RU2582880C2

RU2582880C2 - Digital meter of sinusoidal voltage parameters

Info

Publication number: RU2582880C2
Application number: RU2015111602/28A
Authority: RU
Inventors: Гарри Романович Аванесян
Original assignee: Гарри Романович Аванесян
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2016-04-27
Also published as: RU2015111602A

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to electric radio measurements and can be used in designing of digital devices for measuring mean-square, half-period average and amplitude values of sinusoidal signals. Peculiar feature of device is determination of required parameter of sinusoidal voltage by measuring only its instantaneous value selected strictly at certain moment, which depends both on frequency of analysed voltage, and on measured parameter. Meter consists of pulse shaper, two generators of time intervals, OR element, analogue-to-digital converter and averaging unit.

EFFECT: technical result achieved when using invention consists in enabling of implementation of relatively simple digital devices with wide range of measured values.

6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано при построении цифровых измерителей среднеквадратического, средневыпрямленного и амплитудного значений синусоидальных сигналов.The invention relates to the field of electro-radio measurements and can be used in the construction of digital meters RMS, RMS and amplitude values of sinusoidal signals.

Известные измерители параметров синусоидального напряжения чаще всего строятся по схеме, состоящей из аналогового преобразователя синусоидального напряжения в постоянное и измерителя постоянного напряжения, представляющего собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП) [Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах / Под общей редакцией Б.Н. Тихонова - М.: Горячая линия-Телеком, 2007, стр. 160-161, рис. 7.9, 7.10]. Во входном аналоговом преобразователе исследуемое переменное напряжение синусоидальной формы преобразуется в постоянное, как правило, путем его двухполупериодного выпрямления, после чего полученное средневыпрямленное значение преобразуют в цифровой вид, а конечный результат представляют после перемножения цифрового кода средневыпрямленного напряжения на постоянный коэффициент, зависящий от того, какой из параметров (среднеквадратическое или амплитудное значение) следует измерить, например, для получения среднеквадратического значения средневыпрямленное умножают на

Known meters of sinusoidal voltage parameters are most often constructed according to a scheme consisting of an analog sinusoidal voltage to DC converter and a DC voltage meter, which is an analog-to-digital converter (ADC) [Metrology and Electro-Radio Measurements in Telecommunication Systems / Edited by B.N. Tikhonova - M .: Hotline-Telecom, 2007, p. 160-161, fig. 7.9, 7.10]. In the input analog converter, the studied sinusoidal alternating voltage is converted to direct, as a rule, by its half-wave rectification, after which the obtained average rectified value is converted to digital form, and the final result is presented after the digital code of the average rectified voltage is multiplied by a constant coefficient, depending on which from the parameters (rms or amplitude value) should be measured, for example, to obtain the rms value The average straightenings are multiplied by

Существенным недостатком измерителя является необходимость выполнения аналоговой операции преобразования переменного напряжения в постоянное, от точности которой зависит конечный результат, а также необходимость выполнения арифметических операций перемножения на постоянные коэффициенты.A significant drawback of the meter is the need to perform the analog operation of converting AC voltage to DC, the accuracy of which determines the final result, as well as the need to perform arithmetic operations of multiplication by constant coefficients.

В качестве прототипа выбрано устройство, в которое входят два аналоговых компаратора, синхронизатор, измеритель временных интервалов и функциональный преобразователь. Первые входы аналоговых компараторов объединены и составляют вход устройства, второй вход первого аналогового компаратора является входом порогового уровня, второй вход второго аналогового компаратора соединен с шиной нулевого потенциала, выход первого аналогового компаратора соединен со входом синхронизатора, выход которого соединен с управляющим входом измерителя временных интервалов, информационный вход которого соединен с выходом второго аналогового компаратора, выходы измерителя временных интервалов соединены с соответствующими входами функционального преобразователя, выход которого является выходом устройства [Пат. RU 2229138. Опубл. 20.05.2004. Бюл. №14]. Устройство реализует способ, в основе которого лежит принцип определения амплитудного значения сигнала по измерению временного интервала между двумя точками полуволны, имеющими равные значения. Способ позволяет получать информацию о значениях исследуемого напряжения путем измерений только во временной области, исключая таким образом операцию амплитудно-цифрового преобразования напряжения. В то же время его недостатком, ограничивающим применение, является необходимость выполнения относительно сложной арифметической операции вычисления значения тригонометрической функции, связывающей измеренный временной интервал с оцениваемым напряжением. Кроме того, чувствительность способа зависит от выбора уровня, на котором измеряют временной интервал между одноименными точками, что на практике приводит к ограничению реального диапазона измерений.As a prototype, a device was selected that includes two analog comparators, a synchronizer, a time interval meter, and a functional converter. The first inputs of the analog comparators are combined and make up the input of the device, the second input of the first analog comparator is a threshold level input, the second input of the second analog comparator is connected to the zero potential bus, the output of the first analog comparator is connected to the synchronizer input, the output of which is connected to the control input of the time interval meter, the information input of which is connected to the output of the second analog comparator, the outputs of the time interval meter are connected to the inputs of the functional Converter, the output of which is the output of the device [Pat. RU 2229138. Publ. 05/20/2004. Bull. No. 14]. The device implements a method based on the principle of determining the amplitude value of a signal by measuring the time interval between two half-wave points having equal values. The method allows to obtain information about the values of the investigated voltage by measuring only in the time domain, thus excluding the operation of the amplitude-digital voltage conversion. At the same time, its drawback limiting the application is the need to perform a relatively complex arithmetic operation to calculate the value of a trigonometric function that relates the measured time interval to the estimated voltage. In addition, the sensitivity of the method depends on the choice of the level at which the time interval between the same points is measured, which in practice leads to a limitation of the real measurement range.

Недостатки устройства обусловлены недостатками способа, это прежде всего необходимость применения функционального преобразователя, служащего для вычисления значений тригонометрических функций, то есть относительная сложность реализации и ограниченный диапазон измерений.The disadvantages of the device are due to the disadvantages of the method, first of all, the need to use a functional converter, which serves to calculate the values of trigonometric functions, that is, the relative complexity of the implementation and a limited measurement range.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит главным образом в упрощении устройства и расширении диапазона измерений.The technical result achieved using the present invention consists mainly in simplifying the device and expanding the measurement range.

Технический результат достигается тем, что цифровой измеритель параметров синусоидального напряжения, согласно изобретению, содержит формирователь импульсов, два формирователя временных интервалов, работающих потактно, логический элемент ИЛИ, аналого-цифровой преобразователь и блок усреднения, выход которого является выходом измерителя, информационным входом которого является вход формирователя импульсов, к выходу которого подключены объединенные информационные входы формирователей временных интервалов, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом блока усреднения, информационный вход аналого-цифрового преобразователя объединен со входом формирователя импульсов.The technical result is achieved by the fact that the digital meter of the sinusoidal voltage parameters, according to the invention, comprises a pulse shaper, two time interval shapers that operate in tact, an OR logic element, an analog-to-digital converter and an averaging unit, the output of which is the output of the meter, the input of which is the input pulse shaper, the output of which is connected to the combined information inputs of the shapers of time intervals, the outputs of which are connected with respective inputs OR element whose output is connected to the clock input of the analog-digital converter whose output is connected to an input of an averaging unit having an information input analog-to-digital converter is combined with the input pulse shaper.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг. 1 показаны временные диаграммы, поясняющие принцип измерений. На фиг. 2 представлена обобщенная функциональная схема измерителя. На фиг. 3 представлена функциональная схема одного из возможных вариантов реализации измерителя, включая функциональные схемы формирователей временных интервалов, а на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия измерителя по фиг. 3.The invention is illustrated graphic material. In FIG. 1 is a timing chart explaining a measurement principle. In FIG. 2 presents a generalized functional diagram of the meter. In FIG. 3 is a functional diagram of one of the possible meter implementations, including functional diagrams of time interval shapers, and FIG. 4 is a timing chart explaining the principle of operation of the meter of FIG. 3.

Временные диаграммы (фиг. 1) содержат входной u(t) синусоидальный сигнал с постоянным периодом Т и среднеквадратическим значением U_RMS, а также короткие импульсы выборки х(t), соответствующие 1-му и 2-му тактам измерений (тактовые импульсы С на выходах формирователей временных интервалов).Timing diagrams (Fig. 1) contain an input u (t) sinusoidal signal with a constant period T and rms value U _RMS , as well as short sampling pulses x (t) corresponding to the 1st and 2nd measurement clocks (clock pulses C to the outputs of the shapers of time intervals).

Функциональная схема по фиг. 2 содержит аналоговый формирователь 1 импульсов, формирователи 2, 3 временных интервалов, логический элемент ИЛИ 4, АЦП 5 и блок 6 усреднения, выход которого является выходом измерителя, входом u(t) которого является вход формирователя 1, выход которого соединен с объединенными информационными входами формирователей 2, 3 временных интервалов, выходы которых соединены с соотвествующими входами элемента ИЛИ 4, выход которого соединен с тактовым входом С АЦП 5, информационный вход DI которого объединен со входом формирователя 1, а выход соединен со входом блока 6 усреднения, первые и вторые тактовые входы формирователей 2, 3 объединены и составляют первый CLK1 и второй CLK2 тактовые входы измерителя.The functional diagram of FIG. 2 contains an analog driver 1 of the pulses, drivers 2, 3 time intervals, a logic element OR 4, ADC 5 and an averaging unit 6, the output of which is the output of the meter, the input u (t) of which is the input of the driver 1, the output of which is connected to the combined information inputs shapers 2, 3 time intervals, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the OR element 4, the output of which is connected to the clock input C of the ADC 5, the information input DI of which is combined with the input of the shaper 1, and the output is connected to Odom averaging unit 6, the first and second clock inputs of the formers 2, 3 are combined and constitute the first and second CLK1 CLK2 clock inputs of the meter.

Функциональная схема по фиг. 3 содержит формирователь 7 импульсов, первый формирователь 8 временных интервалов, второй формирователь 9 временных интервалов, элемент ИЛИ 10 и АЦП 11. Информационные входы формирователей 8, 9 объединены и подключены к выходу формирователя 7 импульсов, вход которого объединен с информационным входом DI АЦП 11, тактовый вход С которого соединен с выходом элемента ИЛИ 10, входы которого соединены с выходами формирователей 8, 9. Формирователь 8 временных интервалов содержит счетный триггер 12-1, ZD-триггер 13-1, логические элементы И 14-1, 15-1 и реверсивный счетчик 16-1, выход переноса обратного счета PD которого является выходом формирователя, с которым соединен обнуляющий вход D-триггера 13-1, тактовый вход которого объединен с тактовым входом триггера 12-1 и является информационным входом формирователя, прямой выход триггера 12-1 соединен с первым входом элемента И 14-1, а инверсный - с первым входом элемента И 15-1, второй вход которого соединен с выходом D-триггера 13-1, D-вход которого является входом фиксированного уровня логической единицы, второй и третий входы элементов И 14-1 и 15-1 соответственно служат тактовыми входами CLK1 и CLK2, выход элемента И 14-1 соединен со входом прямого счета CU (суммирующий вход) счетчика 16-1, а выход элемента И 15-1 - со входом обратного счета CD (вычитающий вход) счетчика 16-1, разрядные выходы которого составляют выход Т измерения периода исследуемого сигнала. Формирователь 9 временных интервалов содержит счетный триггер 12-2, D-триггер 13-2, логические элементы И 14-2, 15-2 и реверсивный счетчик 16-2, выход переноса обратного счета PD которого является выходом формирователя, с которым соединен обнуляющий вход D-триггера 13-2, тактовый вход которого объединен с тактовым входом триггера 12-2 и является информационным входом формирователя, инверсный выход триггера 12-2 соединен с первым входом элемента И 14-2, а прямой - с первым входом элемента И 15-2, второй вход которого соединен с выходом D-триггера 13-2, D-вход которого является входом фиксированного уровня логической единицы, второй и третий входы элементов И 14-2 и 15-2 соответственно служат тактовыми входами CLK1 и CLK2, выход элемента И 14-2 соединен со входом прямого счета CU (суммирующий вход) счетчика 16-2, а выход элемента И 15-2 - со входом обратного счета CD (вычитающий вход) счетчика 16-2.The functional diagram of FIG. 3 contains a pulse shaper 7, a first time slot shaper 8, a second time slot shaper 9, an OR element 10 and an ADC 11. The information inputs of the shapers 8, 9 are combined and connected to the output of a pulse shaper 7, the input of which is combined with the information input DI of the ADC 11, a clock input From which is connected to the output of the element OR 10, the inputs of which are connected to the outputs of the shapers 8, 9. The shaper 8 of the time intervals contains a counting trigger 12-1, ZD-trigger 13-1, logical elements AND 14-1, 15-1 and reverse mid detector 16-1, the PD countdown transfer output of which is the output of the driver, to which the null input of the D-trigger 13-1 is connected, the clock input of which is combined with the clock input of the trigger 12-1 and is the information input of the driver, direct output of the trigger 12-1 connected to the first input of AND element 14-1, and inverse to the first input of AND 15-1 element, the second input of which is connected to the output of the D-trigger 13-1, the D-input of which is an input of a fixed level of a logical unit, the second and third inputs elements And 14-1 and 15-1 respectively serving clock inputs CLK1 and CLK2, the output of the element And 14-1 is connected to the input of the direct count CU (summing input) of the counter 16-1, and the output of the element And 15-1 is connected to the input of the countdown CD (subtracting input) of the counter 16-1, bit the outputs of which comprise the output T of measuring the period of the signal under study. Shaper 9 time intervals contains a counting trigger 12-2, D-trigger 13-2, logic elements And 14-2, 15-2 and a reversing counter 16-2, the transfer output of the countdown PD which is the output of the shaper, to which the resetting input is connected D-flip-flop 13-2, the clock input of which is combined with the clock input of flip-flop 12-2 and is an information input of the driver, the inverse output of flip-flop 12-2 is connected to the first input of the element And 14-2, and the line is the first input of the element And 15- 2, the second input of which is connected to the output of the D-trigger 13-2, the D-input of which o is an input of a fixed level of a logical unit, the second and third inputs of the elements And 14-2 and 15-2 respectively serve as clock inputs CLK1 and CLK2, the output of the element And 14-2 is connected to the direct count input CU (summing input) of the counter 16-2, and the output of the element And 15-2 - with the input of the countdown CD (subtracting input) of the counter 16-2.

Временные диаграммы (фиг. 4) содержат входной u(t) синусоидальный сигнал с периодом Т и среднеквадратическим значением U_RMS, импульсы S на выходе формирователя 7, импульс Q1 на выходе триггера 12-1, пакет счетных импульсов CU на входе прямого счета реверсивного счетчика 16-1, импульс Q2 на выходе триггера 13-1, пакет счетных импульсов CU на входе обратного счета реверсивного счетчика 16-1 и импульс C(PD) на выходе переноса счетчика 16-1.Timing diagrams (Fig. 4) contain an input u (t) sinusoidal signal with period T and rms value U _RMS , pulses S at the output of the driver 7, pulse Q1 at the output of the trigger 12-1, a packet of counting pulses CU at the input of the direct counting of the reverse counter 16-1, a pulse Q2 at the output of the trigger 13-1, a packet of counting pulses CU at the input of the countdown of the reverse counter 16-1 and a pulse C (PD) at the output of the transfer of the counter 16-1.

В основе алгоритма функционирования заявленного измерителя лежит взаимосвязь параметров синусоидального напряжения u(t), к которым относятся среднеквадратическое значение, средневыпрямленное и амплитудное, с фазой синусоиды. Всегда можно найти фазу φ, при которой для всех n (n=1, 2, 3, …) будет соблюдаться равенство:The functioning algorithm of the claimed meter is based on the relationship between the parameters of the sinusoidal voltage u (t), which include the root mean square value, mean square and amplitude, with the phase of the sinusoid. You can always find the phase φ at which for all n (n = 1, 2, 3, ...) the equality holds:

- между среднеквадратическим значением синусоиды и модулем ее мгновенного значения, соответствующего фазе φ- between the mean square value of the sine wave and the modulus of its instantaneous value corresponding to the phase φ

- между средневыпрямленным значением и модулем ее мгновенного значения, соответствующего фазе φ- between the average straightened value and the modulus of its instantaneous value corresponding to the phase φ

- между амплитудным значением и модулем ее мгновенного значения, соответствующего фазе φ- between the amplitude value and the modulus of its instantaneous value corresponding to the phase φ

Следовательно, отсчет с началом любой полуволны временного интервала, соответствующего заданной фазе, по сути определяет момент достижения синусоидой мгновенного значения u(f), равного измеряемому параметру. В частности, при

будет справедлива запись (1), при

будет справедлива запись (2), а при

- запись (3). Таким образом для измерения среднеквадратического значения U_RMS синусоидального напряжения следует сформировать временной интервал, привязанный к началу полуволны и равный 778, для измерения средневыпрямленного U_|AVG| - Т/9,1, для измерения амплитудного U- Г/4.Therefore, the countdown from the beginning of any half-wave of the time interval corresponding to a given phase essentially determines the moment the sinusoid reaches the instantaneous value u (f) equal to the measured parameter. In particular, when

the following record will be valid (1), when

the record (2) will be valid, and when

- record (3). Thus, to measure the RMS value of the U _RMS sinusoidal voltage, one should form a time interval tied to the beginning of the half-wave and equal to 778 to measure the mean-rectified U _{| AVG |} - T / 9.1, for measuring the amplitude of U-G / 4.

На графиках по фиг. 1 показан пример определения среднеквадратического значения U_RMS. Цикл единичного измерения состоит из двух тактов, в каждом такте на первом этапе происходит измерение периода Т, и по результатам измерения T - на втором этапе - формирование временного интервала T/8, начало которого совпадает с началом положительной полуволны следующего периода, как показано на фиг. 1. При этом начало каждого очередного такта совпадает с началом очередной положительной полуволны, а заканчивается такт по завершении формирования упомянутого временного интервала. Причем длительность каждого такта, как несложно видеть из графиков, составляет T+T/8, и они перекрываются во времени. Наличие двух тактов позволяет ускорить процесс измерений, поскольку одновременно с формированием временного интервала, размеры которого определены по результатам измерений периода в первом такте, происходит измерение периода во втором такте. Таким образом, при наличии двух физически независимых блоков, выполняющих указанные операции и работающих потактно, но с перекрытием во времени, удается реализовать алгоритм, позволяющий получать оценку искомого мгновенного значения в каждом периоде.In the graphs of FIG. 1 shows an example of determining the RMS value of U _RMS. The cycle of a single measurement consists of two cycles, in each step at the first stage, the measurement of the period T takes place, and according to the measurement results T - at the second stage - the formation of the time interval T / 8, the beginning of which coincides with the beginning of the positive half-wave of the next period, as shown in FIG. . 1. At the same time, the beginning of each regular cycle coincides with the beginning of the next positive half-wave, and the cycle ends when the formation of the mentioned time interval is completed. Moreover, the duration of each measure, as you can easily see from the graphs, is T + T / 8, and they overlap in time. The presence of two measures allows you to speed up the measurement process, since at the same time the formation of a time interval, the dimensions of which are determined by the results of measurements of the period in the first measure, the period is measured in the second measure. Thus, in the presence of two physically independent units that perform the indicated operations and operate tacitly, but with overlap in time, it is possible to implement an algorithm that allows one to obtain an estimate of the sought instant value in each period.

Принцип действия цифрового измерителя (см. фиг. 2) сводится к следующему.The principle of operation of a digital meter (see Fig. 2) is as follows.

Входной сигнал - синусоидальное напряжение u(t) - поступает на вход формирователя 1 импульсов, где происходит его клиппирование, после чего импульсы, начало которых определяет начало положительных волн, поступают на информационные входы одновременно двух формирователей 2, 3 временных интервалов. Указанные формирователи временных интервалов работают поочередно, потактно: во время первого периода измеряет значение T верхний по схеме формирователь 2, во время второго периода - нижний по схеме формирователь 3 (формирователь 2 в это время непосредственно формирует временной интервал), далее, во время действия третьего периода значение T измеряет верхний по схеме формирователь 2 (формирователь 3 в это время непосредственно формирует следующий временной интервал) и т.д. По окончании формирования временных интервалов на выходах формирователей 2, 3 поочередно с периодом T вырабатываются импульсы выборки, подаваемые через элемент ИЛИ 4 на тактовый вход АЦП 5, в результате последний оцифровывает и запоминает отсчет напряжения u(t), соответствующий значению исследуемого параметра. Отсчеты, полученные указанным образом, поступают в блок 6 усреднения, служащий для получения оценки как результата усреднения единичных измерений за выбранное количество периодов, задаваемых блоком усреднения. В общем случае, принимая во внимание равенства (1)-(3) и полагая, что за один период Т берется один отсчет мгновенного значения сигнала, результат измерений u^* можно показать в виде следующей суммы:The input signal - sinusoidal voltage u (t) - is fed to the input of the pulse shaper 1, where it is clipped, after which the pulses, the beginning of which determines the beginning of the positive waves, go to the information inputs of two shapers 2, 3 time intervals simultaneously. These time interval shapers operate alternately, tactfully: during the first period, the former Shaper 2 measures the value of T, during the second period, the lower Shaper 3 according to the scheme (shaper 2 directly forms the time interval at that time), then, during the third period, the value of T is measured by the upper shaper 2 according to the scheme (shaper 3 at this time directly forms the next time interval), etc. At the end of the formation of time intervals at the outputs of the shapers 2, 3, sampling pulses are generated alternately with a period T and supplied through the OR 4 element to the clock input of the ADC 5; as a result, the latter digitizes and stores the voltage count u (t) corresponding to the value of the studied parameter. The samples obtained in this way enter the averaging unit 6, which serves to obtain an estimate as a result of averaging unit measurements over a selected number of periods specified by the averaging unit. In the general case, taking into account equalities (1) - (3) and assuming that for one period T one sample of the instantaneous signal value is taken, the measurement result u ^* can be shown in the form of the following sum:

где М - количество периодов исследуемого синусоидального напряжения, участвующих в усреднении;where M is the number of periods of the studied sinusoidal voltage involved in averaging;

t_x - формируемый в блоках 2, 3 временной интервал, причем:t _x - the time interval generated in blocks 2, 3, and:

при

т.е. находится оценка среднеквадратического значения напряжения;at

those. an estimate of the rms value of the voltage is found;

при

- оценка средневыпрямленного значения;at

- assessment of the average straightened value;

при

- оценка амплитудного значения.at

- assessment of the amplitude value.

Формирователи 2, 3 строятся по идентичным схемам, за исключением цепей, обеспечивающих потактный режим работы (см. ниже) и управляются едиными последовательностями тактовых импульсов CLK1 и CLK2, необходимыми для отсчета и формирования временных интервалов. Частота следования импульсов в первой последовательности CLK задает точность оценки периода Т. Отношение указанных частот определяет длительность формируемого временного интервала и, следовательно, режим измерений. Перевод измерителя в режим измерения одного из возможных параметров синусоидального напряжения U_RMS, U_|AVG| и U происходит путем изменения значения формируемого временного интервала, как было указано выше.Shapers 2, 3 are constructed according to identical schemes, with the exception of circuits that provide a push-cycle mode of operation (see below) and are controlled by the uniform clock sequences CLK1 and CLK2 necessary for counting and forming time intervals. The pulse repetition rate in the first CLK sequence sets the accuracy of the estimate of period T. The ratio of these frequencies determines the duration of the generated time interval and, therefore, the measurement mode. Putting the meter in the measurement mode of one of the possible parameters of the sinusoidal voltage U _RMS , U _{| AVG |} and U occurs by changing the value of the generated time interval, as mentioned above.

Поясним отмеченное на примере реализации формирователей временных интервалов, представленных в измерителе, функциональная схема которого приведена на фиг. 3 (блок усреднения в данном случае на схеме не показан, так как его отсутствие не влияет на дальнейшее изложение особенностей работы измерителя). В формирователе 7, как показано на временной диаграмме (см. фиг. 4), происходит клиппирование входного напряжения с выделением импульсов S, передние фронты которых определяют моменты перехода синусоиды через нуль. Полученные импульсы поступают на информационные входы формирователей 8, 9 временных интервалов. Учитывая, что формирователи 8, 9 идентичны, рассмотрим далее работу формирователя 8. Импульсы со входа формирователя поступают на вход счетного триггера 12-1 (T-триггер), который работает в режиме деления на два, выделяя таким образом импульсы (выход Q1) длительностью, равной периоду входных импульсов. Измерение длительности указанных импульсов - периода Т - осуществляется путем дискретного счета тактовых импульсов CLK1, поступающих с выхода элемента 2И 14-1 на вход прямого счета CU реверсивного счетчика 16-1. Счет заканчивается по отрицательному фронту импульса на прямом выходе (Q1) триггера 12-1, который (фронт) совпадает с моментом перехода синусоиды через нуль при изменении полярности с отрицательной на положительную, а появившийся при этом высокий логический уровень на инверсном выходе триггера 12-1 разрешает прохождение тактовых импульсов CLK2 на вход обратного счета CD реверсивного счетчика 16-1. При этом триггер 13-1 находится в состоянии высокого логического уровня на выходе (выход Q2), так как он был в это состояние переведен положительным фронтом импульса S. Таким образом запускается процесс отсчета требуемого временного интервала (в данном примере 778), значение которого задается как величиной Т, так и отношением периодов тактовых импульсов CLK1 Δt₁ и CLK2 Δt₂, для получения временного интервала, в N раз меньшего периода Т, должно выполняться условие:

При измерении среднеквадратического значения N=8, средневыпрямленного - N=9,1 и амплитудного - N=4. По окончании обратного счета, фактически отсчета требуемого временного интервала, на выходе переноса PD счетчика 16-1 появляется перепад напряжений, который обнуляет триггер 13-1, в связи с чем прекращается подача тактовых импульсов CLK2 на вход CD счетчика 16-1, и на выходе переноса завершается формирование короткого импульса, отстоящего от начала полуволны на заданное режимом измерений время (в данном примере на 778) (см. фиг. 4) и служащего импульсом выборки C(PD) для АЦП 11. Добавим, что одновременно с оценкой амплитудных параметров устройство без добавления дополнительных цепей и блоков позволяет легко получать информацию и о периоде T исследуемого сигнала, так как код Т может сниматься с разрядных выходов счетчика 16-1 по завершении этапа измерения периода (см. фиг. 1).Let us explain the implementation of the time interval formers presented in the meter, the functional diagram of which is shown in FIG. 3 (the averaging unit in this case is not shown in the diagram, since its absence does not affect the further presentation of the meter operation features). In the shaper 7, as shown in the time diagram (see Fig. 4), the input voltage is clipped with the pulses S being allocated, the leading edges of which determine the moments when the sinusoid passes through zero. The received pulses are fed to the information inputs of the

shapers

8, 9 time intervals. Given that the

shapers

8, 9 are identical, we consider the operation of the shaper 8. Next, the pulses from the shaper input go to the input of the counting trigger 12-1 (T-trigger), which operates in the division mode by two, thus highlighting pulses (output Q1) of duration equal to the period of the input pulses. The measurement of the duration of these pulses - period T - is carried out by discrete counting of clock pulses CLK1, coming from the output of element 2I 14-1 to the input of the direct count CU of the reverse counter 16-1. The counting ends at the negative edge of the pulse at the direct output (Q1) of trigger 12-1, which (front) coincides with the moment the sinusoid passes through zero when the polarity changes from negative to positive, and a high logic level appears at the inverse output of trigger 12-1 allows the passage of clock pulses CLK2 to the input of the countdown CD reverse counter 16-1. In this case, trigger 13-1 is in a state of high logic level at the output (output Q2), since it was transferred to this state by the positive edge of the pulse S. Thus, the process of counting the required time interval (in this example 778) is started, the value of which is set both by the value of T and the ratio of the periods of the clock pulses CLK1 Δt ₁ and CLK2 Δt ₂ , in order to obtain a time interval N times smaller than the period T, the condition must be met:

When measuring the root mean square value of N = 8, the mean straightened value is N = 9.1 and the amplitude value is N = 4. At the end of the countdown, in fact, the countdown of the required time interval, a voltage drop appears on the transfer output of the PD counter 16-1, which resets the trigger 13-1, and therefore the clock pulses CLK2 to the input CD of the counter 16-1 are stopped, and the output The transfer completes the formation of a short pulse that is separated from the half-wave start by the time specified in the measurement mode (in this example by 778) (see Fig. 4) and serves as the sampling pulse C (PD) for the ADC 11. We add that at the same time as the amplitude parameters are estimated, the device without ext detecting circuits and additional units can easily obtain information about the period T of the signal, as code T can be removed from the bit outputs of the counter stages 16-1 at the end of measurement period (see. FIG. 1).

Формирователь 9 временных интервалов работает аналогично, только со сдвигом во времени на период исследуемого сигнала. Технически это реализуется путем инвертированного, по отношению к формирователю 8, подключения выходов триггера 12-2 к элементам И 14-2, 15-2.Shaper 9 time intervals works similarly, only with a time shift by the period of the signal under study. Technically, this is realized by inverting, in relation to the former 8, connecting the outputs of the trigger 12-2 to the elements And 14-2, 15-2.

Для снижения влияния помех на процесс клиппирования исследуемого сигнала целесообразно в формирователь 1 (7) импульсов ввести петлю гистерезиса с выбором верхнего порога срабатывания в области, максимально приближенной к нулевому уровню, а нижний порог сместить в отрицательную область. При таком распределении пороговых уровней передний фронт сформированного импульса будет совпадать с началом положительной полуволны, а задний фронт окажется задержанным относительно момента окончания полуволны на время, зависящее от параметров сигнала (периода Т, амплитуды U) и значения нижнего порога. Однако это не приведет к искажению результатов измерений, поскольку информативным в нашем случае является только момент начала положительной полуволны.To reduce the influence of interference on the clipping of the studied signal, it is advisable to introduce a hysteresis loop into the pulse shaper 1 (7) with the choice of the upper threshold in the region as close to zero as possible, and shift the lower threshold to the negative region. With this distribution of threshold levels, the leading edge of the generated pulse will coincide with the beginning of the positive half-wave, and the falling edge will be delayed relative to the moment the half-wave ends for a time depending on the signal parameters (period T, amplitude U) and the lower threshold value. However, this will not lead to a distortion of the measurement results, since in our case only the moment of the start of the positive half-wave is informative.

Как видно из принципа действия заявленного измерителя, основная часть операций по нахождению оценки исследуемого параметра выполняется во временной области, и, в отличие от прототипа, не требуется выполнения сложных тригонометрических преобразований, что существенно упрощает структуру устройства, особенно в случае реализации многорежимного измерителя. Единственная арифметическая операция (см. формулу (4)), необходимая для усреднения результатов, - это суммирование отсчетов в накапливающем сумматоре, усреднение же результатов может легко производиться без операций деления путем накапливания результатов, число которых кратно 10. Что же касается диапазона измерений в амплитудной области, то он зависит только от разрядности применяемого АЦП и не связан с чувствительностью измерителя.As can be seen from the principle of operation of the claimed meter, the bulk of the operations to find an estimate of the studied parameter is performed in the time domain, and, unlike the prototype, complex trigonometric transformations are not required, which greatly simplifies the structure of the device, especially in the case of a multi-mode meter. The only arithmetic operation (see formula (4)) necessary for averaging the results is the summation of the samples in the accumulating adder, but the averaging of the results can easily be done without division operations by accumulating the results, the number of which is a multiple of 10. As for the measurement range in the amplitude region, then it depends only on the bit depth of the used ADC and is not related to the sensitivity of the meter.

Claims

1. A digital sinusoidal voltage parameter meter, characterized in that it contains a pulse shaper, two time interval shapers that operate in tact, an OR logic element, an analog-to-digital converter and an averaging unit, the output of which is the output of the meter, the information input of which is the pulse shaper input, the output of which is connected to the combined information inputs of the shapers of time intervals, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the OR element, the output of which is connected to the clock input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the averaging unit, the information input of the analog-to-digital converter is combined with the input of the pulse shaper.

2. The digital meter according to claim 1, characterized in that the time interval shaper is a device forming time intervals equal to T / 4 and tied to the beginning of the positive half wave of the studied sinusoidal voltage having a period T.

3. The digital meter according to claim 1, characterized in that the time interval shaper is a device forming time intervals equal to T / 8 and tied to the beginning of the positive half wave of the studied sinusoidal voltage having a period T.

4. The digital meter according to claim 1, characterized in that the time interval shaper is a device forming time intervals equal to T / 9.1 and tied to the beginning of the positive half wave of the studied sinusoidal voltage having a period T.

5. The digital meter according to claim 1, characterized in that the time interval shaper is a controllable device that forms, depending on the measurement mode, time intervals with various values from the set T / 4, T / 8, T / 9.1 corresponding to the selected the measurement mode and tied to the beginning of the positive half-wave of the studied sinusoidal voltage having a period T.

6. The digital meter according to claim 1, characterized in that the pulse shaper is a clipping device with hysteresis, the upper threshold of which is in the region close to the zero voltage level, and the lower one in the region of negative values.