Интегрирующий преобразователь сигналов датчиков переменного тока в код

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик 1 1 764121Н 03 К 13/02 с присоединением заявки Рй Гооударстввнный комнтет(23) Приоритет Опубликовано 15,09.80. Бюллетень,% 34Дата опубликования описания 15.09.80 по делам нзооретеннй н открытий(54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ДАТЧИКОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В КОД Изобретение относится к области техникианалого-цифрового преобразования и может,быть применено в измерительно-информацион.ных системах и системах регулирования, включающих цифровые регуляторы или управляющиеЦВМ, при использовании датчиков переменноготока.Известны преобразователи аналоговых сигна.лов в цифровые сигналы, в которых сигналдатчика переменного тока детектируется (вы 10прямляется) входным выпрямительным каска.дом и, не подвергаясь сглаживанию, поступаетна интегратор,: а сформированное за полупериод сигнала напряжение иа интеграторе преобразуется в код (13Недостатком таких устройств я вляется то,что при возбуждении датчиков напряжениемот питающей сети частота помехи от сетевыхтоков есть частота входного сигнала преобразователя, Поэтому искажение интеграла вход.ного сигнала сетевой помехой, равное интегра.лу ее напряжения эа время интегрирования, мак.симально равно интегралу однополярной полуволны помехи.,При питании датчиков частотой, не связан. ной каким-либо образом с частотой питающей сети, также имеет место сложение напряжений сигнала и помехи на входе входного выпрямительного каскада, вызывающее искажение ин. теграла преобразуемого сигнала.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является интегрирующии преобразователь сигналов датчиков переменного тока в код, содержащий последовательно соединенные датчик переменного тока, выпрямитель, аналого- цифровой преобразователь с предвари. тельным интегрированием входного сигнала 121.Однако такой преобразователь имеет недостаточную точность измерения.Целью изобретения является увеличение точности измерения за счет подавления влияния сетевой помехи на величину интеграла напряжения, преобразуемого в код.Цель достигается тем, что в интегрирующий преобразователь сигналов датчиков переменно. го тока в код, содержащий последовательно соединенные датчик переменного тока, выпря митель, аналого. цифровой преобразователь с76412предварительным интегрированием входногосигнала (например, схемой двухтактного интегрирования), введены блок деления частоты начетное число и блок формирования усиления,причем вход датчика переменного тока через5последовательно соединенные блок формирования усиления и блок деления частоты цачетное число соединен с шиной питающей сети.На фиг. 1 изображена структурная электри.ческая схема предлагаемого устройства; нафиг. 2 и 3 изображен входной выпрямительс эпюрами входных и выходных сигналов,Варианты; на фиг, 4 - временные диаграммыОМЩснапряжения сигналов на входе входного демодулнрующего выпрямителя,15Интегрирующий преобразователь сигналов датчиков переменного тока В код содержит датчик1 переменного тока, входной выпрямитель 2,аналого.цифровой преобразователь 3 с предвари.тельным интегрированием входного сигнала, блок4 деления частоты на четное число, блок э фор.мцрования усиления, шины 6 помехосоздаюшейпитающей сети.Выпрямитель 2 содержит аналоговой ключ 7(фцг. 2), операционный усилитель 8 (фиг. 2 и 3),5образующий совместно с диодом 9 детектор.Входной каскад формирует на выход информационный сигнал 10 и синхронизирующий сигнал11 иэ напряжения на входе.На фиг, 4 кривая 12 - напряжение сигналадатчика прц питании с частотой, сформированной делением на два (т.е. На одно из четныхчисел) частоты сети; кривая 13 - напряжениесетевой помехи, кривая 14 - суммарное напряжение на Выходе из линии сВязи к, Входномукаскаду. 1 моцс1Уа- умам 12 п относительная ошибка формирования интеграла при по.мехе 2 п-ой гармоники (мак.симальное значение);относительная ошибка формирования интеграла при помехе первой гармоники т.е,при питании датчика с частотой сети, при том же соотношении амплитуд помехи исигнала (максимальное значение) . 10 сФ 01Уг Яд г 1 Ощи 1 Ж1о(3) Работа схемы заключается в следующем.По синхронизирующему сигналу 11 с выходаВходного выпрямителя 2 устройство управле. ция В аналого-цифровом преобразователе 3 различает такты интегрирования и такты преобразовация сформированного интеграла в код.В такте интегрирования строго синхронно син. хронизирующему сигналу на вход интегратора в преобразователе 3 поступает полуволна выпрямленного напряжения датчика. В такте преобразования сформированное в интеграторе по. стояцное напряжение преобразуется в код одним из известных методов, причем опорное напряжение аналого. цифрового преобразователя формируется пропорциональным периоду питания датчика (периоду поступления синхроимпульсов). К началу следующего цикла преобразования интегратор разряжается.Рассмотрим процесс подавления сетевой по. мехи в данном устройстве.Напряжение помехи составляет 2 п-ую четную гармонику ( и - целое число, и - 1) по отно 1 фшению к напряжению выходного сипала дат.чика,Коэффициент эффективности схемы где О (т)-суммарное напряжение сигнала датчика и помехи навыходе входного каскада;х- амплитуда синусоидальцогосигнала датчика на входеинтегратора;ф, й - фазовые точки перехода через ноль суммарного напря.жения по отношению к точке перехода через ноль си.нусоидального сигнала датчика.Величина б, представляет собой периодическую функцию угла сдвига помехи гармоники относительно синусоиды сигнала, она равна ну. лю при углах сдвига +Ъ и максимальна цри2сдвиге О; я. где О - амплитуда напряжения помехи; - отношение амплитуд сигнала и по. мехи. Величина Ь представляет собой периодичес.акую функцию угла у - начальной фазы помехи при нулевой фазе сигнала датчика. цПри 2 п-ой гармоники и отношении2 п,ц начальной фазе р = О; +г напряжение сигнала в любой точке временной оси больше напряжения помехи (по абсолютной величине), интер. вал интегрирования равен я (а, = О,. аг = я) и искажение интеграла сигнала равно нулю. При изменении у от О до + я значение бдп сначала возрастает, достигает максимума при р=+764121 и затем убываег до 0 пуи р = +и. Поэтомуфчленц фв уравнении (2) необ. ходимо определять при р = +Рассмотрим эффективность подавления сетевой помехи на примере подавления второй гар. моники, Этому случаю соответствуют временные диаграммы фиг. 4. Точки нулевого значения суммарного напряжения О(т) определяет фазы начала и конца процесса интегрирования в одном цикле преобразования.Качественно та же картина имеет место при помехе, представляющей другую четную гармонику в области малых а, заменяя в)па на а, получают а" 1/5 1 1 мак моюра;. = /2 1 О 2,5 0,5 0,19110 0,494 10 5,2 0,5 0,2 10,1 20,2 0,1 10 0,12510 40 0;5 10 0,210 20 50 0,2 ф 100,5100,125 п 10 50 10 100 200 100 0,5 10 400 200 Вследствие того, что а убывает при увеличении у, б убывает быстрее, чем простоь 1 дксобратная функция у, т,е. подавление помехи.происходит более быстрым темпом, чем уменьшение ее относительной амплитуды, Функцияр представляет собой нарастающую функцию уп.а4 О т.е. эффективность подавления, определеннаяпо отношению (.1), непостоянна и увеличивает.ся по мере увеличения г.(5) Особенно наглядно видет характер эависимос.ф 5 .ти 6 и р от 7 при малых значениях а,ьаой.йаПри этом из уравнения (5), учитывая чтоЛ.впа а; сова 1получают а- ;50 23р 27 где а =а,О (т) = О восеет + Овп(2 гзт + р); (4) О впа ч Ов 3 п(2 а -: р) = 0Из уравнения (5) с учетом у = +- полу=-Т чаютви а -- впа -- = 0Ъ2 2,(6)Из выражения (6)папа пг = 025(у - /7 8 )Гр: +чГАналогично из уравнения (5) для у =пропп п = 0,25 ( - у ++ 8 11ФВ интервале а, -+ а значение О(т) не ме. няет знака, т.е, в этом интервале нелинейный элемент - входной выпрямитель 2 ведет себя как линейный, поэтому применяют принцип суперяозиции и а 2 для ра1/Д Ф 5сова - 1 гвп 2 аЬ 6Время интегрирования при делении частотыпомехосоздающей питающей сети возрастает восго гько раз, каков коэффициент деления. По.этому вводят другой важный коэффициент -обобщенный коэффициент эффективности и оп./ределяют его кака,1 Ра/к где К - коэффициент деления частоты сети,Оптимальным может считаться устройствос максимальным значением д, т.е. обеспе.1чивающее подавление влияния помехи при ми.нимуме временной избыточности,мйсВ таблице приведены значения Ь, ри ра в функции у (для случая деления часто/ты сети на два). Данные по б, р и р г для помехимап.ок-йпй а а,Внечетных гармоник (т,е. для питания датчиковс частотой, полученной делением на нечетныечисло частоты помехосоздающей сети) намногоуступают данным для помехи четных гармоник.764121 7Для получения того же значения 6мафс при делении частоты на нечетное число К = 39 (или 41), что означает 20 кратное уменьшение бйстродействия по сравнению с предлагаемой схемой, неоправданно увеличиваются аппаратурные затраты на схему деления частоты, кроме того, от датчика практически невозможно получить при-этом такую же амплитуду выходного сигна. ла.При питании датчика с частотой, не связанной 1 О определенным целым соотношением с частотой помехосоздающей питающей сети, угол у и от. носительная погрешность от преобразования к преобразованию все время меняются, причем максимальная относительная погрешность имеет величину, меньшю Ьк., ближайшей нечетноймаксмаи большую Ьк ближайшей четной гармоник,Коэффициенту деления частоты соответствует максимальная простота схемы, минимальное время преобразования, Одчако не исключено применение других четных коэффициентов деления,Таким образом, эффект, обеспечиваемый применением предложенного технического решения, заключается в увеличении точности путем умень. щения влияния сетевой помехи на точность аналого-цифрового преобразования сигналов дат 8чиков переменного тока с предварительным интегрированием выпрямленных полуволн сигна. лов датчиков,Формула изобретения Интегрирующий преобразователь сигналовдатчиков переменного тока в код, содержащийпоследовательно соединенные датчик перемен.ного тока, выпрямитель и аналого. цифровойпреобразователь с предварительным интегриро.ваннем входного сигнала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения точности,в него введены блок деления частоты на четноечисло и блок формирования усиления, причемвход датчика переменного тока через последо.вательно соединенные блок формированияусиления и блок деления частоты на четноечисло соединен с шиной питающей сети,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Нф 3849775, кл. 340- 347,1973,2, Патент Франции 1 Ч 2204084,кл. Н 03 К 13/02, 1973 (прототип).764121 оставитель М. Назар хред Н Бараду Корректор В, Бутяг ик Подписное Редактор Т Заказ 6301/ Тираж 995 ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д