SU1198755A1 - Method of phase-sensitive conversion of a.c.voltage to digital code - Google Patents

Description

Изобретение относится к электрическим измерениям в диапазонах инфранизких и звуковых частот и может использоваться при экспериментальном определении амплитуднофазовых частотных характеристик четырехполюсников, при акустических измерениях,исследованиях в области систем автоматического управления и регулирования^ в геофизике, био— физике и т.д.в частности«для преобразования в цифровой код квадратурных составляющих переменного напряжения, синфазных'первым гармоникам двух ортогональных опорных сигналов .The invention relates to electrical measurements in the ranges of infra-low and sound frequencies and can be used in experimentally determining the amplitude-phase frequency characteristics of quadrupoles, in acoustic measurements, research in the field of automatic control systems and control ^ in geophysics, bio-physics, etc. in particular "for converting into digital code the quadrature components of the alternating voltage in-phase 'to the first harmonics of two orthogonal reference signals.

Цель изобретения — увеличение точности,The purpose of the invention is to increase the accuracy

На фиг.1 представлены графики, поясняющие процесс фазочувствительного преобразования, осуществляемого предлагаемым способом; на фиг,2 — функциональная схема, устройства, реализующего способ. Figure 1 presents graphs explaining the process of phase-sensitive transformations carried out by the proposed method; Fig, 2 is a functional diagram of the device that implements the method.

На фиг,1 приведены следующие эпюры: временная зависимость часто—· ты ω (Л) - эпюра 1; опорный сигнал δΐβη ЗхпЯг- эпюра 2; опорный сигнал 5ί§η Созйь - эпюра 3; интервал преобразования для одной квадратурной компоненты, например, для ю =Fig. 1 shows the following diagrams: the time dependence is often - you ω (L) - plot 1; the reference signal δΐβη х п п is a plot 2; reference signal 5ί§η Soz-plot 3; conversion interval for one quadrature component, for example, for o =

= 2 - эпюра 4; интервал преобразования для другой квадратурной компоненты - эпюра 5; функции Ν'τ(ί) и ^ι(Ι) — эпюра 6,= 2 - plot 4; conversion interval for another quadrature component — plot 5; functions τ'τ (ί) and ^ ι (Ι) - plot 6,

Устройство содержит входную шину 7 преобразуемого сигнала, измерительный частотный преобразователь 8 (ИЧП ), первый ключ 9 (К), реверсивный счетчик 10 импульсов (РСИ)канала реальной компоненты, выходную шину 11, элемент 12 временной задержки, второй ключ 13, реверсивный счетчик 14 канала мнимой компоненты, выходную шину 15, вход 16 ''Запуск”, блок 17 управления (БУ ).The device contains an input bus 7 of the converted signal, measuring frequency converter 8 (ICP), the first key 9 (K), the reversible counter 10 pulses (RCI) of the channel of the real component, the output bus 11, the time delay element 12, the second key 13, the reversible counter 14 of the imaginary component channel, output bus 15, input 16 "Start”, control block 17 (CU).

Исходный сигнал 1^δίη(ί2 С + 4’)так же, как и в способе - прототипе, преобразуют в частотно-модулированный по- 50 ток импульсов с частотой ω(ί1 =The original signal 1 ^ δίη (ί2 С + 4 ’), as in the prototype method, is transformed into a frequency-modulated pulse current with a frequency ω (ί1 =

= ь>₀ + УЧ + ки^БЗп +^)(эпюра 1, фиг.1). Подсчет импульсов этого потока выполняют дважды - при определении кодов, пропорциональных дейст- 55 вительной и мнимой компонентам входного напряжения. В первом случае режим подсчета (суммирование или вь= b> ₀ + UCH + ki ^ BZp + ^) (plot 1, figure 1). The counting of the pulses of this stream is performed twice - when determining codes that are proportional to the real and imaginary components of the input voltage. In the first case, the counting mode (summation or

3535

4040

4545

1198755 21198755 2

питание ) устанавливают в соответствии с опорным сигналомpower) set in accordance with the reference signal

δϊβη δΐηΩ £ (эпюра 2 фиг.1) так, что при δϊβη δίηΏ Г 7 0 производят 5 суммирование импульсов указанного потока, при δχβη δίηΩΓ <0 - вычитание. Для кодирования мнимой компоненты входного напряжения режим подсчета задают в соответствии с опорным 10 сигналом δϊβη Соз52 Г (эпюра 3 фиг.1). При δΐβη СовЯс 70 выполняют суммирование, при δϊβη Соз 52 С < 0 - вычитание ,δϊβη δΐηΩ £ (plot 2 of figure 1) so that when δϊβη δίηΏ Г 7 0 5 impulses of the indicated flow are summed up, for δχβη δίηΩΓ <0 - subtraction. For encoding the imaginary component of the input voltage, the counting mode is set in accordance with the reference 10 signal δϊβη So5252 (plot 3 of Fig. 1). At δΐβη, SovNC 70 perform summation, at δϊβη Cs 52 C <0, subtraction,

Моменты начала подсчета, осу15 ществляемых при преобразовании двух искомых квадратурных компонент, сдвигают во времени на интервал Т =The moments of the beginning of the counting, realized during the transformation of two required quadrature components, are shifted in time by the interval T =

- (2 η - 1 ) ( η - целое число,- (2 η - 1) (η is an integer,

Ζ. “Ζ. “

20 положительное, отрицательное или20 positive, negative or

нуль ) таким образом, что момент начала подсчета, выполняемого при кодировании одной квадратурной компоненты, совмещается во времени с моментомzero) in such a way that the moment of the beginning of the counting performed when encoding one quadrature component is combined in time with the moment

25 смены,режимов подсчета при преобразовании другой компоненты.25 shifts, counting modes when converting another component.

Результат фазочувствительного преобразования Νίο мнимой компоненты получают следующим образом:The result of a phase-sensitive transformation мο of the imaginary component is obtained as follows:

30thirty

оabout

да _т (4м)ййй _т_1(4м)даyes _t (4m) yy _t _1 (4m) yes

ш-Σ ΐ «-Σsh-Σ ΐ "-Σ

2 я с) Ϊ = 1 ν 1=1 “2 I c) Ϊ = 1 ν 1 = 1 “

⁰ (41-эда (41-1)да ⁰ (41-ed (41-1) yes

ηϊίΐ/α тй{52ηϊίΐ / α ty {52

р гьи ?p ya?

+ \ | 524(524+4^055)4(44: =+ \ | 524 (524 + 4 ^ 055) 4 (44: =

(4т-1)л/гЯ ⁰ (4t-1) l / gYa ⁰

где Νϊ(ί) - мгновенный результат подсчета количества импульсов ( эпюра 6 фиг.I ).where Νϊ (ί) is the instantaneous result of counting the number of pulses (plot 6 of Fig. I).

При кодировании действительной компоненты N_Го и, например, нечетном η имеемWhen coding a real component of _NGo and, for example, odd η, we have

(2п+4га-1)пЦЛ(2p + 4ga-1) pcl

^Уь=<2η+4-κι-4)Ίϊ/22.⁼ 2ϊΓ 5 ’^ Уь = <2η + 4-κι-4) Ίϊ / 22. ⁼ 2ϊΓ 5 '

(2п-1 )ϊί, ί ί)(2n-1) ϊί, ί ί)

11987551198755

* 5»й-П51пШсИ;=— 2»* 5 "y-P51PSHSI; = - 2"

П#/Я νη (п+2М)»/Я -ЬсЯ-.Σ \ £сК +P # / I νη (n + 2M) "/ I-EFF-.Σ \ £ cK +

1*4 ]1 * 4]

(2п-ЦЯ2Л (п+2,--1)¾(2n-ЦЯ2Л (п + 2, - 1) ¾

^П+гйп/Я (2п+4т-1)7/2Я^ П + гйп / Я (2п + 4т-1) 7 / 2Я

ΣΙ ад.( _и(.ΣΙ ad. ( _{And (} .

1=1 * 31 = 1 * 3

(и+21-+)«/£ (п+2ип-1)?/Я(and + 21 - +) “/ £ (n + 2ip-1)? / I

(2η+4ιη-Ί)Η/2β(2η + 4ιη-Ί) Η / 2β

2кЦ2kTs

гоgo

«^г " ^G

ίΙη(«6+(/)₅ίη и С05ЧίΙη ("6 + (/) ₅ ίη and С05Ч

йй_ ’yy_ ’

(2п-1)<Г|2$1(2n-1) <r | 2 $ 1

где Ν_Γ(ί) - мгновенный результат подсчета количества импульсов (эпюра. 6 фиг,1).where Ν _Γ (ί) is the instantaneous result of counting the number of pulses (plot. 6 FIG. 1).

Таким образом, сдвиг интервалов фазочувствительного преобразования позволяет полностью исключить составляющую погрешность преобразования, обусловленную дрейфом Уб центральной частоты и)_в частотно-модулированного потока импульсов.Thus, the shift of the phase-sensitive conversion intervals makes it possible to completely eliminate the component of the conversion error due to the drift U of the center frequency u) _{in the} frequency-modulated pulse stream.

Рассмотрим теперь функционирование устройства (фиг.2), построенного на основе предлагаемого способа фазочувствительного преобразования. На входы 7 и 16 системы поступает входное напряжениеConsider now the operation of the device (figure 2), built on the basis of the proposed method of phase-sensitive transformation. The inputs 7 and 16 of the system receives the input voltage

и_т5гп(51+ Ч) и короткий импульс (например, при £ = 0 ), отмечающий начало интервала преобразования по мнимой компоненте. БУ 17 формирует опорные сигналы 8ϊ§η 8ΐη £2 6 ( эпюра 2 , фиг.1) и δΐβη Соз Я 6 (эпюра 3 ₍ фиг.1), которые подводятся к входам ,and _r 5gp (51+ ×) and a short pulse (for example, at £ = 0), marking the beginning of the transformation interval along the imaginary component. BU 17 generates the reference signals 8ϊ§η 8ΐη £ 2 6 (plot 2, figure 1) and δΐβη Cos I 6 (plot 3 ₍ figure 1), which are fed to the inputs,

5 управления РСИ и задают режиму их работы (суммирование или вычитание). Кроме того, БУ вырабатывает сигнал, определяющий интервал преобразования (эпюра ^фиг.1) по мнимой ком10 поненте. Интервал преобразования реальной компоненты (эпюра 5 фиг.1) формируется путем задержки сигнала (по эпюре 4 фиг.1 ) на время ΐ ? 0. Если Τ' < 0, то элемент задержки5 control the RSI and set the mode of their operation (summation or subtraction). In addition, the control unit generates a signal that determines the conversion interval (plot ^ figure 1) according to the imaginary component. The transformation interval of the real component (plot 5 of figure 1) is formed by delaying the signal (plot 4 of figure 1) for a time ΐ? 0. If Τ '<0, then the delay element

15 включается в разрыв цепи на фиг.2, отмеченный крестиком. Сигналы, задающие интервалы преобразования по действительной и мнимой компонентам, подводится к входам управления клго20 чей 9 и 13. На вторые входы этих ключей поступает последовательность импульсов от ИЧН 8. Ключи открыты, если сигналы, присутствующие на их управляющих входах, отличны от ну25 ля. Поэтому цикл фазочувствительного преобразования, выполняемого в течение го периодов переменного напряжения, начинается, например, при 6=0 и заканчиваете я при Ζ =15 is included in the open circuit in figure 2, marked by a cross. Signals that specify the conversion intervals for the real and imaginary components are fed to the control inputs of klg20 whose 9 and 13. The second inputs of these keys receive a sequence of pulses from the EEP 8. The keys are open if the signals present at their control inputs are different from zero. Therefore, the cycle of phase-sensitive conversion performed during the first periods of the alternating voltage begins, for example, when 6 = 0 and I finish when Ζ =

30 = го 2 Л /£7 + Г).30 = th 2 L / £ 7 + D).

Процесс накопления искомых кодов Νί(ί) и Νγ(6) иллюстрируетсяThe process of accumulating the desired codes Νί (ί) and Νγ (6) is illustrated

эпюрой 6 фиг.1. В данном случае = 0, так как Ц = Г/2.epure 6 6 figure 1. In this case, = 0, because C = G / 2.

11987551198755

Π 98755Π 98755

фиг. 2FIG. 2

Claims (1)

СПОСОБ ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ЦИФРОВОЙ КОД, включающий преобразование входного сигнала в виде переменного напряжения заданной частоты в частотно—модулированную по следов ательность.им пуль сов, формирование первого и второго опорных напряжений в форме меандров с периодом, равным периоду переменного напряжения, и фазовым сдвигом между ними, равным 90°, формирование кодов квадратурных компонент входного сигнала путем подсчета для каждой компоненты в течение интервала времени, кратного периоду входного сигнала, количества импульсов . частотно-модулированной последовательности, осуществляемого в режимах поочередного суммирования и вычитания импульсов указанной последовательности соответственно в течение полупериодйв положительной и отрицательной полярности соответствующего опорного напряжения, отличающийся тем, что,с целью повышения точности, подсчеты количества импульсов частотно-модулированной последовательности для одной квадратурной компоненты осуществляют с задержкой по времени относительно подсчета количества импульсов частотно-модулированной последовательности для другой квадратурной компоненты, равной (2η--1 )я/2£?, где п целое число,а 51 - частота входного сигнала, при этом момент начала формирования кода одной квадратурной компоненты совмещают во времени со сменой режима подсчета количества импульсов частотно-модулированной последовательности для другой квадратурной компоненты.A METHOD FOR PHASE SENSITIVE TRANSFORMATION OF ALTERNATING VOLTAGE IN THE DIGITAL CODE, which includes converting the input signal in the form of an alternating voltage of a given frequency into a frequency-modulated sequence. a shift between them equal to 90 °, the formation of codes of the quadrature components of the input signal by counting for each component during a time interval that is a multiple of the input Nogo signal, the number of pulses. frequency modulated sequence carried out in alternate summation and subtraction of the pulses of the specified sequence, respectively, during the half-period of the positive and negative polarity of the corresponding reference voltage, characterized in that, in order to improve the accuracy, the number of pulses of the frequency-modulated sequence for one quadrature component is performed with time delay relative to counting the number of pulses frequency-modulated after Units for another quadrature component equal to (2η - 1) π / 2 £ ?, where n is an integer and 51 is the frequency of the input signal, while the start of the code generation of one quadrature component is combined in time with the change of pulse counting frequency -modulated sequence for another quadrature component. „5ϋ ,.,,1198755„5ϋ,. ,, 1198755 >> ίί