SU1721539A1 - Способ преобразовани параметров колебательных контуров - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-, измерительной технике и предназначено дл  измерени  параметров последовательных и параллельных колебательных контуров . Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  путем уменьшени  количества операций над выходным сигналом измерительного блока и устранени  дифференцировани  и двойного дифференцировани . Способ состоит в воздействии на измерительный блок сигналом и интегрировании его выходного сигнала со ступенчато-измен ющимис  коэффициентами на заданном интервале времени. Выходной сигнал измерительного блока можно интегрировать с переменными знаками на заданном интервале времени. 1 з п. ф-лы. 1 табл., 2 ил.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и предназначено дл  измерени  параметров параллельных и последовательных контуров.

Известен способ измерени  параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников, заключающийс  в преобразовании параметров двухполюсника в активную величину и последовательном осуществлении двух состо ний квазиравновеси  путем изменени  частоты питающего напр жени  и последующем умножении и делении промежуточных величин,

Однако данный способ обладает низким быстродействием и сложностью, что св зано с необходимостью осуществлени  двух состо ний квазиравновеси .

Известен также способ измерени  параметров колебательных контуров, заключающийс  в воздействии на измерительный

блок одновременно ступенчатым, линейно измен ющимс  и параболическим напр жени ми с определенными весовыми коэффициентами , причем значени  весовых коэффициентов устанавливают перед измерением каждого из параметров, а значение измер емого параметра определ ют по мгновенным значени м выходной реакции измерительного блока в выбранный момент времени.

Недостатками данного способа  вл ютс  низка  точность, обусловленна  необходимостью измерени  мгновенных значений, и низкое быстродействие, св занное с необходимостью изменени  коэффициентов при измерении различных параметров.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  способ инвариантного преобразовани  параметров двухполюсных электрических цепей, осноVJ

hO

ел со ю

ванный на подаче на измерительный блок ступенчатого напр жени  и последующей обработке выходного сигнала измерительного блока выполнением последовательных операций дифференцировани , интегриро- вани  и вычитани  выходного сигнала.

Недостатком известного способа  вл етс  низка  точность. Обусловлено это тем, что над выходным сигналом измерительного блока выполн етс  большое количество аналоговых операций. Дифференцирование и двойное дифференцирование  вл ютс  неустойчивыми операци ми. При их осуществлении выдел ютс  высокочастотные шумовые составл ющие, которых могло даже не быть в спектре входного сигнала (шумы операционных усилителей). Это при- водит к увеличению случайной погрешности преобразовани .

Целью изобретени   вл етс  повыше- ние точности преобразовани .

Поставлена  цель достигаетс  тем, что по способу преобразовани  параметров колебательных контуров, заключающемус  в воздействии опорным сигналом на измери- тельный блок и интегрировании его выходного сигнала, интегрирование осуществл етс  со ступенчато измен ющимис  коэффициентами на заданном интервале времени.

Кроме того, выходной сигнал измерительного блока интегрируют с переменными знаками на заданном интервале времени.Преобразование параметров колеба- тельного контура осуществл етс  следую- щим образом.

На вход измерительного блока, состо щего из определенным образом включенных исследуемого колебательного контура, операционного.усилител  и опорного элемента , подают опорный сигнал, например линейно измен ющеес  напр жение. Выходное напр жение измерительного блока интегрируют на определенном интервале времени. При этом интегрирование осуществл етс  с коэффициентами, значени  которых ступенчато измен ютс  во врем  .интегрировани , или интегрирование происходит с изменением знака. Момент изме- нени  знака -или коэффициентов и их значени  задаютс  такими, что результат интегрировани  пропорционален только одному параметру колебательного контура.

На фиг, 1 представлена схема устройст- ва дл  осуществлени  предлагаемого способа; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Устройство содержит формирователь линейно измен ющегос  напр жени , измерительный блок, счетчик, генератор импульсов , четыре блока посто нной пам ти, три цифроаналоговых преобразовател  и три интегратора.

Выход формировател  линейно измен ющегос  напр жени  подключен к измерительному блоку, а вход формировател  соединен с вторым выходом четвертого блока посто нной пам ти. Генератор импульсов подключен к входу счетчика, выходы которого соединены с входами блоков посто нной пам ти. Выходы первого, второго и третьего блоков посто нной пам ти соединены с цифровыми входами первого, второго и третьего цифроаналоговых преобразователей соответственно. Выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с первыми входами интеграторов, вторые и третьи входы которых объединены и подключены соответственно к первому и второму выходам четвертого блока пам ти.

Устройство позвол ет преобразовывать в напр жение параметры параллельных и последовательных трех- и двухэлементных контуров.

Устройство работает следующим образом .

Под воздействием тактовых импульсов, поступающих с генератора импульсов, счетчик измен ет свое состо ние. Выходной код счетчика  вл етс  адресным дл  блоков посто нной пам ти. Блок посто нной пам ти запрограммирован так, что под воздействием измен ющегос  кода адреса на его двух выходах формируютс  управл ющие сигналы . Причем сигнал с второго выхода (Ua, фиг.2)задает врем  интегрировани  Т, а сигнал с первого выхода (1)ь, фиг. 2) обнул ет интеграторы перед каждым новым циклом интегрировани . По сигналу с второго выхода блока посто нной пам ти интеграторы переход т в режим интегрировани , а формирователем вырабатываетс  линейно измен ющеес  напр жение (Uc, фиг. 2), реакци  на которое измерительного блока имеет вид (, фиг. 2)

Ud (t) S Ro С + S Ro t/R + S Ro t2/2L, (1) где S - скорость изменени  входного напр жени ;L , С, R - параметры колебательного контура;

Ro - значение опорного сопротивлени .

Выходной сигнал измерительного блока поступает на входы цифроаналоговых преобразователей, которыми в соответствии с программами, хран щимис  в блоках посто нной пам ти, осуществл етс  масштабное преобразование сигнала, причем значение коэффициента преобразовани  и его знак измен ютс  несколько раз за один

цикл измерени . Выходные напр жени  интеграторов имеют вид

U - Ki J Ud (t) dt + K2 / Ud (t) dt +... + . - t0n

+ Ki / Ud (t) dt.(2)

ti - 1

где Ki - коэффициенты преобразовани , соответствующие значени м кода на входах ЦАП;

ti - моменты изменени  коэффициентов .

Подставл   (1) в (2), получим

U SRo{C Kr(ti-to) + + К2 (t2 - ti) + ... + Ki (ti - ti-i) +

+ (tiZ-fc)/2 + Mt2-tV2 + - к

+ ... + Ki ( tM)/2 +1 Ki (Ц3- to)/6 +

+K2 (t -tVe +... + KI (tl3- ti-i). (3)

Из последнего выражени  следует, что дл  того, чтобы выходное напр жение было пропорционально только одному параметру , например емкости С, необходимо выполнение условий

Ki ()/2 + K2(t2-ti)/2 + ...+

+ )/2-0 ,

Ki (ti --tS)/6 + K2 fa - ti)/6 +... +

+ Ki(tiTtЈi)/6 0.J (4)

Дл  того, чтобы выходное напр жение

было пропорционально сопротивлению R,

необходимо

Ki (ti - to)+K2(t2-tl) +...+

+ Ki (ti - ti-i) 0; Ki()/6 + K2(ti-ti)/6+... + + Ki (ti - ti-i)/6 0:J (5)

Дл  определени  индуктивности L необходимо

Kl(t1 -to)+ K2(t2-tl)+... +

+ Kr(ti - ti-i) 0;, (Q

Ki (ti - to)/2 + K2 (t - ti)/2 + ...+ w

+ Ki (ti - tЈi)/2 0.

Выполнение данных условий достигаетс  выбором соответствующих значений KI и ti. Например, задавшись трем  значени ми Ki и интервалом интегрировани  Ти, равным 60 счетным тактам счетчика, получим следующие возможные значени  KI и ti (таблица).

После окончани  интегрировани  через врем  Ти напр жени  на выходах интеграторов будут соответствовать значени м, приведенным в таблице. При возвращении сигнала с второго выхода четвертого блока посто нной пам ти в исходное состо ние интеграторы перевод тс  в режим хранени . В этот момент возможно считывание информации о параметрах исследуемого контура. На этом один цикл измерени  заканчиваетс . Перед началом следующего цикла сигналом с первого выхода четвертого блока посто нной пам ти интеграторы обнул ютс .

5При осуществлении преобразовани  с

изменением знаков интегрировани  в соответствующие моменты времени, определ е- мые состо нием счетчика, блоками посто нной пам ти формируетс  одно из

0 двух значений кода, который задает коэффициенты преобразовани  дл  цифроана- логовых преобразователей +1 или -1.

Моменты смены знака определ ютс  следующим образом.

5 Выходные напр жени  интеграторов будут иметь вид

и(т)-±У Ud(t)dt + f Ud(t)dt + / Ud(t)df

О1112

Q или дл  определенности tit

U (t) / Ud (t) dt - J Ud (t) dt + оn

+ }-Ud(t)dt,(7)

5t2

где ti и t2 - моменты смены знака.

Из выражений (1) и (7) следует

U(t)SR0f(: + (tM+T

2 ti - 2 12 + Т)Сх + /2)/Rx

0+ (2 V/3 - 2 t|/3 + rV3)/2 . (8)

где ти - посто нна  интегрировани .

Дл  того, чтобы выходное напр жение первого интегратора после окончани  интегрировани  через врем  Т определ лось

5 одним из параметров контура, например индуктивностью LX, необходимо, чтобы моменты смены знака ti и t2 удовлетвор ли следующей системе уравнений:

ci - 2 t2 + Т 0; Т -t2 + T2/2 0. )

Г

0 r/ U. J(9)

Решение этой системы относительно ti и t2 следующее

ti 0,25 T; t2 0,75 Т. Код на выходе первого блока посто н- 5 ной пам ти управл ет первым цифроанало- говым преобразователем так, что на интегратор в течение времени 0... 0,25 Т . поступает пр мой сигнал измерительного блока, в течение времени 0,25... 0,75 Т - 0 инвертированный и в течение 0,75...1Т - пр мой . При этом результат интегрировани  0,0625 Т3 S RO/ГИ 2 Lx

пропорционален величине -- и не зависит

Lx

5 от остальных параметров контура.

Аналогичным образом определ ютс  ti и ta дл  других параметров. Реша  систему уравнений

2 ti-2t2 + T 0;

2 - 2 t2/3 .+ Т3/3 0. f(10)

получим с точностью до восьмого знака ti 0,30901697 Т, t2 0,80901697 Т.

Дл  получени  положительного результата интегрировани  последовательность смены знаков следующа : -1 в интервале 0... ti; +1 в интервале ti... t2; -1 в интервале

12... Т.

При этом результат интегрировани  с точностью до восьмого знака

U|t-T : 5,9016975 Т2 SRo/tviRx пропорционален величине 1/Rx.

Решением системы уравнений . tf-t22+T2/2 0-1

2 ti/3 - 2 t23/3 + Т3/3 О )(11}

с точностью до восьмого знака ti 0.45442257 Т, tz 0,84053547 Т.

Результат интегрировани , получаемый на выходе интегратора, с точностью до восьмого знака, будет

Ult-т 2,2777424-10 -Т SRoCx/tV,, т.е, пропорционален емкости Сх.

Задание моментов смены знаков с точностью до восьмого знака обеспечивает преобразование параметров контура с относительной методической погрешностью ,.

Дл  преобразовани  параметров последовательного контура его необходимо включить в цепь отрицательной обратной св зи, а опорный резистор - на вход операционного усилител .

5

0

5

0

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает более высокую точность преобразовани , поскольку сокращено количество операций, выполн емых над выходным сигналом измерительного блока, устранены неустойчивые операции дифференцировани , привод щие к усилению шума. Интегрирование за врем  Т, кратное периоду гармонической помехи, позвол ет устранить ее вли ние на результат преобразовани . Степень снижени  случайной погрешности определ етс  соотношением времени интегрировани  Т и интервала коррел ции шума.

Формул а изобретени 

Claims (2)

1,Способ преобразовани  параметров колебательных контуров, заключающийс  в том, что воздействуют измерительным сигналом на измерительный блок и интегрируют его выходной сигнал, отличающийс  тем, что, с цел о ю повышени  точности преобразовани , осуществл ют интегрирование выходного сигнала измерительного блока со ступенчато измен ющимис  коэффициентами на заданном интервале времени .

2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что выходной сигнал измерительного блока интегрируют с переменными знаками на заданном интервале времени.

///