Интегрирующий преобразователь сигналов датчиков переменного тока в код

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (ii ?64121 (6I ) jl0ï0ëíèTåëüì0å к авт. свид-ву (22) Заявлено 19,07.76 (21) 2391512/18-21

Ъ (51) М. Кл.

Н 03 К 13/02 с присоединением заявки K

Гооударстввнный комнтет (23) Приоритет

Опубликовано 15.09 80 Бюллетень .% 34

Дата опубликования описания 15.09.80 по делам нзооретеннй н открытий (53) УДК 682325 (088.8) (72) Автор изобретения

Е. И. Райзберг

/ .Ф

/ (7I) Заявитель (54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

СИГНАЛОВ ДАТЧИКОВ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА В КОД

Изобретение относится к области техники аналого-цифрового преобразования и может, быть применено в измерительно-информационных системах и системах регулирования, включающих цифровые регуляторы или управляющие

IlBM, при использовании датчиков переменного тока.

Известны преобразователи аналоговых сигналов в цифровые сигналы, в которых сигнал датчика переменного тока детектируется (вы l0 прямляется) входным выпрямительным каскадом и, не подвергаясь сглаживанию, поступает на интегратор,: а сформированное за полупериод сигнала напряжение иа интеграторе преобразуется в код (1).

Недостатком таких устройств я вляется то, что при возбуждении датчиков напряжением от питающей сети частота помехи от сетевых токов есть частота входно о сигнала преобразователя. Поэтому искажение интеграла входного сигнала сетевой помехой, равное интегралу ее напряжения эа время интегрирования, максимально равно интегралу однополярной полуволны помехи..

При питании датчиков частотой, не связанной каким-либо образом с частотой питающей сети, также имеет место сложение напряжений сигнала и помехи на входе входного выпрями-! тельного каскада, вызывающее искажение интеграла 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 предварительным 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 переменного тока в код, содержащий последовательно соединенные датчик переменного тока, выпря. митель, аналого-цифровой преобразователь с

764121 ф шению к напряжению выходного сип ала датчика, Коэффициент эффективности схемы предварительным интегрированием входного сигнала (например, схемой двухтактного интег рирования), введены блок деления частоты на четное число и блок формирования усиления, причем вход датчика переменного тока через

5 последовательно соединенные блок формирования усиления и блок деления частоты на четное число соединен с шиной питающей сети.

На фиг. 1 изображена структурная электри- 7. 1 ческая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 изображен входной выпрямитель с эпюрами входных и выходных сигналов, варианты; на фиг. 4 — временные диаграммы

5 NlOKс.

1 напряжения сигналов на входе входного демодулнрующего выпрямителя.

Интегрирующий преобразователь сигналов датчиков переменного тока в код содержит датчик

1 переменного тока, входной выпрямитель 2, аналого-цифровой преобразователь 3 с предварительным интегрированием входного сигнала, блок

4 деления частоты на четное1 число, блок э формирования усиления, шины 6 помехосоздаюшей питающей сети.

Выпрямитель 2 содержит аналоговой ключ 7 (фиг. 2), операционный усилитель 8 (фиг. 2 и 3),<5 образующий совместно с диодом 9 детектор.

Входной каскад формирует на выход информационный сигнал 10 и синхронизирующий сигнал

11 из напряжения на входе.

На фиг. 4 кривая 12 — напряжение сигнала датчика при питании с частотой, сформированной делением на два (т.е. На одно из четных чисел) частоты сети; кривая 13 — напряжение сетевой помехи, кривая 14 — суммарное напряжение на выходе из линии связи к, Входному

1 мои с

Я - умаи 1

2п относительная ошибка формирования интеграла при помехе 2п-ой гармоники (максимальное значение); относительная ошибка формирования интеграла при помехе первой гармоники т.е. при питании датчика с частотой сети, при том же соотношении амплитуд помехи и сигнала (максимальное значение) .

10 (2) каскаду.,мако» М 1 1х (3) Работа схемы заключается в следующем.

По синхронизирующему сигналу 11 с выхода входного выпрямителя 2 устройство управления в аналого-цифровом преобразователе 3 различает такты интегрирования и такты преобраI зования сформированного интеграла в код.

В такте интегрирования строго синхронно синхронизирующему сигналу на вход интегратора в преобразователе 3 поступает полуволна выпрямленного напряжения датчика. В такте преобразования сформированное в интеграторе постоянное 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 помехи в данком устройстве.

Напряжение помехи составляет 2п-ую четную гармонику (и — целое число, и — 1) по отно. где U (t) — суммарное напряжение сиг1 нала датчика и помехи на выходе входного каскада; х — амплитуда синусоидального сигнала датчика на входе интегратора;

, т — фазовые точки перехода через ноль суммарного напряжения по отношению к точке перехода через ноль си нусоидального сигнала датчика.

Величина 5, представляет собой периодическую функцию угла сдвига помехи гармоники относительно синусоиды сигнала, она равна нулю при углах сдвига + и максимальна цри

2 сдвиге 0; я. где U„— амплитуда напряжения помехи; — отношение амплитуд сигнала и помехи.

Величина о представляет собой периодичеса кую функцию угла р — начальной фазы помехи при нулевой фазе сигнала датчика. ц„

При 2п-ой гармоники и отношении > 2n, ц начальной фазе <р = О; + г напряжение сигнала в любой точке временной оси больше напряжения помехи (по абсолютной величине), интервал интегрирования равен я (а, = О, а = я) и искажение интеграла сигнала равно нулю. При изменении р от 0 до + я значение San снача Ф ла возрастает, достигает максимума при р=+- 764121 и затем убываег до 0 пуи (р = +и. Поэтому ф член f (1 Яс1 в уравнении (2) необ1 ходимо определять при р = + +

Рассмотрим эффективность подавления сетевой помехи на примере подавления второй гармоники. Этому случаю соответствуют временные диаграммы фиг. 4. Точки нулевого значения суммарного напряжения 0 (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 е, заменяя sine на а, получают а gtg !

8, =((8 8", ра+ =pz/2

2,5

0,5

0,191 ° 10

0,494 10

5,2

l0,5

0,2

10,1

20,2

0,1

0,125 ° 10 40

0;5 10

0,2 ° 10

20

0,2 ° 10

0,5 ° 10

0,125 10

100

200

100

0,5 10

400

200

Вследствие того, что а убывает при увеличении у, (5 убывает быстрее, чем просто ь21дкс обратная функция у, т,е. подавление помехи .происходит более быстрым темпом, чем уменьшение ее относительной амплитуды. Функция р представляет собой нарастающую функцию уй а

4О т.е. эффективность подавления, определенная по отношению (.1), непостоянна и увеличивает ся по мере увеличения у. (5) Особенно наглядно видет характер эависимос4> .ти Ь и р от у при малых значениях а.

hh ON& а

При этом из уравнения (5), учитывая что 2Л. в1па а; сова 1— получают а

50 2

3 р 27 где а = (e,(U (t) = U sin t + U„sin(2wt + р); (4) U sine (U„sin(2e - р) = 0 х

Из уравнения (5) с учетом ч2 = +- полу= -Т чают

sin а — — sine — — = 0

Ъ

2 Я. (6)

Из выражения (6)

aiaa,, a8a = 0,25(2 — If -, 8 ) Г (р = +

1 Г

Аналогично из уравнения (5) для ч2 = .

aiaa,й1 =025 (2+ 52 +8) (ь р

2.

В интервале а, -+ а2 значение U (t) не меняет знака, т.е. в этом интервале нелинейный элемент — входной выпрямитель 2 ведет себя как линейный, поэтому применяют принцип суперпозиции и а, для р: а

1jg (х Ф5

cose — l + s(n2e

6

Время интегрирования при делении частоты помехосоздающей питающей сети возрастает во его ГЬКО раэ, КаКОВ КОЭффИцИЕНт дЕЛЕНИя. ПОэтому вводят другой важный коэффициент— обобщенный коэффициент эффективности и оп/ ределяют его как а,1 Ра/к где К вЂ” коэффициент деления частоты сети, Оптимальным может считаться устройство с максимальным значением ((1„, т.е. обеспе1 чивающее подавление влияния помехи при минимуме временной избыточности, м(хкс

В таблице приведены значения (2, р и р„ в функции у (для случая деления часто-! ты сети на два).

Данные по б„, р и р < для помехи мс(во ((= Entre а (2(,t нечетных гармоник (т.е. для питания датчиков с частотой, полученной делением на нечетные число частоты помехосоздающей сети) намного уступают данным для помехи четных гармоник. ,Например, при у = 20(5 04 а= 0,125%.

764121

Для получения того же значения 6„

+QlKQ 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 сигнала.

При питании датчика с частотой, не связанной 1О определенным целым соотношением с частотой помехосоздающей питающей сети, угол р и относительная погрешность от преобразования к преобразованию все время меняются, причем максимальная относительная погрешность имеет величину, меньш ю Ьк „,< ближайшей нечетной макс ма и 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 уменьшения влияния сетевой помехи на точность аналого-цифрового преобразования сигналов дат8 чиков переменного тока с предварительным интегрированием выпрямленных полуволн сигналов датчиков.

Формула изобретения

Интегрирующий преобразователь сигналов датчиков переменного тока в код, содержащий последовательно соединенные датчик переменного тока, выпрямитель и аналого-цифровой преобразователь с предварительным интегрированием входного сигнала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения топ ости, в него введены блок деления частоты на четное число и блок формирования усиления, причем вход датчика переменного тока через последовательно соединенные блок формирования усиления и блок деления частоты на четное число соединен с шиной питающей сети.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 3849775, кл. 340- 347, 1973, 2. Патент Франции Р 2204084, кл. Н 03 К 13/02, 1973 (прототип).

764121

Составитель М. Назаров

Техред Н Барадулина Корректор В, Бутяга

Редактор Т. Юрчикова

Тираж 995

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 6301/49

Филиал 11ПП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4