the corresponding inputs of the code comparison unit, which is connected to the control input of the quantizer, the output of which is connected to the output bus of the device, the frequency doubler input is connected to the counting input of the first pulse counter, in order to improve measurement accuracy, speed and stability, a controlled onoptioro voltage source, a controlled pulse generator, and

time interval converter to the code whose input is connected to the comparator output and input of the reference source voltage source, whose output is connected to the comparator reference input, the output of the time interval converter to the code is connected to the input of the controlled pulse generator whose output is connected to the frequency doubler input , the unit of code comparison unit is connected to the setup inputs of the first and

second pulse counters and pulse distributor.

2. The device according to claim 1, wherein the controlled voltage source comprises a series-connected limiter, an integrator and a low-frequency filter, the output of which is connected to the output of the controlled voltage.

the source of the reference voltage, the input of which is connected to the input of the amplifier-limiter.