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.