RU2262115C2 - Device for determining parameters of two-terminal circuit - Google Patents
Device for determining parameters of two-terminal circuit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2262115C2 RU2262115C2 RU2003129114/28A RU2003129114A RU2262115C2 RU 2262115 C2 RU2262115 C2 RU 2262115C2 RU 2003129114/28 A RU2003129114/28 A RU 2003129114/28A RU 2003129114 A RU2003129114 A RU 2003129114A RU 2262115 C2 RU2262115 C2 RU 2262115C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- parameters
- output
- control unit
- terminal
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000004075 alteration Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 11
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 5
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, что представляет существенный практический интерес для контроля широкой гаммы выпускаемых электрорадиоизделий (резисторов, конденсаторов, индуктивностей), а также двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах и транспортных средствах.The invention relates to electrical engineering, and in particular to the measurement of electrical parameters of two-terminal devices, which is of significant practical interest for monitoring a wide range of manufactured radio products (resistors, capacitors, inductors), as well as two-terminal devices used as sensors of physical processes (temperature, pressure, liquid level and bulk media, etc.) at industrial facilities and vehicles.
Известное устройство, выбранное в качестве аналога, цифровой мост переменного тока типа ЦБ 5002 ТУ 25-7516.0033-88, представляющее собой автоматическую уравновешивающую измерительную мостовую схему. Измерительная схема осуществляет уравновешивание по реактивной и активной составляющим комплексного сопротивления измеряемого двухполюсника.A known device, selected as an analogue, is a digital AC bridge type CB 5002 TU 25-7516.0033-88, which is an automatic balancing measuring bridge circuit. The measuring circuit balances the reactive and active components of the complex resistance of the measured bipolar.
Другим аналогом выбрано устройство "Многоточечный сигнализатор уровня (его варианты)", описанный в патенте РФ №2025666, кл. G 01 F 23/26, включает группу измерительных емкостных датчиков, генератор переменного напряжения, два коммутатора, два преобразователя ток-напряжение, вычитающее устройство, синхронный детектор, компаратор и два триггера, дифференциатор, тактовый генератор, схему совпадения, счетчик импульсов, сумматор и цифровой индикатор. Причем каждый измерительный датчик выполнен в виде двух плоскопараллельных конденсаторов с неодинаковыми площадями электродов, которые располагаются горизонтально и симметрично относительно средних линий датчиков. Кроме того, вместо компараторов тока трансформаторного типа использовано вычитающее устройство, которое может быть построено на интегральной микросхеме.Another analogue selected device "Multipoint level switch (its options)" described in the patent of the Russian Federation No. 2025666, class. G 01 F 23/26, includes a group of capacitive measuring sensors, an alternating voltage generator, two switches, two current-voltage converters, a subtractor, a synchronous detector, a comparator and two triggers, a differentiator, a clock, a matching circuit, a pulse counter, an adder and digital indicator. Moreover, each measuring sensor is made in the form of two plane-parallel capacitors with unequal areas of the electrodes, which are located horizontally and symmetrically with respect to the middle lines of the sensors. In addition, instead of transformer-type current comparators, a subtractor device was used, which can be built on an integrated circuit.
Однако специфика эксплуатации изделий ракетно-космической техники для проведения измерения параметров двухполюсников выставляет свои требования, способствующие поиску новых технических решений в области измерений. Обозначим наиболее характерные из них:However, the specifics of the operation of rocket and space technology products for measuring the parameters of bipolar sets its own requirements, contributing to the search for new technical solutions in the field of measurements. Denote the most characteristic of them:
- удаленность до 500 метров объекта измерения от средства измерения. Примером тому может служить процесс определения параметров комплексного сопротивления емкостного датчика контроля уровня заправки, вмонтированного в бак ракеты, которая находится в испытательном корпусе или на стартовом комплексе во время ее заправки компонентами топлива;- remoteness up to 500 meters of the measuring object from the measuring instrument. An example of this is the process of determining the parameters of the complex resistance of a capacitive refueling level sensor mounted in a rocket tank, which is located in the test building or on the launch complex during refueling with fuel components;
- высокая точность измерения параметров удаленного двухполюсника, которым является емкостной датчик уровня. Очевидно, что точность измерения напрямую связана с объемом гарантийных запасов топлива на борту ракеты. Чем выше точность, тем меньше гарантийные запасы топлива, тем выше эффективность ракеты, позволяющей вывести большую полезную нагрузку;- high accuracy of measurement of parameters of a remote two-terminal device, which is a capacitive level sensor. Obviously, the accuracy of the measurement is directly related to the volume of guaranteed fuel reserves on board the rocket. The higher the accuracy, the lower the guaranteed fuel reserves, the higher the efficiency of the rocket, allowing to bring a large payload;
- требование высокой технологичности подготовки ракеты, исключающее процедуру предварительной настройки аппаратуры измерения человеком-оператором.- the requirement of high technology rocket preparation, excluding the procedure for pre-setting the measurement equipment by a human operator.
К недостаткам аналогов можно отнести: низкую точность определения параметров удаленного на некоторое расстояние двухполюсника (например, емкостного датчика уровня); низкое быстродействие в ряде случаев его использования, например в устройствах сигнализации прохождения уровнем неэлектропроводной жидкости заданных высот бака; недостаточно высокую технологичность подготовки ракеты в связи с необходимостью предварительной настройки аппаратуры оператором.The disadvantages of analogues include: low accuracy in determining the parameters of a two-terminal terminal remote for some distance (for example, a capacitive level sensor); low performance in some cases of its use, for example, in devices for signaling the level of a non-conductive liquid to pass a given tank height; insufficiently high adaptability of rocket preparation due to the need for preliminary adjustment of equipment by the operator.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному устройству является устройство, описанное в статье авторов Ю.Р.Агамалова, Д.А.Бобылева, В.Ю.Кнеллера. "Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ" в журнале "Измерительная техника" 1996, № 6, выбранное в качестве прототипа.The closest in technical essence and the achieved positive effect to the claimed device is the device described in the article by Yu.R. Agamalov, D.A. Bobylev, V.Yu. Kneller. "Measuring instrument-analyzer of the parameters of complex resistances based on a personal computer" in the journal "Measuring equipment" 1996, No. 6, selected as a prototype.
Устройство для определения параметров двухполюсника, содержащее первый и второй измерительные входы, генератор синусоидального напряжения, блок задания схемы замещения, эталон, первый вывод которого подключен к первому входу ключа, преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь.A device for determining the parameters of a two-terminal device, containing the first and second measuring inputs, a sinusoidal voltage generator, an equivalent circuit setting unit, a standard, the first output of which is connected to the first key input, a current-voltage converter, a scale amplifier, and an analog-to-digital converter.
В прототипе использована схема косвенного измерения параметров при формировании напряжения синусоидального воздействия на объект измерения, нашедшая применение благодаря инвариантности по отношению к характеру объекта измерения и его схеме замещения. В прототипе измеряются два комплексных тока, которые преобразуются в пропорциональные напряжения, напряжение на объекте измерения и на резистивной мере. Чтобы получить измерительную информацию, необходимую при вычислении комплексного сопротивления или проводимости, циклически по сигналам с персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) производится подключение измерительной цепи сначала к объекту измерения, а затем к резистивной мере с соответствующими переключениями фазы опорного напряжения с дискретностью 
Таким образом, недостатком прототипа является низкая точность измерения параметров двухполюсника на достаточно удаленном от средства измерения объекте измерения.Thus, the disadvantage of the prototype is the low accuracy of the measurement of the parameters of a two-terminal device at a sufficiently distant measurement object from the measuring means.
В связи со сказанным выше задачей предлагаемого устройства определения параметров двухполюсника является расширение функциональных возможностей, заключающееся в возможности определения параметров двухполюсника, удаленного с помощью длинной линии от средства измерения. Причем создаваемые на его основе средства измерения при сохранении высоких метрологических качеств с одновременным упрощением последовательности действий, связанных с определением параметров, достаточно просты.In connection with the foregoing, the objective of the proposed device for determining the parameters of a two-terminal network is to expand the functionality, which consists in the ability to determine the parameters of a two-terminal device, removed using a long line from the measuring device. Moreover, the measuring instruments created on its basis while maintaining high metrological qualities while simplifying the sequence of actions associated with the determination of parameters are quite simple.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для определения параметров двухполюсника, содержащем первый и второй измерительные входы, генератор синусоидального напряжения, блок задания схемы замещения, эталон, первый вывод которого подключен к первому входу ключа, преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, в отличие от прототипа первый измерительный вход подключен к второму выводу эталона и выходу генератора синусоидального напряжения, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления по частоте, второй измерительный вход подключен к второму входу ключа, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключен к первому входу определителя параметров двухполюсника и к первому входу блока управления измерением, выходы которого подключены соответственно к управляющим входам ключа, масштабного усилителя и аналогово-цифрового преобразователя, а также к первому входу блока управления по частоте и к второму входу определителя параметров двухполюсника, а второй вход блока управления измерением подключен к первому выходу блока управления режимами, выходы которого подключены соответственно через блок задания схемы замещения к третьему входу определителя параметров двухполюсника и к второму входу блока управления по частоте, второй выход которого подключен к четвертому входу определителя параметров двухполюсника, выход которого является выходом устройства.The solution to this problem is achieved by the fact that in the device for determining the parameters of a two-terminal device containing the first and second measuring inputs, a sinusoidal voltage generator, an equivalent circuit setting unit, a standard, the first output of which is connected to the first input of the switch, a current-voltage converter, a scale amplifier, and analog -digital converter, in contrast to the prototype, the first measuring input is connected to the second output of the standard and the output of the sinusoidal voltage generator, the control input of which is connected is connected to the first output of the frequency control unit, the second measuring input is connected to the second input of the switch, the output of which is connected through a series-connected current-voltage converter, a scale amplifier and an analog-to-digital converter to the first input of the two-terminal parameter determiner and to the first input of the measurement control unit, the outputs of which are connected respectively to the control inputs of the key, a large-scale amplifier and an analog-to-digital converter, as well as to the first input of the control unit both to the second input of the two-terminal parameter determiner, and the second input of the measurement control unit is connected to the first output of the mode control unit, the outputs of which are connected respectively through the equivalent circuit setting unit to the third input of the two-terminal parameter determiner and to the second input of the frequency control unit, whose second output connected to the fourth input of the two-terminal parameter determinant, the output of which is the output of the device.
Признаки, характеризующие подключение двухполюсника через измерительные входы, с одной стороны, через ключ к входу преобразователя ток-напряжение, с другой стороны, к выходу генератора синусоидального напряжения, обеспечивают исключение влияния большой паразитной емкости кабельной линии связи на точность определения его параметров. Это объясняется тем, что преобразователь ток-напряжение, имеющий нулевое входное сопротивление, шунтирует со своей стороны паразитную емкость кабельной линии связи и она не оказывает большого влияния на процесс определения параметров. С другой стороны, генератор синусоидального напряжения имеет близкое к нулю выходное сопротивление и паразитная емкость линии связи также не оказывает влияния на ток через рабочую емкость датчика уровня (определяемого двухполюсника). Указанные отличительные от прототипа признаки придают устройству новое качество, позволяющее проводить измерения параметров двухполюсника, удаленного от средства измерения через линию связи, а именно расширяют его функциональные возможности.Signs characterizing the connection of a two-terminal device through the measuring inputs, on the one hand, through the key to the input of the current-voltage converter, and on the other hand, to the output of the sinusoidal voltage generator, ensure that the large parasitic capacitance of the cable communication line does not affect the accuracy of determining its parameters. This is because a current-voltage converter having a zero input resistance shunts the stray capacitance of the cable line for its part and it does not have a big impact on the parameter determination process. On the other hand, the sinusoidal voltage generator has an output resistance close to zero, and the parasitic capacitance of the communication line also does not affect the current through the working capacitance of the level sensor (detected by a two-terminal device). These distinctive features from the prototype give the device a new quality that allows you to measure the parameters of a two-terminal device remote from the measuring instrument via a communication line, namely, expand its functionality.
Признаки, характеризующие соединение блока управления по частоте с генератором синусоидального напряжения и определителем параметров двухполюсника, позволяют осуществить измерение токов через определяемый двухполюсник и эталон на n разных частотах, число которых соответствует количеству элементов двухполюсника. Совокупность этих признаков, позволяющая в заявленном устройстве использовать амплитудные измерения на n-частотах, в отличие от прототипа, где использованы фазовые измерения, дает возможность расширить функциональные возможности устройства, а именно:Signs characterizing the connection of the frequency control unit with the sinusoidal voltage generator and the determinant of two-terminal parameters make it possible to measure currents through the determined two-terminal and reference at n different frequencies, the number of which corresponds to the number of two-terminal elements. The combination of these features, which allows the claimed device to use amplitude measurements at n-frequencies, in contrast to the prototype, where phase measurements are used, makes it possible to expand the functionality of the device, namely:
- производить через длинную линию определение параметров двухполюсника без заметного снижения метрологических характеристик (в ряде практических случаев длина соединительной линии может достигать 100-500 метров);- through a long line to determine the parameters of the two-terminal without a noticeable decrease in metrological characteristics (in some practical cases, the length of the connecting line can reach 100-500 meters);
- существенно упростить структурную схему средства измерения и, соответственно, его схемотехнику и стоимость.- significantly simplify the structural diagram of the measuring instrument and, accordingly, its circuitry and cost.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определения параметров двухполюсника.Figure 1 presents a functional diagram of a device for determining the parameters of a two-terminal network.
На фиг.2 представлен алгоритм определения параметров двухполюсника.Figure 2 presents the algorithm for determining the parameters of the two-terminal network.
На фиг.3 представлен пример алгоритма определения параметров С и R емкостного датчика уровня.Figure 3 presents an example algorithm for determining the parameters C and R of a capacitive level sensor.
На фиг.4 представлен пример алгоритма извлечения квадратного корня из числа.Figure 4 presents an example algorithm for extracting the square root of a number.
На фиг.5 представлен пример алгоритма численной процедуры извлечения квадратного корня из числа X.Figure 5 presents an example of a numerical algorithm for extracting the square root of the number X.
Представленная на фиг.1 функциональная схема устройства для определения параметров двухполюсника содержит определяемый двухполюсник 1, генератор 2 синусоидального напряжения, соединенный с эталоном 3, выход которого через последовательно соединенные ключ 4, преобразователь 5 ток-напряжение, масштабный 6 усилитель и аналого-цифровой 7 преобразователь, подключен к входам блока 8 управления измерением и определителя 9 параметров двухполюсника, выходы блока управления измерением подключены к управляющим входам ключа, масштабного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, определителя параметров двухполюсника и к входу блока 10 управления по частоте, выходы которого подключены к управляющему входу генератора синусоидального напряжения и к определителю параметров двухполюсника, а блок 12 управления режимами соединен с блоком управления по частоте и через блок 11 задания схемы замещения подключен к определителю параметров двухполюсника, выход которого есть выход устройства. Причем определяемый двухполюсник подключен к измерительным 13 и 14 входам через экранированную кабельную линию 15 связи. Экраны линии связи у измерительных входов соединены и подключены к земляной клемме генератора синусоидального напряжения.The functional diagram of the device for determining the parameters of a two-terminal device shown in FIG. 1 contains a detectable two-
Работу устройства рассмотрим на примере определения параметров двухполюсника, в качестве которого использован емкостной датчик уровня, удаленный с помощью линии связи от устройства на некоторое расстояние, например на 300 метров. Электрическая емкость сухого датчика уровня пусть будет составлять 500 пФ, а паразитная электрическая емкость кабельной линии связи, в качестве которой может быть использован, например, кабель РК 75, будет составлять порядка 20000 пФ. Диэлектрическая жидкость, заполняющая датчик, - керосин. Электрическая схема замещения емкостного датчика уровня соответствует параллельно соединенным электрической емкости Ср и активному сопротивлению Rдиэл. Активная составляющая полного сопротивления емкостного датчика уровня определяется состоянием сопротивления изоляции кабельной линии связи, влажностью в баке, а также сортностью керосина, которому свойственны токи утечки через диэлектрик. Значение активной составляющей может находиться в пределах от 200 кОм до 5 мОм. Поэтому учет этой составляющей при определении сопротивления двухполюсника имеет принципиальное значение для точности измерения уровня заправки.We will consider the operation of the device by the example of determining the parameters of a two-terminal device, which is used as a capacitive level sensor that is removed by a communication line from the device at a certain distance, for example, 300 meters. Let the electrical capacitance of the dry level sensor be 500 pF, and the parasitic electric capacitance of the cable communication line, which can be used, for example, cable PK 75, will be about 20,000 pF. The dielectric fluid filling the sensor is kerosene. The electrical equivalent circuit of the capacitive level sensor corresponds to a parallel-connected electric capacitance C p and active resistance R diel . The active component of the impedance of a capacitive level sensor is determined by the insulation resistance of the cable line, humidity in the tank, and the grade of kerosene, which is characterized by leakage currents through the dielectric. The value of the active component can range from 200 kOhm to 5 mOhm. Therefore, taking this component into account when determining the resistance of a two-terminal network is of fundamental importance for the accuracy of measuring the level of the charge.
Признаки, характеризующие подключение двухполюсника через измерительные входы с одной стороны через ключ 4 к входу преобразователя ток-напряжение, с другой стороны к выходу генератора синусоидального напряжения, обеспечивают исключение влияния огромной паразитной емкости кабельной линии связи на точность определения его параметров. Это объясняется тем, что преобразователь ток-напряжение, имеющий нулевое входное сопротивление, шунтирует со своей стороны паразитную емкость кабельной линии связи и она не оказывает влияния на процесс определения параметров. С другой стороны, генератор синусоидального напряжения имеет очень малое выходное сопротивление и паразитная емкость линии связи также оказывает незначительное влияние на ток через рабочую емкость Ср датчика уровня. Указанные отличительные от прототипа признаки позволяют проводить измерения параметров удаленных от измерительных входов устройства двухполюсников со значениями комплексных сопротивлений, значительно превосходящими комплексное сопротивление кабельной линии связи.Signs characterizing the connection of a two-terminal device through the measuring inputs on the one hand through
Представленный на фиг.2 алгоритм управления определением параметров двухполюсника обеспечивает пояснение работы устройства согласно фиг.1. Блоки, выделенные пунктиром и включающие ту или иную функцию алгоритма, указывают на принадлежность этой функции в охватываемом блоке.Presented in figure 2, the control algorithm for determining the parameters of the two-terminal network provides an explanation of the operation of the device according to figure 1. Blocks marked with a dotted line and including one or another function of the algorithm indicate that this function belongs to the covered block.
Блок 12 управления режимами задает режимы определения параметров двухполюсника. В этом случае:The
- в блок 11 задается схема замещения, в конкретном случае параллельно соединенные электрическая емкость и резистор;- in block 11, an equivalent circuit is set, in a particular case, an electric capacitance and a resistor are connected in parallel;
- в блок 8 управления измерением выдается и фиксируется число необходимых измерений, в данном случае 2, так как двухполюсник двухэлементный. В блоке 8 заложен алгоритм, который должен управлять процессом измерения, включая процедуру масштабирования и аналого-цифрового преобразования;- in the
- в блок 10 управления по частоте задаются и фиксируются значения частот ω1 ω2, на которых будут производится измерения токов;- in the
- блок 11 задания схемы замещения выдает в определитель 9 параметров двухполюсника расчетные зависимости следующего вида:- block 11 of the job equivalent circuit issues in the
где ω1, ω2, Rэт - величины известные и заданы блоком 12 управления режимами, a Iω1, Iω2 - значения токов, которые необходимо измерить. Для практической реализации определения параметров двухполюсника в память определителя 9 параметров двухполюсника записываются алгоритмы численного решения зависимостей согласно выражениям (1) и (2).where ω 1 , ω 2 , R et are known values and are set by the
Признаки, характеризующие соединение блока управления 10 по частоте с генератором 2 синусоидального напряжения и определителем 9 параметров двухполюсника, позволяют осуществить измерение токов через определяемый двухполюсник и эталон на n разных частотах, число которых соответствует количеству элементов двухполюсника. Совокупность этих признаков, позволяющая в заявленном устройстве использовать амплитудные измерения на n-частотах, в отличие от прототипа, где использованы фазовые измерения, дает возможность обеспечить измерение параметров удаленного от объекта измерения двухполюсника, придавая заявленному устройству более широкие функциональные возможности.Signs characterizing the connection of the
Для практической реализации вышеописанных функциональных блоков устройства авторами использована технология автоматизированного проектирования электроники, построенная на применении программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) разработки фирмы Xilinx. Основные особенности ПЛИС:For the practical implementation of the above functional blocks of the device, the authors used the technology of computer-aided design of electronics, based on the use of programmable logic integrated circuits (FPGAs) developed by Xilinx. The main features of FPGAs:
- значительный объем ресурсов;- a significant amount of resources;
- высокая производительность;- high performance;
- высокая гибкость архитектуры с множеством системных особенностей: внутреннее распределенное и блочное ОЗУ, логика ускоренного переноса; внутренние буферы с третьим состоянием и т.д.;- High architecture flexibility with many system features: internal distributed and block RAM, accelerated transfer logic; internal buffers with a third state, etc .;
- возможность программирования непосредственно в системе.- the ability to program directly in the system.
При этом используется программное обеспечение Foundation Series. Данный пакет проектирования включает в себя комплекс средств, позволяющих осуществить разработку ПЛИС фирмы Xilinx, начиная от описания внутреннего содержимого устройства до загрузки конфигурации ПЛИС и отладки непосредственно на печатной плате.It uses Foundation Series software. This design package includes a set of tools that allow the development of Xilinx FPGAs, from describing the internal contents of the device to loading the FPGA configuration and debugging directly on the circuit board.
Блоки 8, 9, 10, 11 и 12 авторами выполнены на микросхеме ХС25200 фирмы Xilinx.
Согласно фиг.1 блок 12 управления режимами запускает измерения комплексных токов через определяемый двухполюсник и эталон. Блок 8, которому задано блоком 12 управления режимами число измерений (в данном случае 2), выставляет в блок 10 управления по частоте сигнал установки первой частоты, на которой должны быть проведены измерения токов через определяемый двухполюсник и через эталон 3. Согласно фиг.2 блок 8 присваивает индексу текущей частоты измерения i значение 1 и выставляет в блок 10 управления по частоте соответствующий сигнал. После чего блок 10 управления по частоте выставляет и фиксирует в определителе 9 параметров двухполюсника значение первой частоты ωI, а на управляющий вход генератора 2 синусоидального напряжения сигнал, согласно которому последний на выходе формирует напряжение заданной первой частоты ωi. Генератор синусоидального напряжения может быть выполнен в данном случае на операционном усилителе, в обратную связь которого включен мост Вина. Изменение частоты может быть реализовано через управление параметрами времязадающей цепи генератора. Другим примером выполнения генератора может быть его выполнение на микросхеме ХС25200 Xilinx, которая запрограммирована на формирование многоступенчатого сигнала с последующей его подачей на низкочастотный фильтр. Напряжения заданной первой частоты Uωi поступает на измерительные входы устройства для питания определяемого двухполюсника или эталона. Далее блок 8 управления измерением устанавливает признак j положения ключа 4. Положений у ключа 2, а признаку j присваивается значение 1. Согласно этому признаку определяемый двухполюсник отключен от измерительной цепи, а вместо него к измерительной цепи подключен эталон 3. В качестве эталона может быть использован резистор сопротивлением Rэт. Через эталон протекает ток, по измеренному значению которого определяется выходное напряжение генератора 2 синусоидального напряжения согласно выражениюAccording to FIG. 1, the
Значение тока измеряется следующим образом. Согласно фиг.1 ток через эталон с выхода ключа 4 поступает через преобразователь 5 ток-напряжение на вход масштабного 6 усилителя. Масштабный усилитель обеспечивает усиление напряжения в соответствии с масштабом, который ему задает блок 8 управления измерением. Процесс масштабирования усилителя 6 показан на фиг.2. С выхода масштабного усилителя напряжение поступает на вход аналого-цифрового 7 преобразователя интегрирующего типа. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) выполнен в виде двухтактного интегратора. Выбор такого вида АЦП обусловлен, прежде всего, высокой линейностью характеристики, большой разрешающей способностью и хорошим подавлением высокочастотной помехи. АЦП работает в два такта, первый такт - заряд интегратора, второй такт - его разряд. В первый такт происходит интегрирование входного сигнала, являющееся периодической функцией, во втором такте происходит интегрирование сигнала от источника опорного напряжения. Разрешающая способность АЦП, определяющая разрешающую способность устройства в целом, пропорциональна времени второго такта (разряда интегратора), а также частоте заполняющих импульсов. Управление переключением тактов АЦП и подачу заполняющих импульсов осуществляет блок 8 управления измерением. Оцифрованное значение измеренного тока поступает в определитель 9 параметров двухполюсника для дальнейшего его использования в вычислениях согласно выражениям (1) и (2) и в блок 8 управления измерением для управления масштабом усиления. Управление масштабом усиления позволяет повысить точность работы АЦП. Масштабирование построено таким образом, что цифровое значение снимаемого с АПЦ сигнала не должно превышать половины емкости АЦП. Исходя из этого, для примера реализации изобретения предложен алгоритм, представленный на фиг.2. Согласно этому алгоритму анализируется число α, которое равно отношению значения полной емкости АЦП к цифровому значению измеренного тока. Исходя из вычисленного значения числа α, выбирается один из четырех масштабов (8; 4; 2; 1). После того как определен масштаб усиления измеряемого тока, в определителе 9 параметров двухполюсника производится фиксирование его значения с масштабом измерения, предназначенное для дальнейших операций по определению параметров двухполюсника. Далее, согласно фиг.2, если j не равно 2, то его значение в блоке 8 управления измерением увеличивается на единицу и там же формируется управляющий сигнал на переключение ключа 4 во второе положение. Это соответствует тому, что эталон отключается и подключается к измерительной цепи определяемый двухполюсник. Через двухполюсник протекает ток, значение которого определяется выражениемThe current value is measured as follows. According to figure 1, the current through the standard from the output of the
Далее процедура измерения тока через двухполюсник определяется действиями, описанными при измерении тока через эталон. После того как значение тока через двухполюсник будет измерено и зафиксировано в определителе 9 параметров двухполюсника, алгоритм согласно фиг.2 перейдет к анализу условия, в котором j равно 2. Так как ключ 4 находится во втором положении, то условие будет выполнено и алгоритм перейдет к анализу следующего условия, в котором будет осуществлен анализ текущей частоты измерения. Так как измерение производилось на первой частоте, то условие не будет выполнено и алгоритм перейдет к выполнению действия по установке второй частоты ωi. В результате будет выполнено действие j:=j+1 и блок 8 управления измерением выставит сигнал об установке второй частоты ωi. По этому сигналу блок 10 управления по частоте формирует сигнал в генератор 2 синусоидального напряжения для установки второй частоты, предназначенной для питания двухполюсника или эталона. Одновременно блок 10 управления по частоте устанавливает и фиксирует в определителе 9 параметров двухполюсника значение второй частоты, которая используется для расчета параметров двухполюсника. Затем блок 8 управления измерением инициирует измерение. Процедура измерения токов на второй частоте повторяется согласно вышеописанному.Further, the procedure for measuring current through a two-terminal network is determined by the steps described when measuring current through a standard. After the value of the current through the two-terminal network is measured and recorded in the
После того как число измерений i будет равно n, то условие последнего блока алгоритма согласно фиг.2 не будет выполнено и алгоритм перейдет к вычислению параметров двухполюсника.After the number of measurements i is equal to n, the condition of the last block of the algorithm according to FIG. 2 will not be fulfilled and the algorithm will proceed to the calculation of the two-terminal parameters.
Представленный на фиг.2 алгоритм работы устройства содержит действие определения параметров двухполюсника, которое направлено на вычисление выражений согласно (1) и (2).Presented in figure 2, the algorithm of the device contains the action of determining the parameters of the two-terminal network, which is aimed at calculating expressions according to (1) and (2).
В примере конкретного исполнения устройства алгоритм вычисления параметров двухполюсника С и R представлен на фиг.3. Он представляет собой последовательность действий по определению промежуточных численных значений, которые необходимы для вычисления значений параметров двухполюсника. Представленный на фиг.3 алгоритм вполне очевиден. Однако блоки, в которых вычисляются значения параметров, имеет такую функцию, как извлечение квадратного корня.In an example of a specific embodiment of the device, an algorithm for calculating the parameters of a two-terminal device C and R is presented in Fig.3. It is a sequence of actions for determining intermediate numerical values that are necessary to calculate the values of the parameters of a two-terminal device. Presented in figure 3, the algorithm is quite obvious. However, the blocks in which the parameter values are calculated have a function such as square root extraction.
На фиг.4 и фиг.5 представлен пример конкретного исполнения численного решения функции извлечения квадратного корня из числа. Причем на фиг.4 представлен алгоритм извлечения квадратного корня из числа х, который имеет вложенный блок Result=SQRoot 2(x), процедура реализации которого представлена на фиг.5.Figure 4 and figure 5 presents an example of a specific implementation of the numerical solution of the function of extracting the square root of a number. Moreover, figure 4 shows the algorithm for extracting the square root of the number x, which has an embedded block Result = SQRoot 2 (x), the implementation procedure of which is presented in figure 5.
Численная процедура извлечения квадратного корня из числа х, представленная на фиг.5, работает с числом, значение которого находится в пределах от 0,1 до 1,9.The numerical procedure for extracting the square root of the number x, presented in figure 5, works with a number whose value is in the range from 0.1 to 1.9.
Итак, алгоритм извлечения квадратного корня, представленный на фиг.4, работает следующим образом.So, the square root extraction algorithm presented in figure 4, works as follows.
Вводится число х для извлечения квадратного корня; вводятся начальные переменные и константа, значение которой расположено в пределах от 0,1 до 1,9; число анализируется на нулевое значение, если оно не равно нулю, то осуществляется переход к блоку условия, в котором значение числа х сопоставляется со значением константы 1,4121; если значение числа х больше/меньше константы делится/умножается на 2 столько раз, чтобы результат был меньше/больше константы, при этом число N деления/умножений считается; в результате этих операций получается число х, значение которого находится в пределах от 0,1 до 1,9. После этого включается численная процедура извлечения квадратного корня, алгоритм которой представлен на фиг.5. Процедура извлечения квадратного корня работает следующим образом: вводится числовое значение х, из которого нужно извлечь корень; вводятся начальные значения результата и значение начального приближения к результату извлечения квадратного корня; вводятся начальные значения переменных алгоритма; вводится число шагов итерации, в конкретном случае N=128 (это число определяет точность численного решения извлечения квадратного корня); путем последовательных приближений через 128 шагов определяется численное значение результата извлечения квадратного корня; вывод результата.Enter the number x to extract the square root; initial variables and a constant are introduced, the value of which is in the range from 0.1 to 1.9; the number is analyzed for a zero value, if it is not equal to zero, then a transition is made to the condition block in which the value of the number x is compared with the value of the constant 1.4121; if the value of the number x greater than / less than the constant is divisible / multiplied by 2 so many times that the result is less / more than the constant, while the number N of division / multiplication is considered; as a result of these operations, the number x is obtained, the value of which is in the range from 0.1 to 1.9. After that, the numerical procedure for extracting the square root is turned on, the algorithm of which is presented in Fig.5. The procedure for extracting the square root works as follows: enter the numerical value of x, from which you want to extract the root; the initial values of the result and the value of the initial approximation to the result of extracting the square root are entered; initial values of the algorithm variables are entered; the number of iteration steps is introduced, in the specific case N = 128 (this number determines the accuracy of the numerical solution of the square root extraction); by successive approximations after 128 steps, the numerical value of the square root extraction result is determined; output result.
Затем при возвращении к алгоритму согласно фиг.4 осуществляются следующие действия: то число х, которое делилось/умножалось на 2 N-раз, теперь умножается/делится на 2 также N-раз, т.е. число х возвращается к прежнему масштабу. После этих действий результат извлечения квадратного корня из числа выводится.Then, when returning to the algorithm according to Fig. 4, the following actions are carried out: the number x that is divided / multiplied by 2 N-times is now multiplied / divided by 2 also N-times, i.e. the number x returns to the previous scale. After these actions, the result of extracting the square root of the number is displayed.
Вышеописанные алгоритмы известны и почерпнуты из общедоступной литературы. Также эти алгоритмы можно реализовать с помощью программного обеспечения Foundation Series, пакета программных средств, предназначенных для проектирования ПЛИС фирмы Xilinx, содержащего средства схемного ввода, моделирования, редактирования и синтеза.The above algorithms are known and gleaned from the public literature. Also, these algorithms can be implemented using Foundation Series software, a software package designed to design Xilinx FPGAs that contains circuit input, modeling, editing, and synthesis tools.
Заявленное устройство авторами апробировано на макетном изделии. В настоящий момент авторами создается система измерения уровня заправки ракетного блока, которая предназначена для модернизации наземной аппаратуры одной из стартовых пусковых установок полигона "Байконур".The claimed device by the authors tested on a breadboard product. At the moment, the authors are creating a system for measuring the level of a missile unit’s refueling, which is designed to modernize the ground equipment of one of the launch launchers of the Baikonur training ground.
Используемая литератураUsed Books
1. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ. Измерительная техника. 1996, № 6, с.56-60.1. Agamalov Yu.R., Bobylev D.A., Kneller V.Yu. Measuring instrument-analyzer of complex resistance parameters based on a personal computer. Measuring technique. 1996, No. 6, pp. 56-60.
2. К.Б.Карандеев, Ф.Б.Гриневич, А.И.Новик. Емкостные самокомпенсированные уровнемеры. М:, издательство "Энергия", 1966, с.135.2. K. B. Karandeyev, F. B. Grinevich, A. I. Novik. Capacitive self-compensated level gauges. M :, publishing house "Energy", 1966, p.135.
3. А.И.Новик. "Системы автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока", Киев:, Наукова Думка, 1983, с.9-10.3. A.I. Novik. "Systems of automatic balancing of digital extreme AC bridges", Kiev :, Naukova Dumka, 1983, pp. 9-10.
4. Патент РФ №2025666, кл. G 01 F 23/26, "Многоточечный сигнализатор уровня (его варианты)".4. RF patent No. 2025666, cl. G 01 F 23/26, "Multipoint level switch (options)."
5. Патент № 2144196, кл. G 01 R 17/10, 27/02, "Способ измерения параметров трехэлементных двухполюсников частотно-независимыми мостами переменного тока".5. Patent No. 2144196, cl. G 01 R 17/10, 27/02, "Method for measuring the parameters of three-element two-terminal networks with frequency-independent AC bridges."
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129114/28A RU2262115C2 (en) | 2003-10-01 | 2003-10-01 | Device for determining parameters of two-terminal circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129114/28A RU2262115C2 (en) | 2003-10-01 | 2003-10-01 | Device for determining parameters of two-terminal circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003129114A RU2003129114A (en) | 2005-03-27 |
| RU2262115C2 true RU2262115C2 (en) | 2005-10-10 |
Family
ID=35560190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003129114/28A RU2262115C2 (en) | 2003-10-01 | 2003-10-01 | Device for determining parameters of two-terminal circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2262115C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449295C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for bipole parameters determination |
| RU2458353C1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-08-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Apparatus for determining parameters of two-terminal device |
| RU2587647C2 (en) * | 2014-10-07 | 2016-06-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Apparatus for determining parameters of two-terminal device |
| RU2675250C1 (en) * | 2018-03-22 | 2018-12-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Уральский завод новых технологий" | Coupling capacitors condition monitoring system |
-
2003
- 2003-10-01 RU RU2003129114/28A patent/RU2262115C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АГАЛАМОВ Ю.Р. и др. Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ // Измерительная техника, 1996, №6. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449295C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for bipole parameters determination |
| RU2458353C1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-08-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Apparatus for determining parameters of two-terminal device |
| RU2587647C2 (en) * | 2014-10-07 | 2016-06-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Apparatus for determining parameters of two-terminal device |
| RU2675250C1 (en) * | 2018-03-22 | 2018-12-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Уральский завод новых технологий" | Coupling capacitors condition monitoring system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003129114A (en) | 2005-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Vooka et al. | A direct digital readout circuit for impedance sensors | |
| JPH0260986B2 (en) | ||
| CN104283565A (en) | Capacitance to Digital Converter and Method | |
| US7383140B2 (en) | Capacitance, inductance and impedance measurements using multi-tone stimulation and DSP algorithms | |
| US9910074B2 (en) | Digital approach to the removal of AC parasitics for impedance measurements | |
| RU2262668C2 (en) | Device for measuring level of dielectric matter | |
| RU2262115C2 (en) | Device for determining parameters of two-terminal circuit | |
| RU2593818C1 (en) | Method and device for measuring capacitance | |
| CN105115535B (en) | The analogue means of capacitance sensor | |
| Yu et al. | Fractional-order dual-slope integral fast analog-to-digital converter with high sensitivity | |
| RU2260809C2 (en) | Method for determination of two-terminal network parameters | |
| RU2449295C1 (en) | Method for bipole parameters determination | |
| RU2458353C1 (en) | Apparatus for determining parameters of two-terminal device | |
| Djermanova et al. | Portable Arduino-Based LCR–Meter | |
| RU2499232C1 (en) | Device to measure level of dielectric substance | |
| Sreenath et al. | A novel closed-loop SC capacitance-to-frequency converter with high linearity | |
| Hidalgo-López | A simple interface circuit for digital readout of lossy capacitive sensors | |
| Amira et al. | Quasi-balanced bridge method for the measurements of the impedances | |
| Hoja et al. | An analysis of a measurement probe for a high impedance spectroscopy analyzer | |
| Hall | How electronics changed impedance measurements | |
| Trigo et al. | Standard for electric distorted waveforms | |
| Slomovitz et al. | A power standard system for calibration of power analyzers | |
| US3727132A (en) | Method of and system for measuring electrical powers in an energetic deformant state | |
| RU2583879C2 (en) | Method for determination of bipole parameters | |
| Sarkar et al. | Hierarchical extreme learning machine-polynomial based low valued capacitance measurement using frequency synthesizer–vector voltmeter |