Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 1111 01 В 17/1 ГОС ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 30.07.88, Бюл. В 28 (71) Краснодарский филиал Научно-исследовательского института морской геофизики Всесоюзного морского научно-производственного геолого-геофизи ческого объединения по разведке нефти и газа "Союзморгео"(56) Новик А,И. Системы автоматического уравновешивания цифровых экстре мальных мостов переменного тока. Киев: Наукова думка, 1983, с. 113,Авторское свидетельство СССР В 1150553, кл. 0 01 Н 17/10, 1983.(54) СПОСОБ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ЦИФРОВЫХЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МОСТОВПЕРЕМЕННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике, Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока реализован вустройстве, содержащем генератор 1питания, мостовую измерительную цепь 2, избирательный усилитель 3, детектор 4 приращений, модулятор 5, генератор 6 тактовыхимпульсов, счетчик 7, группу элементов И 8, регистр 9 памяти, группу элементов ИЛИ 10, ограничитель 11 модуляции, блок 12 формирования сигнала углубления, блоки 13 и 14 сравнения и запоминания соответственно, В начале процесса уравновешивания при нулевом значении регулируемого параметра ограничивают снизу выходной сигнал мостовой измерительной цепи по уровню, не превышающему амплитуду напряжения этого сиг- нала, выпрямпяют сформированный сигнал и запоминают его величину напряжения. Сравнивают амплитуду напряжеО ния текущего выходного сигнала мостовой измерительной цепи с величиной напряжения, полученной выше, и если зти величины равны ипи полученная ранее больше, увеличивают регулируемый а параметр на величину 2 А ь, где А- вес К-го разряда; Ь " шаг младшего разряда, Повышается быстродействие ,процесса уравновешивания, 3 ил,Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых автоматическихмостах для измерения параметров емкостных, индуктивных, резистивных идругих датчиков в системах контроляи регулирования. технологических процессов и автоматизации научных исследований. 1 ОЦель изобретения - повышение быстродействия процесса уравновешивания.На фиг. 1 представлена структурнаясхема цифрового экстремального мостапеременного тока; на фиг. 2 - алгот 15ритм уравновешивания мостовой измери"тельной цепи; на фиг. 3 - диаграмма,.поясняющая порядок уравновешиваниямостовой измерительной цепи для трехразрядной регулируемой меры с весами 20по двоичному коду,На схеме цифрового экстремальногомоста для осуществления предлагаемогоспособа уравновешивания, обозначеныгенератор 1 питания, мостовую измерительную цепь (МИЦ) 2, избирательныйусилитель 3, детектор 4 приращений,модулятор 5, генератор 6 тактовых импульсов (ГТИ), счетчик 7, группу элементов И 8,регистр 9 памяти, группУ ЗОэлементов ИЛИ 1 О, ограничитель 11 модуляции, блок 12 формирования сигналауглубления, блок 13 сравнения и блок14 запоминания,На фиг, 2 и 3 приняты следующиеобозначения: РР Р - значениярегулируемого параметра после 1-го,2-гоп-го тактов уравновешивания;,АА А - веса 1-го, 2-гои-го разрядов регулируемого параметра (1-й разряд является старшим);А - шаг младшего разряда регулируемого параметра; Б, - амплитудное значение выходного сигнала ИИЦ, соответствующее нулевому значению регулируемого параметра Р 0 =О; Б - уровеньмодуляционного углубления выходногосигнала мостовой измерительной цепиР1 - амплитуда сигнала на выходе детектора приращений при .нулевом значении регулируемого параметра; К - результирующий коэффициент передачи канала сигнала неравновесия (результи"рующий коэффициент передачи избирательного усилителя и детектора прий иращений) моста ц,ффБ 4 - амплитуды сигналов йа выходе детектораприращений после 1-го, 2-гоп-гопробных воздействий; ТТ Т" 1-й, 2-йп-й такты уравновешивания; И, и У - текущие амплитуды сигналов на выходах МИЦ и детектора приращенийф Р - измеряемый параметр, С - время.Перед началом процесса уравновешивания производится установка моста в исходное состояние. Для этого на первом выходе ГТИ 6 формируется импульс, который поступает на входы сброса счетчика 7 и регистра 9, в результатечего выходные коды счетчика 7 и регистра 9 устанавливаются в нулевое значение, а следовательно, нулевоезначение принимает регулируемый параметр (Р =0) ИИЦ 2, При этом выходнойсигнал МИЦ 2 принимает значение Б. С первого выхода ГТИ 6 этот импульстакже поступает на вход блока 12 формирования сигнала углубления. Б блоке 12 в соответствии с уровнем 1 на его входе формируется сигнал, который подается на вход регулированияограничителя 11 и устанавливает уровень Б ограничения модуляции выходного сигналаИЦ 2. При этом уровеньограничения модуляции сигнала 1 Устанавливается таким образом, что выполняется условие 0 м 1, Уровень О ограничения сохраняется на протяжении последующего цикла уранновешивания МИЦ 2, С выхода ограничителя 1 сигнал П , ограниченный снизу по уровню Б,(1 =,Б -Б,), пода-. ется на вход детектора 4 прйращений, где он выпрямляется, и поступает иа входы блока 13 сравнения и блока 14 запоминания. После этого на третьем выходе ГТИ 6 формируется импульс, который поступаег в блок 14 запоминания, и в этом блоке запоминается амоплитуда Б выходного сигнала детектора 4, Ограничитель 11 модуляциил имеет функцию преобразования БВ =Г(1), благодаря которой достигается ограничение сигнала переменного тока снизу. Такую функцию преобразования имеют, например, стабилитроны с двухсторонней стабилизацией, через которые пропускают сигнал переменного тока. Регулировкой числа стабилитронов, включаемых между МИЦ и избирательным усилителем, можно регулировать величину П, а следовательно,регулировать величину модуляционного ограничения выходного сигнала ИИЦ. За счет модуляционного ограничения сигнала переменного тока уменьшается1435амплитуда сигнала переменного токана входе избирательного усилителя безснижения чувствительности МИЦ к модуляционным приращениям регулируемо 5го параметра, т,е, без уменьшения величины амплитудного приращения сигнала неравновесия МИЦ, приходящегосяна единицу дискретного приращения регулируемого параметра. ОЗатем осуществляется цикл уравновешивания МИЦ 2,Логические значения разрядов регулируемого параметра МИЦ 2 определяются поочередно, начиная со старшего,Регулируемый параметр МИЦ 2 имеет максимальное значение, соответствующее удвоенному значению максимального диапазона изменения измеряемого 20параметра. При этом каждьп разряд регулируемой меры имеет.вес с удвоенным значением,Модулятор 5 подключен к МИЦ 2 ипостоянно вычитает иэ текущего значения регулируемого параметра одинквант Ь,В первом такте Т, уравновешиванияс второго выхода ГТИ 6 на счетныйвход счетчика 7 поступает первыйимпульс и в первом (старшем) разряде счетчика 7 появляется единичныйсигнал (потенциал), который черезпервый элемент группы элементов ИЛИ1 О включает первый (старший) разрядрегулируемого параметра МИЦ 2, Приэтом регулируемый параметр с учетомвычета модулятором 5 одного кванта Ьполучает пробное приращение на величину40Р+2 А, 4-Ь=РО+(2 А) Ь, (1)где Ро=О,Тот же самый единичный сигнал спервого разряда счетчика 7 поступает 45на первый вход первого элемента группы элементов И 8,В результате произведенного пробного приращения (4) получает приращение выходной сигнал МИЦ 2, Выходнойсигнал Ц МИЦ 2 ограничивается по50амплитуде в ограничителе 11, затемвыпрямляется в детекторе 4 и поступает в блок 13, в котором выполняетсясравнение его амплитуды с амплитудой1 запомненного сигнала в блоке 14,Если после пробного шага (1) амоплитуда запомненного сигнала 1 вблоке 14 больше или равна амплитуде 37 4.сигнала Цна выходе детектора 4 ( Л,), то на выходе блока 13 сравнения формируется импульс, который поступает на вторые входы элементов группы элементов И 8 и через первый элемент И (так как на первом входе первого элемента И присутствует единичный сигнал) записывается на первый вход регистра 9 памяти. С первого выхода регистра 9 памяти единичный сигнал через первый элемент группы элементов ИЛИ 10 поступает на старший (первый) разряд регулируемого параметра МИЦ 2 и удерживает 1 его во включенном состоянии (т.е. первый разряд принимает значение "1").Если в результате произведенного пробного приращения (1) оказываетсято на выходе блока 13 сравнения импульс не формируется и первый разряд регистра 9 памяти остается в нулевом состоянии, а следовательно, первый разряд регулируемого параметра МИЦ 2 принимает значение "0".Во втором такте Т уравновешивагния с второго выхода ГТИ 6 на счетный вход счетчика 7 поступает второй импульс и на выходе счетчика 7 происходит сдвиг .единичного сигнала с первого (старшего) разряда во второй. При этом единичный сигнал через второй элемент группы элементов ИЛИ 10 включает второй разряд регулируемого параметра МИЦ 2 и осуществляется пробное воздействиеР, +2 А ь -ь=Р+(2 А -1) Ь, (2)где Р,=Рд или Р,=Р+2 А Ь в зависимости от того, какое значение принял,первый разряд регулируемого параметра после первого такта уравновешивания ("О" или ),В соответствии с амплитудбй 11. навыходе детектора 4 относительно Увторой разряд регистра памяти 9 принимает единичное (при И 4 -.У 4) илинулевое (при 11У ). састояйие, аследовательно, второй разряд регулируемого параметра МИЦ 2 фиксируетсяв значении "1" или "О".Аналогичным образом осуществляются остальные такты уравновешивания.Процесс (цикл) уравновешивания завершается за Р тактов, равных числуразрядов регулируемого параметра МИЦ2. По окончании процесса уравновешивания значение Р регулируемого параиметра будет в два раза превышать зна 141 З 5 З 7чение измеряемого параметра Р, т,е. МИЦ будет отстоять от точки равнове" сия на величину Р /2, а выходной код регистра 9 памяти будет соответствовать значению измеряемого параметраР . При этом значение Р /2 регулируемого параметра. будет отличаться от значения измеряемого параметра не более, чем на +0,56, т,е, погрешностьуравновешивания не будет превышать0,56,На фиг, 3 приведена диаграммауравновешивания МИЦ для трехразрядного регулируемого параметра с раз-,мерами разрядов 2 А 1, 6 и весами А подвоичному коду, Диаграмма представлена для конкретного значения измеряемого параметра Р =5,Согласно предлагаемому способупосле каждого К-го пробного воздей 10 20 ствия сравнивается амплитуда выходного сигнала У МИЦ с заранее известным значением У и по результатусравнения выполняется регулирующеевоздействие - К-й разряд устанавливается в нулевое или единичное значение. Вследствие этого каждое регу" 25 лирующее воздействие может выполняться одновременно с последующим пробным воздействием (т,е, регулирующее ЭО воздействие такта Т,может быть совмещено во времени с пробным воздействием такта Т), а следовательно,длительность такта уравновешивания может быть примерено в дна раза меньного процесса в избирательном усилителе и еще больше сократить длитель 45 ность такта уравновешивания; а следовательно, и длительность процесса уравновешивания. Так, при 13 О -11 р=11 ост и допустимой погрешности 6 У установления напряжения на выходе иэбирательного усилителя после пробного шага можно анализировать знак приращения сигнала неравновесия через время 1=-Хп в - , где Й - эквивалентьИ 2)оптэная постоянная затухания избирательного усилителя, а при Б =Б(Б с =О) знак приращения можно анализировать 55 ше по сравнению с известным способом. При этом модуляционное ограничение ныходного сигнала МИЦ по уровню 13,.дает возможность анализировать 40.Г( знак приращения выходного сигнала МИЦ ( знак приращения сигнала на выходе детектора) до окончания переходсразу после выполнения пробного шага (переходными процессами в МИЦ пренебрегаем, так как их длительность несоизмеримо меньше, чем длительность переходного процесса в избирательном усилителе), Так как согласно предлагаемом способу 2 ц, значительно меньше, чем приращейия напряжений 11 л и Цр по известному способу после пробного и регулирующего ноздействий, то предлагаемый способ позволяет значительно сократить длительность переходных процессов в избирательном усилителе, а следовательно, длительность такта уранновешивания и н результате длительность процесса уравновешивания.Формула изобретенияСпособ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока, заключающийся в том, что процесс уравновешивания начинают с нулевого значения регулируемого параметра, логические значения его. разрядов определяют поочередно, начиная со старшего, в каждом 1 с-м (1=1,2,) такте . уравновешивания пробное (модуляционное) воздейстние формируют скачкообразным приращением регулируемого параметра на величину(2 Л 1,-1)6, где А 1, - вес К-го разряда, значение котоф рого определяют; л - шаг младшего разряда, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия процесса уравновешивания, вначале процесса уравновешивания принулевом значении регулируемого параметра осуществляют ограничение снизу"выходного сигнала мостовой измерительной цепи по уровню, не превышающему амплитуду напряжения этого сигнала, выпрямляют сформированный сигнал и запоминают его величину напряжения, а после каждого пробного воздействия осуществляют сраннение амплитуды напряжения текущего выходного сигнала мостовой измерительной це. - пи с величиной напряжения запомненного сигнала, причем регулируемый параметр увеличивают на величину 2 А 1,ь только в том случае, если величина напряжения запомненного сигнала больше или равна величине напряжения запомненного сигнала при нуленом значении регулируемого параметра мостовой измерительной цепи.(Риг оставнтель В ехред Л.олий менчук рректор Э.Лончаков едактор А.Огар аз 3778/4 Тираж 7 исно Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уагор оектная ВНИИПИ Государств по делаем иэобре3035, Москва, Жного комитета Сний и открытийРаушская наб.,