Ввод и первичная обработка аналоговой информации

Функциональная схема 3-х разрядного АЦП параллельного кодирования

Функциональная схема последовательного АЦП напряжения в двоичный код

ГТИ- генератор тактовых импульсов

УС- устройство сравнения (сравнивает входной с управляющим сигналом)

И- 2-х входовая

ЦАП-цифроаналоговый преобразователь

Пока Uвх>Uупр на выходе УС -1 и на двоичный счетчик поступают импульсы от генераторов.

Если Uвх=Uупр, то на выходе УС сигнал отсутствует и прекращается подача импульсов от генератора на счетчик. При этом двоичный код на выходе счетчика пропорциональна входному напряжению.

Быстродействие АЦП определяется числом разрядов и частотой генератора импульсов. Время преобразования- величина переменная и зависит от уровня входного сигнала. Это АЦП сравнительно небольшого быстродействия. Время преобразования 1-1000 мкс. Погрешность АЦП определяется погрешностью ЦАП.

Осуществляют квантования входного сигнала по уровню с помощью компараторов с различными уставками переключения.

Уставки переключения компараторов задаются с помощью резистивного делителя напряжения, подключенного к источнику опорного напряжения.

Число уровней квантования 2ⁿ-1=7. При подаче на вход АЦП аналог. сигнал на выходе АЦП имеется квантованный сигнал. Если уровень входного сигнала не выходит за 2,5∆U-3,5∆U, то срабатывают компараторы К1, К2 и К3 и на их выходах устанавливается 1, а на остальных – 0. Затем этот квантованный сигнал с помощью кодирующего устройства преобразуется в цифровой код. АЦП этого типа обладают самым высоким быстродействием компараторов и задержки кодирующих устройств.

Недостатки

– большое количество компараторов

- сложность

Входной информацией для РЗ как правило являются токи и напряжения получаемые от первичных измерительных преобразователей (ТТ ТН), т.к. сигналы от первичных преобразователей очень велики и не могут обрабатываться средствами микропроцессорной техники, то кроме первичных применяются вторичные измерительные преобразователи. Они могут быть как активными так и пассивными. В качестве пассивных преобразователей используются промежуточные трансформаторы и делители напряжения. Активные преобразователи обычно выполняются на базе операционных усилителей. Главным требованием ко вторичным преобразователям является линейность преобразования (выходной сигнал был равен входному и совпадал с ним по фазе)

В переходных режимах токи и напряжения обычно искажены и содержат апериодические составляющие и высшие гармоники, которые расцениваются как помехи, поэтому применяется предварительная аналоговая частотная фильтрация. В качестве фильтров могут быть как пассивные так и активные фильтры. Пассивные фильтры выполняются с использованием индуктивности и емкостей (RLC фильтры). В качестве активных фильтров могут использоваться Бартерворда, Чебышева, Гебесселя, которые выполнены на операционных усилителях. Для исключения маскировки высших частот под низшие верхняя граница пропускания частотных фильтров должна более чем в 2 раза отличаться от частоты квантования аналогового сигнала. После частотных фильтров токи и напряжения подаются к коммутатору, который служит для поочередного подключения входных сигналов к АЦП. Если коммутатор работает циклически, то замер каждой входной величины производиться через шаг дискретизации (равномерная дискретизация). Возможна также адаптивная или приспосабливающая дискретизация, при которой шаг дискритизации изменяется например от скорости изменения входного сигнала. Сигналы с выхода АЦП поступают в микро ЭВМ, где по отдельным выборкам микро ЭВМ могут быть рассчитаны средние, действующие, амплитудные значения сигналов, получены симметричные составляющие, произведена цифровая частотная фильтрация. Кроме аналоговых сигналов в микро ЭВМ вводятся дискретные сигналы (о положении коммутационных аппаратов, о состоянии внешних защит и т.д.). На основе обработки аналоговых и дискретных сигналов на выходе ЭВМ формируются сигналы отключения сигнализации и т.д. Учитывая большое кол-во обрабатываемых сигналов, скорости преобразования в АЦП к скорости вычисления микро ЭВМ предъявляются высокие требования. Для ряда защит требуется измерять ряд входных сигналов для одного и того же момента времени. Для достижения этой цели могут использоваться устройства выборки и хранения УВХ. Функцией этих устройств является запоминание входных сигналов в момент прихода управляющего импульса от микро ЭВМ.

При приходе управляющего импульса от микро ЭВМ в УВХ (устройство выборки и хранения) происходит запоминание входных сигналов для одного и того же момента времени. Затем управляющий сигнал на УВХ прекращается и зафиксированные в них значения сохраняются неизменными до прихода следующего управляющего импульса. После этого управляющие импульсы поступают на коммутаторы. При этом происходит поочередное открытие каналов коммутатора и входные сигналы через блок нормализации поступают на АЦП. Блок нормализации служит для повышения точности обработки информации. Сигнал с бока нормализации несет информацию о масштабе преобразования входной величины. Таким образом запоминание входных сигналов УВХ происходит одновременно во времени, а обработка их в АЦП последовательно во времени. Но значения получаются для одного и того же момента времени. Применение последовательной схемы обработки сигналов возможно только при наличии быстродействующих АЦП и большом шаге дискретизации. Иногда может быть обоснована схема параллельной обработки сигналов.

БР – буферный регистр

Преобразование сигналов в АЦП и запоминание их в БР происходит для одного и того же момента времени. А опрос БР в МЭ происходит последовательно во времени.