SU777599A1

SU777599A1 - Device for measuring parameters of dynamic object

Info

Publication number: SU777599A1
Application number: SU782656209A
Authority: SU
Inventors: Леонид Петрович Руссин; Олег Дмитриевич Чугунов; Дмитрий Алексеевич Решетников; Борис Федорович Комаров; Наталья Васильевна Шепель
Original assignee: Предприятие П/Я В-8058
Priority date: 1978-08-18
Filing date: 1978-08-18
Publication date: 1980-11-07

Description

Цель Достигаетс тем, что в устройство, содержащее генератор электрических колебаний , индикатор и регулируемый фазовращатель , механически св занный с лимбом дл отсчета фазового сдвига, введены второй регулируемый фазовращатель, блок мажоритарной логики, два инерционных блока, два блока выделени нервой гармоники , лимб дл отсчета двух величин посто нной времени, частоты и коэффициента усилени соответственно, эталонное фазосдвигающее звено, блок регулировки усилени , два инвертора, сумматор, блок выделени переменного сигнала, блок детектировани , блок сглаживани цульсаций и щесть коммутаторов, при этом генератор электрических колебаний подключен к одному из входов устройства, соединенного с входами эталонного фазосдвигающего звена и первого блока выделени первой гармоники , выход которого соединен с трем входами первого коммутатора, первый выход которого соединен с входом второго регулируемого фазовращател , механически св занного с лимбом дл отсчета величины частоты, второй выход упом нутого коммутатора соединен с входом первого регулируемого фазовращател , а третий выход коммутатора соединен с входом первого инерционного блока, механически св занного с первым лимбом дл отсчета величины посто нной времени, причем второй вход устройства через второй коммутатор соединен с одним из входов второго блока выделени первой гармоники, механически св занной через второй лимб дл отсчета величины посто нной времени с первым блоком выделени первой гармоники, а другой вход упом нутого блока через третий коммутатор подключен к выходу эталонного фазосдвигающего звена, при этом выход второго блока выделени первой гармоники через блок регулировки усилени , механически св занный с лимбом дл отсчета величины коэффициента усилени , подключен к первому входу четвертого коммутатора непосредственно, а через первый инвертор - к второму и третьему входам упом нутого коммутатора, четвертый, п тый и щестой входы которого соединены с выходами первого и второго фазовращателей и выходом первого инерционного блока соответственно, а первый и второй выходы упом нутого коммутатора подключены к первому входу сумматора, два других входа которого соединены с п тым и шестым выходами упом нутого коммутатора, его третий и четвертый выходы соединены с первым и вторым соответственно входами блока мажоритарной логики, третий вход которого через последовательно соединенные второй инерционный блок и второй инвертор соединен с выходом блока мажоритарной логики и с четвертым входом сумl/iaropa , выход которого соединен с двум Goal Achieved by the fact that a second adjustable phase shifter, a majority voting block, two inertial blocks, two harmonic nerve extraction units, and a counting bar are inserted into a device containing an electrical oscillator, an indicator and an adjustable phase shifter mechanically connected with a limb for counting the phase shift. two values of constant time, frequency and gain, respectively, the reference phase-shifting unit, the gain control unit, two inverters, an adder, a variable signal extraction unit, bl detection unit, a smoothing unit for fluctuations and switches; the oscillator is connected to one of the inputs of the device connected to the inputs of the reference phase-shifting link and the first block of the first harmonic, the output of which is connected to the three inputs of the first switch, the first output of which is connected to the input a second adjustable phase shifter mechanically connected with a limb for counting the magnitude of the frequency, the second output of said switch is connected to the input of the first adjustable phase the rotator and the third output of the switch is connected to the input of the first inertial unit mechanically connected to the first limb for counting the value of a constant time, the second input of the device through the second switch connected to one of the inputs of the second isolating unit of the first harmonic mechanically connected through the second limb for counting the value of the time constant with the first block of the first harmonic extraction, and the other input of the said block is connected via a third switch to the output of the reference phase-shifter, and the output in A first allocation unit of the first harmonic is connected to the first input of the fourth switch directly via the gain adjustment unit mechanically connected with a limb for counting the gain value, and the fourth, fifth and fifth inputs to the second and third inputs of the first switch which are connected to the outputs of the first and second phase shifters and the output of the first inertial unit, respectively, and the first and second outputs of the said switch are connected to the first input of the adder, two different Their inputs are connected to the fifth and sixth outputs of the switch, its third and fourth outputs are connected to the first and second inputs of the majority logic block, the third input of which is connected through the second inertial unit and the second inverter sequentially to the output of the majority logic block and the fourth input sum / iaropa, the output of which is connected to two

входами п того коммутатора, первый йь1ход которого через блок выделени переменного сигнала соединен с вторым выходом п того коммутатора и с двум входамиthe inputs of the fifth switch, whose first input is connected to the second output of the fifth switch and to two inputs

щестого коммутатора, первый выход которого через последовательно соединенные блок детектировани и блок сглаживани пульсаций подключен к одному из входов индикатора, соединенного упругим входомa smart switch, the first output of which is connected to one of the indicator inputs connected by an elastic input through a series-connected detecting unit and a pulsation smoothing unit

с вторым выходом щестого коммутатора.with the second output of the simple switch.

На чертеже представлена блок-схема устройства .The drawing shows the block diagram of the device.

На схеме изображены генератор электрических колебаний 1, первый блок выделени первой гармоники 2, первый коммутатор 3, первый инерционный блок 4, первый лимб дл отсчета величины посто нной времени 5, первый и второй фазовращатели 6 и 7, лимб дл отсчета величин частоты 8, The diagram shows the electric oscillator 1, the first block separating the first harmonic 2, the first switch 3, the first inertial block 4, the first dial to read the value of a constant time 5, the first and second phase shifters 6 and 7, the dial to read the values of frequency 8,

лимб дл отсчета фазового сдвига 9, динамический объект LO, второй коммутатор 11, второй блок выделени первой гармоники 12, третий коммутатор 13, эталонное фазосдвигающее звено 14, блок регулировкиphase shift knob 9, dynamic LO object, second switch 11, second harmonic extraction unit 12, third switch 13, reference phase shifter 14, adjustment unit

усилени 15, лимб дл отсчета величины коэффициента усилени 16, сумматор 17, четвертый коммутатор 18, первый инвертор 19, блок мажоритарной логики 20, второй инерционный блок 21, второй инвертор 22,gain 15, a limb for counting the magnitude of the gain 16, an adder 17, a fourth switch 18, a first inverter 19, a majority logic block 20, a second inertial block 21, a second inverter 22,

п тый и щестой коммутаторы 23 и 24, индикатор 25, блок выделени переменного сигнала 26, блок детектировани 27 и блок сглаживани пульсаций 28, второй лимб дл отсчета величины посто нной времени 29.fifth and sixth switches 23 and 24, an indicator 25, an alternating signal extraction unit 26, a detection unit 27 and a pulsation smoothing unit 28, a second limb for counting the time constant value 29.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

При измерении фазового сдвига сигналов на входе и выходе динамического объектаWhen measuring the phase shift of the signals at the input and output of a dynamic object

10 сигнал с генератора электрических колебаний 1 поступает на вход А, а снимаетс сигнал с входа Б. Первый коммутатор 3 находитс в положении«б, а четвертый коммутатор 18 - в положени х «в и «г.10, the signal from the electrical oscillator 1 is fed to input A, and the signal is removed from input B. The first switch 3 is in the "b" position, and the fourth switch 18 is in the "c" and "g

При этом лимб 9, с которым механически св зан фазовращатель 6, выведен на нуль. Сигнал с динамического объекта 10 через второй коммутатор 11, второй блок выделени первой гармоники 12, блок регулировкиHere, limb 9, with which the phase shifter 6 is mechanically coupled, is brought to zero. The signal from the dynamic object 10 through the second switch 11, the second block selection of the first harmonic 12, the adjustment block

усилени 15 и инвертор 19 поступает наgain 15 and inverter 19 is fed to

один вход блока мажоритарной логики 20,one input block of the majority logic 20,

а сигнал с фазовращател 6-на другой.and the signal from the phase shifter 6 to another.

На третий вход блока мажоритарной логики 20 поступает сигнал с выхода второгоThe third input of the majority logic block 20 receives a signal from the output of the second

инерционного блока 21, вход которого св зан через второй инвертор 22 с выходом блока мажоритарной логики 20 цепью положительной обратной св зи.an inertial unit 21, whose input is connected via the second inverter 22 to the output of the majority logic unit 20 by a positive feedback circuit.

Свойство блока мажоритарной логики 20Property block of majority logic 20

таково, что в каждый момент времени он сравнивает три поступающих на вход сигнала и формирует на выходе блока сигнал, который вл етс средним в данный момент времени. Логическа операци , осуществл ема блоком мажоритарной логики 20 дл трех входов, может быть записана в виде: макс мин (), мин (,), мин () где АГь Х2, Хз - сигналы на входе блока мажоритарной логики 20; Хвых - сигнал на выходе этого блока. Поэтому в случае, когда фазовый сдвиг динамического объекта 10 не равен фазовому сдвигу фазовращател б, выходной сигнал с блока мажоритарной логики 20 будет отличен от нул . Этот сигнал поступит на 15 второй вход сумматора 17, а далее на индикатор 25. Если сигнал с генератора элек трических колебаний 1 имеет низкую частоту , т. е. амплитуда колебани стрелки индикатора 25 достаточна дл на- 20 блюдени и если в сигнале с динамического объекта 10 отсутствует посто нна составл юща , тогда сумматор 17 соединен с индикатором 25 непосредственно; при этом н тый и шестой коммзтаторы 23 и 24 нахо-25 д тс в положении «5. При этом стрелка индикатора 25 будет совершать колебани относительно нулевого иоложени . По мере уменьшени фазового сдвигаЗО между сигналами с динамического объекта 10 и фазовращател 6 посредством увеличени фазового сдвига фазовращател б, которое осуществл етс с помощью лимба 9, уменьшаетс и амплит гда колебаний35 стрелки индикатора 25. Лимбом 9 устанавливают такое значение фазового сдвига, при котором стрелка индикатора 25 имеет амплитуду колебаний, близкую к нулю. Это говорит о равенстве фаз указанных сигна-40 лов. При этом фазовый сдвиг, считываемый с лимба 9, будет равен фазовому сдвигу сигнала на выходе динамического объекта 10. В случае, когда сигнал с генератора45 электрических колебаиий 1 имеет высокую частоту колебаний, т. е. стрелка индикатора 25 практически не отклон етс , необходимо щестой коммутатор 24 перевести в положение «а. При этом блок детектиро-50 вани 27 и блок сглаживани иульсаций 28 обеспечат формирование посто нного сигнала , пропорционального амплитуде сигнала на выходе сумматора 17. Стрелка индикатора при этом не будет55 совершать колебаний, а будет отклон тьс на посто нную величину, которую посредством фазовращател 6 уменьщают до нул Далее фазовый сдвиг динамического объ-60 екта 10 определ етс аналогично режиму измерений на низких частотах. В случае наличи в измер емом сигнале посто нных составл ющих п тый коммутатор 23 необходимоустановить в положении65 5 10 «а, что обеспечит выделение переменной составл ющей посредством блока выделени неременного сигнала 26. После измерени фазового сдвига фазовращатель бостаетс в положении минимального отклонени стрелки, и производ т измерение отношени амплитуд сигналов на выходе и входе динамического объекта 10. Дл этого необходимо первый коммутатор 3 оставить в том же положении, что и при измерении фазовых сдвигов, а четвертый коммутатор 18 перевести в положение «б и «г. При этом лимб 16, который механически св зан с блоком регулировки усилени 15, первоначально выведен на нуль. Далее измерение отношени амплитуд на выходе и входе динамического объекта 10 производ т аналогично измерению фазового сдвига, т. е. с помощью индикатора 25 фиксируют сигнал с выхода динамического объекта 10, а затем подбирают с помощью лимба 16 такое значение коэффициента усилени , при котором стрелка индикатора возвращаетс к нулю. В этом случае величипа коэффициеита усилени , считываема с лимба 16, равна отношению амплитуд на выходе и входе динамического объекта 10. Если сигналы с выхода динамического объекта 10 имеют нелинейную форму, необходимо с помощью лимба 29, механически св занного с блоками выделени первой гармоники 2 и 12, устаиовить в соответствии с частотой надлежащее значение посто ииой времени, котора обеспечивает выделение первой гармоники. Так как.носто нные времени измен ютс одинаково, как по первому, так и по второму блоку выделени первой гармоники 2 и 12, соответственно , то введение этих блоков в канал измерени не требует дополнительных пересчетов параметров динамического объекта 10. При измерении частоты первый коммутатор 3 перевод т в положение «а, а четвертый коммутатор 18 - в положени «в и «5. Посредством третьего коммутатора 13 замыкают цепь между выходом эталонного фазосдвигающего звена 14 и вторым входом блока выделени первой гармоники 12, а посредством второго коммутатора 11 размыкают цепь между выходом динамического объекта 10 и первым входом блока выделени первой гармоники II. Далее измерение частоты производ т аналогично измерению фазового сдвига, но вместо фазовращател 6 используют фазовращатель 7, с которым механически св зан лимб 8, проградуированный в величинах частоты, Так как фазовый сдвиг фазовращател 7 зависит от частоты и посто нной времени Г, а эталонное фазосдвигающее звено 14 имеет, в нашем примере, посто нный фазовый сдвиг 90° на всех частотах, то дл каждой измер емой частоты имеетс вполне определенна посто нна времени фазовращател 7, при которой фазовый сдвигis such that at each time instant it compares three incoming signals and generates a signal at the output of the block that is average at that time. The logical operation performed by the block of the majority logic 20 for three inputs can be written as: max min (), min (,), min () where AGy X2, Xs are the signals at the input of the majority logic block 20; Hwyh - the signal at the output of this unit. Therefore, in the case where the phase shift of the dynamic object 10 is not equal to the phase shift of the phase rotator b, the output signal from the majority logic block 20 will be different from zero. This signal will go to the 15th second input of the adder 17, and then to the indicator 25. If the signal from the generator of electrical oscillations 1 has a low frequency, i.e., the oscillation amplitude of the indicator of indicator 25 is sufficient to observe and if the signal from the dynamic object 10 there is no constant component, then the adder 17 is connected to the indicator 25 directly; at the same time, the new and sixth commutators 23 and 24 are 25 dts in the “5. At the same time, the indicator arrow 25 will oscillate with respect to the zero position. As the phase shift decreases, the signals from the dynamic object 10 and the phase shifter 6 decrease by increasing the phase shift of the phase rotator b, which is done using dial 9, and the oscillation amplitude 35 of the indicator 25 decreases. Limb 9 sets the value of the phase shift where the indicator arrow 25 has an oscillation amplitude close to zero. This indicates the equality of the phases of the signal-40 LOV. In this case, the phase shift read from limb 9 will be equal to the phase shift of the signal at the output of the dynamic object 10. In the case where the signal from the oscillator 45 of the electric oscillations 1 has a high oscillation frequency, i.e. the indicator arrow 25 practically does not deviate, it is necessary switch 24 to translate into position "a. In this case, the detecting unit 50 and the smoothing pulsation unit 28 will ensure the formation of a constant signal proportional to the amplitude of the signal at the output of the adder 17. In this case, the indicator arrow will not oscillate, but will deflect by a constant value by means of the phase shifter 6 To zero Next, the phase shift of the dynamic object 60 of the 10 is determined similarly to the mode of measurements at low frequencies. In the case of a constant component in the measured signal, the fifth switch 23 must be set to position 65 5 10 "a, which will ensure the selection of the variable component by means of a time signal extractor 26. After measuring the phase shift, the phase shifter is at the minimum deviation of the arrow, and t is the measurement of the ratio of the amplitudes of the signals at the output and input of the dynamic object 10. To do this, you must leave the first switch 3 in the same position as when measuring phase shifts, and the fourth mutator 18 into position "b and" Mr. In so doing, limb 16, which is mechanically connected to the gain control unit 15, is initially brought to zero. Next, the amplitude ratio at the output and input of the dynamic object 10 is measured similarly to measuring the phase shift, i.e., using the indicator 25, the signal from the output of the dynamic object 10 is fixed, and then the gain is selected using the limb 16, at which the indicator arrow returns to zero. In this case, the magnitude of the gain coefficient read from limb 16 is equal to the ratio of the amplitudes at the output and input of the dynamic object 10. If the signals from the output of the dynamic object 10 have a non-linear shape, it is necessary with the help of limb 29 mechanically connected to the first harmonic selection blocks 2 and 12, according to the frequency, set the proper value of the constant time, which ensures the selection of the first harmonic. Since the time tones vary in the same way, both in the first and second selection blocks of the first harmonics 2 and 12, respectively, the introduction of these blocks into the measurement channel does not require additional recalculations of the parameters of the dynamic object 10. When measuring the frequency, the first switch 3 set to position "a, and fourth switch 18 to position" a and 5. The third switch 13 closes the circuit between the output of the reference phase-shifter 14 and the second input of the first harmonic extraction unit 12, and the second switch 11 opens the circuit between the output of the dynamic object 10 and the first input of the first harmonic selection unit II. Next, the frequency is measured in the same way as measuring the phase shift, but instead of phase shifter 6, phase shifter 7 is used, with which limb 8 is mechanically connected, graduated in frequency values, since the phase shift of phase shifter 7 depends on the frequency and time constant G, and the reference phase-shifter 14 has, in our example, a constant phase shift of 90 ° at all frequencies, then for each measured frequency there is a well-defined time constant of the phase shifter 7, at which the phase shift

равен 90°. частотой и посто нной времени фазовращател 7 существует онределенна зависнмость при фазовом сдвигеequal to 90 °. the frequency and time constant of the phase shifter 7 there is a definite dependence on the phase shift

90°, а нменно . Поэтому уравниванием фазовых сдвигов фазовращател 7 и эталонного фазосдвигающего звена 14 мы определ ем частоту колебаний, которую считываем с лимба 8.90 °, and nmenno. Therefore, by equalizing the phase shifts of the phase shifter 7 and the reference phase-shifting link 14, we determine the oscillation frequency, which is read from limb 8.

При измеренни быстродействи , динамического объекта 10 на вход блока выделени первой гармоники 2 и вход динамического объекта 10 подают периодический сигнал пр моугольной формы с выхода генератора электрических колебаний 1. Первый коммутатор 3 переключают в полол ение «8, а четвертый коммутатор 18 - в положение «б и «е. При этом второй коммутатор 11 замкнут, а третий коммутатор 13 разомкнут, п тый и щестой коммутаторы 23 н 24 наход тс в положении «а. Лимб 5, механически св занный с инерционным блоком 4, введен на нуль. Мен ем посто нную времени инерционного блока 4 с помощью лимба 5 до тех пор, пока сигнал с выхода индикатора 25 не станет равным минимальному значению, т. е. пока стрелка индикатора не возвратитс к нулю.When measuring the speed of the dynamic object 10, the input of the first harmonic selection unit 2 and the input of the dynamic object 10 give a periodic square-shaped signal from the output of the electrical oscillator 1. The first switch 3 is switched to the polarization "8, and the fourth switch 18 is in the position" b and "e. In this case, the second switch 11 is closed, and the third switch 13 is open, the fifth and sixth switches 23 and 24 are in the "a. Limb 5, mechanically connected to the inertia unit 4, is inserted to zero. We change the time constant of the inertial unit 4 using dial 5 until the signal from the output of indicator 25 becomes equal to the minimum value, i.e., until the indicator arrow returns to zero.

При этом внутреннее значение посто нной времени инерционного блока 4, считываемой с лимба 5, равно быстродействию динамического объекта 10, т. е. времени переходного процесса в секундах.In this case, the internal value of the constant time of the inertial unit 4, read from limb 5, is equal to the speed of the dynamic object 10, i.e., the transient process time in seconds.

В данном устройстве точность индикации и измерение фазовых сдвигов и частот ,ы не завис т от формы и амплитуды сигналов , что позвол ет примен ть его дл исследовани линейных и нелинейных объектов , подверженных действию большого уровн щумов.In this device, the accuracy of indication and measurement of phase shifts and frequencies are not dependent on the shape and amplitude of the signals, which allows it to be used to study linear and nonlinear objects exposed to a high level of noise.

Кроме того, наличие инерционной положительной обратной св зи блока мажоритарной логики 20 через инерционное звено 21 и инвертор 22 с единичным коэффициентом усилени позвол ет повысить точность и чувствительность устройства в присутствии больших посто нных составл ющих посредством запоминани сигнала на выходе блока мажоритарной логики 20 в течение каждого нолупериода, позвол ет проводить динамический анализ источников тока , а также ускор ет процесс измерени .In addition, the presence of inertial positive feedback of the majority logic block 20 through the inertial link 21 and the unit-gain inverter 22 allows to increase the accuracy and sensitivity of the device in the presence of large constant components by storing the signal at the output of the majority logic block 20 for each This allows for dynamic analysis of current sources as well as speeding up the measurement process.

Claims

Invention Formula

A device for measuring parameters of a dynamic object, comprising an electrical oscillator, an indicator, and a first regulator. a phase shifter mechanically coupled with a limb for counting the phase shift, characterized in that, in order to improve accuracy, reduce time and simplify measurements, a second adjustable phase shifter, a majority logic unit, is introduced into the Negro

inertial units, two first-harmonic separation units, five limbs for counting two constant time values, a phase shift frequency and a gain factor, respectively, a reference phase-shifter, a gain control unit, two inverters, an adder, an alternating signal extraction unit, a detection unit, a unit smoothing the ripple and six switches, while the oscillator is connected to one of the inputs of the device connected to the inputs of the reference phase-shifting link and the first allocation unit p first harmonic,

the output of which is connected to the three inputs of the first switch, the first output of which is connected to the input of the second adjustable phase shifter mechanically connected to the limb for counting the magnitude of frequency, the second output of the said switch is connected to the input of the first adjustable phase shifter, and the third output of the switch is connected to the input of the first inertial block mechanically connected with the first

a limb for counting the value of the time constant, the second input of the device through the second switch is connected to one of the inputs of the second separation unit of the first harmonic, mechanically connected through

the second limb for counting the time constant values with the first separation unit of the first harmonic, and the other input of the said unit via the third switch connected to the output of the reference phase-shifting unit, while the output of the second separation unit of the first harmonic through the power adjustment unit mechanically connected with the limb for counting the values of the gain, it is connected to the first input of the fourth switch directly, and through the first inverter to the second and third inputs of the switch, the fourth, fifth and fifth second inputs connected to the outputs of the first and second

adjustable phase shifters and with the output of the first inertial unit, respectively, and the first and second outputs of said switch are connected to the first input of the adder, the other two inputs of which are connected to the fifth and sixth outputs of said switch, and its third and fourth outputs are connected to the first and second the second, respectively, the inputs of the majority logic block, the third input of which

through the second inertial unit and the second inverter connected in series to the output of the majority logic unit and to the fourth input of the adder, the output of which is connected to two inputs.

the fifth switch, the first output of which is connected to the second output of the fifth switch through the block of selection of the alternating signal and to the two inputs of the scaffold K.OJ.MyTa opa, the first output of which through

serially connected detection unit and pulsation smoothing unit are connected to one of the inputs of the indicator connected by another input to the second output of the sixth switch.

./5m

J -5x5

rv.