Способ измерения параметров комплексного сопротивления электрических двухполюсников

сигнал, гармоническая составляющая которого прямо пропорциональна комплексному сопротивлению исследуемого двухполюсника, В первом из них для формирования сигналов, прямо пропорциональных компонентов иммитанса исследуемого двухполюсника, используют метод двухполупериодного фазочувствительного детектирования измеряемого сигнала относительно опорного гармонического сигнала с последующим интегрированием продетектированного сигнала. Во втором способе (прототип) для формирования сигналов, по которым отсчитывают значения компонентов комплексного сопротивления исследуемого двухполюсника, вначале производят дискретизацию измеряемого сигнала в моменты перехода через нулевой уровень и экстремальные значения опорного гармонического сип зла, измерение и запоминание полученных в результате дискретизации выборок измеряемого сигнала, после чего значение действительного компонента комплексного сопротивления двухполюсника отсчитывают по значению полуразности двух ближайших выборок сигнала, взятых в моменты перехода опорного гармонического сигнала через экстремальные значения, а значение мнимого компонента комплексного сопротивления отсчитывают по разности значения первой выборки, взятой в момент перехода опорного сигнала через нулевой уровень, с полусуммой выборок измеряемого сигнала, взятых в моменты перехода опорного сигнала через экстремальные значения, симметричные по времени относительно первой выборки.Однако эти способы обеспечивают инвариантность (независимость) измерения искомых компонентов комплексного сопротивления лишь в присутствии в измеряемом сложном сигнале постоянной составляющей. Наряду с этим, первый способ имеет низкое быстродействие, так как для выделения сигнала, характеризующего искомый компонент комплексного сопротивления, требуется постоянная времени интегрирования продетектированного сигнала, превышающая десятки периодов опорного гармонического сигнала. Это не позволяет использовать известные способы для измерения компонентов комплексного сопротивления двухполюсника при наличии в измеряемом сигнале нестационарной аддитивной помехи, например, пои наличии в измеряемом сигнале реакции исследуемого двухполюсника на воздействующий сигнал - наряду с гармоническим сигналом линейного или более высокой степени (в смысле ряда Тейлора) изменяющегося во временисигнала, например, экспоненциальной составляющей (свободной составляющей переходного процесса), вклад которой в5 измеряемый сигнал становится особеннозаметным, если постоянная времени исследуемого двухполюсника сравнима или превышает период воздействующегогармонического сигнала, Все это снижает10 точность измерения и сужает область применения известных методов.Целью изобретения является повышение точности измерения и расширения области применения,15 Поставленная цель достигается тем. чтов известном способе измерения параметров комплексного сопротивления электрических двухполюсников, состоящем вформировании опорных гармонического и20 поляриэующего сигналов, воздействуя которыми на двухполюсник получают сложныйизмеряемый сигнал, гармоническая составляющая которого прямо пропорциональнакомплексному сопротивлению исследуемо 25; о двухполюсника, последующих дискретизации измеряемого сигнала в моментыперехода опорного гармонического сигналачерез нулевой уровень и экстремальныезначения, измерении и запоминании пол 30 ученных в результате дискретизации выборок измеряемого сигнала, для обеспеченияинвариантности измеряемых параметровкомплексного сопротивления двухполюсника к и слагаемым нестационарной аддитив 35 ной помехи, т.е. описываемой временнымрядом Тейлора со степенью переменной т невыше п, из полученных значений выборокформируют две последовательности из и+1членов каждая. Первая из этих последова 40 тельностей состоит из выборок измеряемого сигнала, взятых в моменты переходачерез нулевой уровень, а вторая - из выборок измеряемогосигнала, взятых в моментыперехода указанного опорного гармониче 45 ского сигнала через экстремумы, каждый 1 ый член этих последовательностейумножают на весовой коэффициент, равныйвесовому коэффициенту(с учетом знака) Е-гочлена разложения бинома Ньютона (1-а)",50 усредненному на сумму модулей коэффициентов разложения бинома Ньютона, послечего полученные значения и+1 членов новыхпоследовательностей отдельно суммируюти по значениям полученных результатов от 55 считывают соответственно, значения мнимого и действительного компонентовкомплексного сопротивления исследуемогодвухпол юсника,Формирование новых последовательностей, т.е, последовательностей с новыминое амплитуде выборки. На второй вход блока 9 поступает последовательность импульсов(фиг, 2 г). Формируемые в блоке 10 пачки импульсов, число которых в каждой точке равно к К еХ Ма =Кю,Еа =Кл Я ==(10+4,4 - +15 зи (1 2 лсТ Т Ка= и Кс=- - , равный веКИККККрТсовому коэффициенту Ка или Кс (безучета знака) с-го члена разложения бинома Ньютона (1-а)", усредненного на сумму модулей коэффициентов биномаНьютона. Так, при п=.5 весовые коэффи- Ис=К 10 Еис,0цИЕНтЫ УКаэаННОГО бИНОМа НЬЮтОНа Кис= ККравны соответственно: 1; -4; 6; -4,1; где К 1 о - коэффициент преобразования бло 10 ка 10, поступают последовательно в течениеаКс=Кс= 16. Поэтому усред- измерительного цикла в реверсивный счетК =1 К =1 чик 11. Одновременно на знаковый вход ре( (ненные весовые коэффициенты Кт = Кт = версивного счетчика поступает сигнал= 1/16: К 2 =- К 2 =-1/4, К 3 = К 3= 3/8; К 4 = знака выборки Е с (см. знаки выборок Ей на= К =-1/4; Кб =К 5=1/16. 15 фиг,2 з) с выхода блока 9. В теченис измериДля привязки во времени начала и кон- тельного цикла Т пачки импульсов в реверца измерительных циклов Тс и Тс в генера- сивном счетчике 11 алгебраическито е 4 тактовых импульсов формируются суммируются и и момент прихода заднеготакже последовательности импульсов с и с 1, фронта импульса са(см. фиг. 2;) алгебраическая сумма импульсовсоответствующие началу сн, с(я и концу ск, 20ск измерительного цикла (см. эпюры сигналов на фиг, 2 в и г). В рассматриваемом примере при числе выборок в измерительномцикле и= 5 период следования импульсов= 5ЛлСОЗ ,Тсн Тси Тск Тск - 5 Т/2, при этом импульсы сформируются при 11=0,2 Т,5 Т/2,4 Т., а К Иусо" сщ, с учетом знакаимпульсы с - в моменты вреен этой суммы записывается в буферный рет=Т/4,9 Т/4,11 Т/4,17 Т/4 гистр 12 и далее поступает в устройство 13В качестве примера определения иско- индикации для визуализации полученногомых компонентов импеданса двухполюсни 30 результата, который при 5= Сопзс, однока на диаграмме фиг, 2 д изображен значно соответствует знаку и значению исснимаемый с двухполюсника сигнал, имею- комого действительного компонента Бщий при рабочей частоте 1= в/2 л= 1 Гц и импеданса Еи исследуемого двухполюсникадругих строго заданных параметрах выражение; Аналогичные операции производятсяпо обработке выборок Ек, Так, на первыйЕи(с)= Ео+ ЧО+ Епзп (щ - с/2) = вход блока формирования знака выборокЕ 14 поступают последовательности имтгпульсов (фиг. 2 г) с генератора 4 тактовых440 импульсов, а на его второй вход и на вход(4) блока преобразования модуля выборокЕК= Ес КК в число импульсов 15 поступат.е. здесь Ео=10 мВ; ЧЕ=4,48/с при Т=1 с, ют дискретные сигналы ЕсКр с выходаЕп 1= 15 мВ, тру= 45 О. На фиг, 2 е изображены блока 8, Число импульсов в каждой пачке,выборки сигнала Еи(т) (значения выборок в 45 формируемой в блоке 15, равномВ указаны над или под выборками), азначение усредненного весового коэф- И= К 15 ЕИ,фициента КЙс или Кс, на который необходимо умножить значение с-ой выбоРки где К 5-коэффициент преобразования блоуказано спРава от нее, на фиг. 2 ж и 50 ка 15. Пачки импульсов И;с поступают в Реизображены новые последовательности вы- версивный счетчик 16, на знаковый входборок: которого поступает сигнал знака выборкит с с Ес (см. знаки выборок фиг, 2 ж) с выходаЕ;Е гкс и Еис=Ес Ка. блока 14. В течение измерительного цикла55 Т пачки импульсов И в реверсивном счетСигнал, соответствующий значениям 55 чике 16 алгебраически суммируются и полвыборок Ес Ка с выхода блока 7 поступа- ученное здесь число импульсов связано сет в блок формирования знака выборки Е с искомым компонентом Х импеданса Еи соотг /9 и блок преобразования Еа= Ей КИ в . ношениемчисло импульсов 10, прямо пропорциональ 1758588 10(И( =К 5 2, ЕР =КХ = КЧисло импульсов , М с учетом знака с приходом заднего фронта импульса с;(см. фиг, 2 в) записывается в буферный регистр 17 и далее поступает в устройство индикации 18 мнимого компонента Х импеданса Еи исследуемого двухполюсника 6.Предлагаемый способ вследствие его инвариантности к слагаемым нестационарной аддитивной помехи вида Еп(1)= Еп(0)+ "1 т + Ц0 обеспечивает более высоку(о точность измерения. В частности, при Е+Че 1=(10+4,4/Т) мВ (см. выражение (4 определение действительного компонента К импеданса двухполюсника по способу-прототипу отягчено погреш ностью При измерении этого компонента импеданса двухпол(осника в тех же условиях согласно предлагаемому способу погрешность измерения отсутствует,Анализ предлагаемого способа в сравнении с прототипом показывает, что отличия предлагаемого способа состоят в следующем: из измеряемого сигнала формируют две последовательности из и+1 выборок каждая, взятых соответственно или в моменты переходов опорного синусоидального сигнала через нулевой уровень, или же в моменты достижения опорного сигнала экстремальных значений; из полученных последовательностей формируют две новых последовательности путем умножения каждого К-го члена этих последовательностей на весовой коэффициент, равный весовому коэффициенту (с учетом знака 1-го члена разложения бинома Ньютона (1-а)", усредненному на сумму модулей коэффициентов разложения бинома Ньютона; значения п+1 членов новых последовательностей раздельно алгебраически суммируют и по полученным результатам отсчитывают 5 10 15 20 соответственно значения мнимого и действительного компонентов комплексного сопротивления исследуемого двухполюсника.Использование изобретения позволяет повысить точность измерения искомых компонентов иммитанса двухполюсников путем обеспечения инвариантности к аддитивным нестационарным апериодическим помехам, т.е, помехам, описываемым рядом Тейлора; расширить область применения метода, в частности обеспечить возможность измерения компонентов комплексного сопротивления двухполюсников с существенно нелинейными вольтамперными характеристиками при их поляризации заданным током или напряжением, изменяющимся по требуемой для эксперимента программе, или при их вынужденном или самопроизвольном разряде (в последнем случае двухполюсник - источник электрической энергии, например аккумулятор или топливный элемент). Формула изобретения Способ измерения пара(1 е 1 ров кол 1 плексного сопротивления электрических двухполюсников. состоящий в формировании опорных гармонического и поляризующего, например линейно изменяющегося во времени, сигналов, воздействуя которыми на двухполюсник получают сложный излеряемый сигнал, гармоническая составляющая которого прямо пропорциональна комплексному сопротивлению исследуемого двухполюсника, дискретизации измеряемого сигнала в моменты перехода через нулевой уровень и экстремальные значения опорного гармонического сигнала, измере-". нии и запоминании полученных в результате дискретизации выборок измеряемого сигнала, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения области применения, из полученных значений выборок формируют две последовательности из и+1 членов каждая, первая из этих последовательностей состоит из выборок измеряемого сигнала, взятых в моменты перехода опорного синусоидального сигнала через нулевой уровень, а вторая - из выборок измеряемого сигнала, взятых в моменты перехода указанного опорного сигнала через экстрел 1 умы, каждый К-й член этих последовательностей умножают на весовой коэффициент, равный коэфФициенту К-го члена разложения бинома Ньютона (1-а)", усредненному на сумму модулей коэффициентов разложения бинома Ньютона, после чего полученные значе1758588 12 ф 02, Я ния п+1 членов новых последовательностей раздельно суммируют и по значениям полученных результатов отсчитывают соответственно значения мнимого и действительного компонентов комйлексного сопротивления исследуемого двухполюсника,