Способ преобразования параметров колебательных контуров

(51)5 6 01 К 27 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТВУ кий институтшин раме чающ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВМЕТРОВ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ(57) Изобретение относитсяизмерительной технике и и СССР968.979.СССР972.АНИЯ ПАРАКОНТУРОВк контрольноредназначен Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для измерения параметров параллельных и последовательных контуров.Известен способ измерения параметров нерезонансных пассивных трехзлементных двухполюсников, заключающийся в преобразовании параметров двухполюсника в активную величину и последовательном осуществлении двух состояний кваэиравновесия путем изменения частоты питающего . напряжения и последующем умножении и делении промежуточных величин,Однако данный способ обладает низким быстродействием и сложностью, что связано с необходимостью осуществления двух состояний квазиравновесия.Известен также способ измерения патров колебательных контуров, заклюийся в воздействии на измерительный для измерения параметров последовательных и параллельных колебательных контуров. Цель изобретения - . повышение точности преобразования путем уменьшения количества операций над выходным сигналом измерительного блока и устранения дифференцирования и двойного дифференцирования. Способ состоит в воздействии на измерительный блок сигналом и интегрировании его выходного сигнала со ступенчато-изменяющимися коэффициентами на заданном интервале времени, Выходной сигнал измерительного блока можно интегрировать с переменными знаками на заданном интервале времени. 1 э и. ф-лы, 1 табл., 2 ил,блок одновременно ступенчатым, линейно изменяющимся и параболическим напряжениями с определенными весовыми коэффициентами, причем значения весовых коэффициентов устанавливают перед измерением каждого из параметров, а значение измеряемого параметра определяют по мгновенным значениям выходной реакции измерительного блока в выбранный момент времени.Недостатками данного способа являются низкая точность, обусловленная необходимостью измерения мгновенных значений, и низкое быстродействие, связанное с необходимостью изменения коэффициентов при измерении различных параметров,Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ инвариантного преобразования параметров двухполюсных электрических цепей, осно 172153910 30 вале времени 35 40 ванный на подаче на измерительный блок ступенчатого напряжения и последующей обработке выходного сигнала измеритель.- ного блока выполнением последовательных операций дифференцирования, интегрирования и вычитания выходного сигнала.Недостатком известного способа является низкая точность. Обусловлено это тем, что над выходным сигналом измерительного блока выполняется большое количество аналоговых операций, Дифференцирование и двойное дифференцирование являются неустойчивыми операциями. При их осуществлении выделяются высокочастотные шумовые составляющие, которых могло даже не быть в спектре входного сигнала(шумы операционных усилителей). Это приводит к увеличению случайной погрешности преобразования,Целью изобретения является повыше ние точности преобразования.Поставленая цель достигается тем, что по способу преобразования параметров колебательных контуров, заключающемуся в воздействии опорным сигналом на измерительный блок и интегрировании его выходного сигнала, интегрирование осуществляется со ступенчато изменяющимися коэффициентами на заданном интерКроме того, выходной сигнал измерительного блока интегрируют с переменными знаками на заданном интервале времени. Преобразование параметров колебательного контура осуществляется следующим образом.На вход измерительного блока, состоящего из определенным образом включенных исследуемого колебательного контура, операционного усилителя и опорного элемента, подают опорный сигнал, например линейно изменяющееся напряжение. Выходное напряжение измерительного блока интегрируют на определенном интервале времени, При этом интегрирование осуществляется с коэффициентами, значения которых ступенчато изменяются во время интегрирования, или интегрирование происходит с изменением знака. Момент изменения знака юли коэффициентов и их значения задаются такими, что результат интегрирования пропорционален только одному параметру колебательного контура,На фиг, 1- представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,Устройство содержит формировательлинейно изменяющегося напряжения, измерительный блок, счетчик, генератор импульсов, четыре блока постоянной памяти,три цифроаналоговых преобразователя итри интегратора,Выход формирователя линейно изменяющегося напряжения подключен к измерительному блоку, а вход формирователясоединен с вторым выходом четвертого блока постоянной памяти. Генератор импульсов подключен к входу счетчика, выходыкоторого соединены с входами блоков постоянной памяти, Выходы первого, второгои третьего блоков постоянной памяти соединены с цифровыми входами первого, второго и третьего цифроаналоговыхпреобразователей соответственно. Выходыцифроаналоговых преобразователей соединены с первыми входами интеграторов, вторые и третьи входы которых обьединены иподключены соответственно к первому ивторому выходам четвертого блока памяти, .Устройство позволяет преобразовыватьв напряжение параметры параллельных ипоследовательных трех- и двухэлементныхконтуров.Устройство работает следующим образом.Под воздействием тактовых импульсов,поступающих с генератора импульсов, счетчик изменяет свое состояние. Выходной кодсчетчика является адресным для блоков постоянной памяти. Блок постоянной памятизапрограммирован так, что под воздействием изменяющегося кода адреса на его двухвыходах формируются управляющие сигналы. Причем сигнал с второго выхода 03 а,фиг.2) задает время интегрирования Т, а сигнал с первого выхода (Оь, фиг, 2) обнуляетинтеграторы перед каждым новым цикломинтегрирования. По сигналу с второго выхода блока постоянной памяти интеграторыпереходят в режим интегрирования, а формирователем вырабатывается линейно измен я ющееся нап ряжен ие Ос, ф и г. 2),реакция на которое измерительного блокаимеет вид (О, фиг. 2)Од 1)=ЯВоС+Яйт/В+Я й Р/23, (1)где 5- скорость изменения входного напряжения;., С, Я - параметры колебательного контура;Яо - значение опорного сопротивления,Выходной сигнал измерительного блока поступает на входы цифроаналоговыхпреобразователей, которыми в соответствии с программами, хранящимися в блокахпостоянной памяти, осуществляется масштабное преобразование сигнала, причемзначение коэффициента преобразования иего знак изменяются несколько раз за один(6) цикл измерения. Выходные напряжения интеграторов имеют вид11 12О = К 1 Х Од(т) от+ Кг Оа(1) бт,1 о 11511+ К 1 ( Од(т) бт, (2)Ц - 1где К 1 - . коэффициенты преобразования, соответствующие значениям кода на входах ЦАП;10О - моменты изменения коэффициенПодставляя (1) в (2), получим О = - , Я Во(С(К 1 (т 1-то)+1 + К 2 (12 - т 1) + . + К 1 ( - -1 +1 2 2 2 + - ГК 1(С 1 Ь)/2+ Кг (12 - Ц 1)/2+у а 1 э"э ээИз последнего выражения следует, что . для того, чтобы выходное напряжение было пропорционально только одному параметру, например емкости С, необходимо выпол. нение условий К 1(г 1; 1 о)/2+ Кг (12 - т 1)/2++ + К(11 - -1)/2 = О. К 1(О - то)/6+ Кг (12 - т 1)/б+ + + К (11 - -1)/б = О. (4) 30Для того, чтобы выходное напряжение было пропорционально сопротивлению В, необходимо К 1(д 1 - то)+ Кг(тг - 11)+ , + + К)( - -1) =0; 35зэ К 1(т 1- 1 о)/б+ К 2 (12 - 11)/б+ ++ К (О - 1)/2 = О. Выполнение данных условий достигается выбором соответствующих значений К и 45 , Например, задавшись тремя значениями К 1 и интеРвалом интегРиРованиЯ Ти, Равным 60 счетным тактам счетчика, получим следующие возможные значения К и (таблица).После окончания интегрирования через 50 время Ти напряжения на выходах интеграторов будут соответствовать значениям, приведенным в таблице. При возвращении сигнала с второго выхода четвертого блока постоянной памяти в исходное состояние интеграторы переводятся в режим хранения. В этот момент возможно считывание информации о параметрах исследуемого контура, На этом один цикл измерения заканчивается, Перед началом следующего цикла сигналом с первого выхода четвертого блока постоянной памяти интеграторы обнуля ются.При осуществлении преобразования с изменением знаков интегрирования в соответствующие моменты времени, определяемые состоянием счетчика, блоками постоянной памяти формируется одно из двух значений кода, который задает коэффициенты преобразования для цифроаналоговых преобразователей+1 или - 1.Моменты смены знака определяются следующим образом.Выходные напряжения интеграторов будут иметь вид11 тО(1) +Х Од(1) й+3 Од(1) й+ О(1) Д 1о тгили для определенности11 12О (1) = ) Од (1) й - ) О,1 (1) С 11+о 11 т+ (2 Т/3 - 2 12/3 + Т /3)/2 3 х)/и, (8) где ти - постоянная интегрирования.Для того, чтобы выходное напряжение первого интегратора после окончания интегрирования через время Т определялось одним из параметров контура, например индуктивностью Ь, необходимо, чтобы моменты смены знака т 1 и 12 удовлетворяли следующей системе уравнений:211 - 2 12+ Т= 0;11 - 12+ Т /2 = О.(9) Решение этой системы относительно 11 и 12 следующеет 1 = 0,25 Т; (2 = 0,75 Т,Код на выходе первого блока постоянной памяти управляет первым цифроаналоговым преобразователем так, что на интегратор в течение времени 0.0,25 Т поступает прямой сигнал измерительного блока, в течение времени 0,25 . 0,75 Т - инвертированный и в течение 0,75 .1 Т - прямой, При этом результат интегрированияОг-т= 0,0625 Т - Яо/Ти 2 х1пропорционален величине - и не зависит1 хот остальных параметров контура.Аналогичным образом определяются т 1 и 12 для других параметров. Решая систему уравнений211 - 212+Т=О211/3 - 2 12/3+ Т /3 =- О. (10)получим с точностью до восьмого знака 11 == 0,30901697 Т, 12 = 0,80901697 Т.Для получения положительного результата интегрирования последовательностьсмены знаков следующая: -1 в интервалеО 11: +1 в интервале т 1. т 2: -1 в интервале1 г. Т.При этом результат интегрирования сточностью до восьмого знакаО-т = 5,9016975 10Т Я йо/ти Йхпропорционален величине 1/Йх,Решением системы уравненийтг Т/22 О/3 - 2 Ы 3 + Т /3 -- 0 (11)с точностью до восьмого знака 11= 0,45442257 Т, т 2 = 0,84053547 Т.Результат интегрирования. получаемыйна выходе интегратора, .с точностью до восьмого знака, будет0-т 2,277742410 Т 5 йо Схйи,т,е, пропорционален емкости СхЗадание моментов смены знаков с точностью до восьмого знака обеспечиваетпреобразование параметров контура с относительной методической погрешностьюд 85 10 ДДля преобразования параметров последовательного контура его необходимо включить в цепь отрицательной обратной связи,а опорный резистор - на вход операционного усилителя,Предлагаемый способ по сравнению спрототипом обеспечивает более высокуюточность преобразования, поскольку сокращено количество операций, выполняемых5 над выходным сигналом измерительногоблока, устранены неустойчивые операциидифференцирования, приводящие к усилению шума. Интегрирование за время Т,кратное периоду гармонической помехи, по 10 зволяет устранить ее влияние на результатпреобразования. Степень снижения случай-.ной погрешности определяется соотношением времени интегрирования Т иинтервала корреляции шума.15 Формула изобретения1, Способ преобразования параметровколебательных контуров, заключающийся втом, что воздействуют измерительным сигналом на измерительный блок и интегриру 20 ют его выходной сигнал, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с це,", ю повышения точности преобразования, осуществляют интегрирова.ние выходного сигнала измерительногоблока со ступенчато изменяющимися коэф.25 Фициентами на заданном интервале времени,2. Способ по и. 1, отл и ч а ю щи йс ятем, что выходной сигнал измерительногоблока интегрируют с переменными знаками30 на заданном интервале времени.1721539 И 2. Р оставитЕль А,Лебедевехред М.Моргентал рректор И.Мус Редактор Л,Гратилл Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ ССС5, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 акаэ 950 Тираж ВН КИПИ.Государственного комитета 113035, Москва, Ж