Следящий фазометр Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

ного триггера, а выход четвертого элемента И-НЕ - с входом установки в нуль второго дополнительного триггера, при этом выход третьего дополнительного триггера соединен с певыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, вторые входы первого, второго и третьего э-лементов И-НЕ через инвертор соединены с выходом первого формирователя импульсов измерительного канала, первый

вход первого элемента И-НЕ соединен с выходом первого формирователя импульсов опорного канала, первый вход второго элемента И-НЕ через инвертор соединен с выходом первого дополнительного формирователя импульсов, а второй вход четвертого элемента И-НЕ через инвертор соединен .с выходом второго формирователя импульсов . измерительного канала.

СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОМЕТР, содержа-f ищи в каждом канале усилитель-ограничитель , два формирователя импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителй и входом первого Формирователя импульсов, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителяограничителя опорного канала, вход второго формирователя импульсов измерительного канала соединен с выходом инвертора, два элемента и, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И, причем первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора, аналого-цифровой преобразователь, вход которого .соединен с выходом фильтра, индикатор, входы которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что, . , с целью обеспечения постоянной разрешающей способности и однозначности результатов измерения, в него введены реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами индикаторного устройства, два компаратора, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверс ивного счетчика, дифференциатор, вход которого соединен с выходом фильтра, а выход дифферен.циатора Соединен с инвертирующим входом первого компаратора и неинвертирующим входом второго компаратора, неинвентирующий вход первого и инвертирующий вход второго компараторов соединены соответственно с положительным и отрицательным источниками опорного напряжения, три дополнительных триггера, выходы первого и второго дополнительных триггеров соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, первый элемент задержки, . вход которого соединен с выходом т усилителя-ограничителя опорного канала, второй элемент задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, третий элемент задержки, вход которого соединен с инвертором опорного канала, а выход третьего элемента задержки - с входом второго формирователя импульсов Г выход второго формирователя импульсов соединен с входом установки в 00 единицу второго дополнительного триг00 гера, первый дополнительный формирователь импульсов, вход которого эо эо соединен с выходом первого элемента задержки, второй дополнительный формирователь импульсов, вход которого :л соединен с выходом второго элемен: та задержки, а выход второго дополнительного формирователя импульсов соединен с входом установки в единицу первого дополнительного триггера, три инвертора, четыре элемента И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ соединен с входом установки в единицу третьего дополнительного триггера, выход второго элемента И-НЕ - с входом установки в нуль третьего дополнительного триггера, выход третьего элемента И-НЕ соединен с входом установка в нуль первого дополнитель

Изобретение относится к измерительной технике и может использова ся для измерения угловых и линейных перемещений с помощью фазовых датчиков, например, поворотных или линейных.индуктосинов, вращающихся трансформаторов и т.п. Диапазон из мерения фазометра ± 2 К. Известен фазометр, содержащий формирователи импульсов, триггерные делители частоты, элемент И, коммутатор, выходы которого соединены с входами элемента И, один из делителей частоты содержит инвертор, m основных, и П1 -1 ДОПОЛнительнык триггеров, причем один из выходов п -1-го дополнительно го триггера связан со счетным входом П -го основного триггера, другой выход со счетным входом п-г дополнительного триггера, счетный вход первого дополнительного тригге ра соединен с выходом инвертора, а выходы основных триггеров соединены с входами коммутатора. Приведенное устройство работает по принципу слежения и позволяет измерять фазовые сдвиги в пределах (т 1,2,3... W. Недостатками данного фазометра являются низкая точность измерения фазового сдвига,- обусловленная применением однополупериодной схемы из мерения, а также низкая достовернос измерений из-за сбоев делителей час тоты от помех. Наиболее, близким к предлагаемому является многоканальный фазометр, содержащий в каждом из каналов последовательно соединенные усилители-ограничители и делители частоты инвертор, вход которого соединен с одним из формирователей импульсов и усилителем-органичителем и элемент счетный триггер в опорном канале, один из выходов которого соединен с первым входом элемента И, а вход с усилителем-ограничителем опорного канала и с вторым входе элемента И в каждом канале второй делитель час тоты, блок устранения сбоев, дополнительные элементы. И и ИЛИ, подключенный через нормализатор, фильтр и АЦП к индикатору,при этом входы элемента ИЛИ соединены с выходами I первого и второго элементов И,первый и второй входы второго элемента И подключены соответственно к второму выходу счетного триггера и инверс.ному выходу второго делителя частоты опорного канала, блок устранения сбоев в каждом из каналов соединен по входам с прямым и инверсными выходами первого и второго делителей частоты, с выходами формирователя импульсов и инвертора, а по вькодам - с входами первого и второго делителей частоты, причем третий вход первого элемента И соединен с инверсным выходом первого делителя частоты, а третий вход второго элемента И с прямым выходом второго делителя частоты каждого иэ исследуемых -каналов Г23. Недостатком известного устройства являются низкая разрешающая способность , меняющаяся при изменении предела измерения, а также неоднозначность результата измерения, вызванная симметричной относительно крайних значений диапазона характеристикой .., Цель изобретения - обеспечение постоянной разрешающей способности и однозначности результатов измере ия. Поставленная цель достигается тем, что в следящий фазометр, содержаний в каждом канале усилитель-ограничитель, два формирователя импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и вхо.дом первого формирователя импульсов, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя опорного Канала, вход второго формирователя импульсов измерительного канала соединен с выходом инвертора, два элемента И, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И, причем первые вход первого и второго элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора, аналого-цифровой преобразова тель, вход которого соединен с выходом фильтра, индикатор, входы которого, соединены с выходами аналогоцифрового преобразователя, дополнительно введены реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами индикаторного устройства, два компаратора, выходы которых соединены, соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, дифференциатор, вход которого соединен с выходом фильтра, а выход дифференциатора соединен с инвертирующим входом первого компаратора, и неинвертйрующим входом второго ком паратора, неинвертирующий вход и инвертирующий вход второго компара-. торов соединены соответственно с положительным и отрицательным источниками опорного напряжения, три дополнительных триггера, выходы первого и второго дополнительных триггеров соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, первый элемент задержки, вход которого соединен с выходом усилителяограничителя опорного, канала, второй элемент защержки, вход которого..соещ нен с выходом первого элемента задержки, третий элемент задержки, вход которого соединен с инвертором опорного канала, а выход третьего элемента задержки - с входом второго формирователя импульсов, выход второго формирователя импульсов соединен с входом установки в единицу вто рого дополнительного триггера, первы дополнительный формирователь импульсов, вход которого соединен с выходо первого элемента задержки-, второй дополнительный формирователь импульсов , вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а выход второго дополнительного формиро(вателя импульс.ов соединен со входом Установки в единицу первого дополнительного триггера, три инвертора, четыре элемента И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ соединен с входом установки в единицу третьего дополни тельного тригг.ера, выход второго элемента Иг-НЕ - с входом установки в нуль третьего дополнительного триг гера, выход третьего элемента И-НЕ соединен со входом установки в нуль первого дополнительного триггера, а выход четвертого элемента И-НЕ - с входом установки в нуль второго дополнительного триггера, при этом выход третьего дополнительного тригг гера соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, вторые входы первого, второго и третьего элементов И-НЕ через инвертор соединен с выходом-первого-формиро- вателя импульсов измерительного канала, первый вход первого элемента И-НЕ соединен с выходом первого формирователя импульсов опорного канаа, первый вход второго элемента И-НЕ через инвертор соединен с выходом первого дополнительного формирователя импульсов, а второй вход четвертого элемента И-НЕ через инвертор соединен с -выходом второго формирователя импульсов измерительного канала . На фиг,1 приведена структурная схема} на фиг.2 - временные диаграммы работы фазометра на фиг.З - зависимость напряжения на выходе фильтра от фазового сдвига, на фиг.4 - гистерезис характеристики в точке 2 к к. - . Устройство содержит усилители ограничители 1 и 2,. формирователи 3-:8, импульсов, инверторы 9-1-9-5, счет- ный триггер 10-, элементы И 11-1 и 11-2, элемент ИЛИ 12, нормализатор 1 фильтр 14, аналого-цифровой преобразователь 15, индикатор 16, реверсивный счетчик 17, компараторы 18 и 19, дифференциатор 20, триггеры 21-23, элементы 24-26 задержки, элементы И-НЕ 27-30, причем усилитель-ограничитель 1 соединен через формирователь 3 импульсов, инвертор 9-2 и элемент 24 задержки с формирователем 7 импульсов, элементами 25 и 26 задержки и первым входом элемента И-НЕ 27, второй вход которого соединен с инвертором 9-3, вторым входом элемента И-НЕ 28, первый вход которого подключен к выходу инвертора 9-1, соединенного с формирователем 7, усилитель-ограничитель 2 соединен 1ереэ формироват ель 5, инвертор 9-5 с инвертором 9-3 и формирователем 6, соединенным с инвертором 9-4, который своим выходом соединен с первым входом элемента И-НЕ 30, второй вход которого подсоединен к выходу триггера- 23- и первому входу элемента И-НЕ 29, второй вход которого соединен с вторым входом элемента 27, а выход - с входом триггер 21, S -вход которого соединен через формирователь 8 с элементом 25 задержки, при этом выход тригге&а 21 подсоединен к первому входу элемента И 11-1, второй вход которого соединен с первым выходом триггера 10, соединенного вторым своим выходом с дервым входом второго элемента И 11-2, а входом - с Формирователем 3, усилителем-ограничителем 1 и инвертором 9-2, при этом второй вход элемента 11-2 соединен с выходом триггера 22, 5 -вход

которого через формирователь 4 соединен с элементрм 26 задержки, а R -вход - с выходом элемента 30., выходы элементов 11-1 и 11-2 соединены с элементом ИЛИ- 12, соединенного чер нормализатор 13, фильтр 14 и АЦП 15с индикатором 16, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 17, первый вход которогр соединен с Выходом компаратора 18, а второй - с выходом компаратора 19, входы которых объединены и соединены с дифференциатором 20, вход которого соединен с фильтром 14 и АЦП 15

Фазометр работает следукицим образом, . .

Усилитель-ограничитель 1 опорного канала и усилитель-ограничитель 2 измерительного канала формируют импульсы, фронты которых совпадают с моментами перехода.гармоническим сигналом через нулевой уровень ( фиго2а и f) , Формирователи 3-8 импульсов формируют по переднему фронту короткие импульсы.

Длительность коротких импульсов, формирователей 4,5,6 и 8 выбирается минимальной, но достаточной для обеспечения четкой работы триггеров по установочным входам. Фор1.1ирователи 3 и 7 вырабатывают импульсы симметричные относительно импульсов на выходе формирователя 8 ((фиг. 2 B,c,d) . Длительность импульсов на выходе формирователя 7 (фиг.2 равна удвоенному времени задержки элемента 25 (ivif 2i,at,,) .Дпитель ность импульсов на выходе формирователя 3 (фиг. 2 Б) равна удвоенному Суммарному времени задержки элементов 24 и (1ад|л,.д 4-t-,oii,.25)- Время задержки элемента 26 равно сумме вре мени задержки элементов 24 и 25

(1здд,2б L aA/Ou + Ьзаь,.2б)

Импульс с выхода формирователя 8 (фиг,2с1) , соответствуюсдий началу положительной полуволны опорного сигнала, устанавливает триггер 21 в еди ницу .Аналогично импульс с выхода формирователя 5 (фиг„2 9) г соответствующнй началу положительной полуволны исследуемого сигнала,, проходит через схему управления гистерезисом и устана ливает триггер 21 в нуль. Им- . пульс с выхода формирователя 4 (фиг„2е), соответствующий началу отрицательной полуволны опорного сигнала устанавливает триггер 22 в единицу, а импульс с выхода формирователя б (фиг.2Ь), соответствующий началу отрицательной полуволны иссле.дуемого сигнала, проходит через элемент 30 и устанавливает триггер 22 в нуль. На выходе триггеров 21 и 22 формируются импульсы, длительность которых пропорциональна фазовому ... сдвигу в пределах одного цикла. Сигналы, снимаемые с выходов счетного

триггера 10, коммутируют сигналы с триггеров 21 и 22.

На выход элемента 12 ИЛИ один период исходной частоты подключается сигнал с одной долупериодной схемы, а во второй период - с другой однополупериодной схемы.

Так осуществляется двухполупериодное измерение фазового сдвига. .Далее широтномоДулированннй сигнал нормализуется по амплитуде нормализатором 13 и сглаживается фильтром 14.

Зависимость напряжения на ыходе фильтра 14 (фиг.З) от фазового сдвига имеет циклический характер, а также имеет скачки напряжения в точках 2 1 К . В отсутствии гистерезиса зависимости в точках 217К- наблюдается неустойчивое состояние, o6ycjfoBленное неопределенностью состояния триггеров при одновременном воздействии на установочные входы, а также дрожанием исследуемого сигнала пр наличии помехи. Гистерезис характеристики в точках 2иИ осуществляется следующим образом. Если хотя бы один из импульсов с выхода формирователя 5 (фиг.2() войдет :в зону импульса, образованного формирователем 7 (фиг.2с), то он пройдет на выход элемента 28 И-НЕ и установит триггер 23 в нуль. При этом осуществляется запрет на прохождение импульсов через элементы 29 и 30, а триггеры 21 и 22 будут находиться в состоянии единица. Если импульс свыхода формирователя 5 (фиг.29)вь«дет за пределы импульса с выхода формирователя 3 (фиг,2 Б), то на выход элемента 27 будут проходить импульсы, которые установят триггер 23 в единицу и. тем самым, разрешат прохождение импульсов с выходов формирователей 5 и б на установочные входы триггеров 21 и 22. Длительность импульсов на выходе формирователя 7 должна быть не менее удвоенной длительности импульсов формирователя 8. Длительность импулбсов на выходе формирователя 3 определяется с учетом соотношения сигнал - помеха, причем зона дрожания сигнала должна быт меньше, чем расстояние Между началами импульсов на выходах формирователей 3 и 7, равное1здд,74 Направление входа и ВЕлхода при гистерезисе изображены стрелками на фиг.4.

По структуреследящий фазометр является Двухшкальным устройством. Одна шкала используется для измерени сдвига фазы в пределах О-ЗбС, а вторая - для подсчета циклических сдвигов, кратных 360®. Следящая част устройства основана на том, что зависимость напряжения на выходе,фильтра от сдвига фазы имеет скачок в ;Точках 2Ttk . Переходный процесс в фильтре 14 при скачке напряжения идентичен реакции фильтра на единичный скачок и определяется только свойствами фильтра. При переходе через TO4Ka2liK в сторону увеличения фазового сдвига с максимальпроисходит скачок .ного уровня на минимальный, аналогично, при уменьшейии фазового сдвига - с минимального уровня на максимальный. Постоянная времени дифференциатора 20 выбирается с учетом переходной ха1рактеристики фильтра 14. При этом на выходе дифференциатора 20 принимает максимальное по амплитуде значениелишь в. моменты скачка напряжения на выходе фильтра 14, а при других, более мед- ленных изменениях V(p амплитуда сигнала дифференциатора 20 много меньше уставок напряжений, к которым подключены компараторы 18 и 19. В моме мирует импульс, который изменяет содержимое реверсивного счетчика 17 и тем самым отслеживается цикл, в котором происходит изменение фазово го сдвига.

ЧЗт-ЧЗ Таким образом, предлагаемый следящий фазометр, по сравнению с прототипом имеет постоянную разрёшаюшую способность, не зависящую от диапазона измерения, облсщает однозначно определенным результатом измерения, диапазон следящего измерения сдвига фазы не зависит от частоты несущей и определяется только емкостью реверсивного счетчика, обладает .более высокой достоверностью, обусловленной отсутствием сбоев делитеЛей частоты, обладает возможностью предустановки рабочего цикла по хранящемуся предыдущему значению цикла ,(при включении). Следящий фазометр может быть использован для измерения угловых и линейных перемещений на стенках с программным управлением, а также для измерения деформаций деталей различных машин с помощью линейного индуктосина. Использование следящего фазометра позволит снизить процент бракованных деталей, а также повысить качество деталей за счет более точного измерения размеров .

f{.

h

Фиг.I

гяг

Фиг.З

-

t

tfft