Фазочувствительный преобразователь напряжение-код Советский патент 1983 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к электрическим измерениям в диапазонах.инфр ниэких и звуковых частот, может быть использовано при экспериментально.м определении амплитудно-Фазовых частотных характеристик четырехполюсников , при акустических измерениях, исследованиях в области систем автоматического управления и регулирования, в геофизике, биофизи ке . Известен фаз.очувствительный преобразователь, содержащий измеритель ный частотный преобразователь, авто генератор, элемент И, счетчик импульсрв. Преобразователь осуществля ет преобразование мгновенного значения фазы входного сигнала посредством пропорционального приращения частоты импульсной последовательнос ти. Характеристики получаемого при этом потока импульсов находят путем подсчета по определенному алгоритму числа импульсов за фиксированный ий тервсш времени с помощью суммирующего счетчика импульсов или реверсивного счетчика, управляемого опор ным сигналом С1 . Однако преобразователь имеет малую чувствительность. Результат обработки входного сигнала (J S)n(5ttгде Urn- его амплитудное значение, Q к f - соответственно, круговая частота и сдвиг фаз относительно опорного напряжения, представляется следующим выражением: N-entI Х - крутизна модуляционной характеристики ИЧП. Я и Пусть тогда N б. Известен также фазочувствительный преобразователь напряжение - ко содержащий измерительный частотный пpeoв paзoвaтeль, вход которого соединен с входной шиной устройства, элемент И, счетчик импульсов, автогенератор и устройство згшержки импульсов 2. Преобразователь имеет неудовлетверительную чувствительность и точность при обработке малых низкочастотных напряжений. Результат преобразования в данном случае / 83ГОО , N ent , cost/ , u, I где ujg - центральная частота ИЧП Т - период импульсной последов тельности, формируемой автогенератором . При , и чис ленных значениях других параметров указанных выше, получаем . Погрешность, н апример, за счет дискрет ности считывания информации достигает величины l/Nc;14%. Подобные метрологические характеристики устройства почти всегда не приемлемы. Цель изобретения - повышение чувствительности н точности преобразователя . , . Поставленная цель достигается тем, что в фазочувствительный преобразователь напряжение - код, содержащий счетчик импульсов, элемент И, автогенератор, элемент задержки и измерительный частотный преобразователь, вход которого соединен с входной шиной фазочувствительного преобразователя, выход элемента И подключен к входусчетчика импульсов, введены Т- и (S-триггеры, элемент ИЛИ, инвертор, вход ..-которого . подключен к установочному входу Ттриггера, к первому входу элеме.нта задержки и к выходу измерительного частотного преобразователя, выход инвертора соединен с первым входом элемента ИЛИ и с S -входом RS-трнггера, R -вход которого соединен с выходом элемента задержки и вторым входом элемента ИЛИ, а выход RS-триггера подключен к управляющему входу счетчика импульсов, выход которого соединен с выходной шиной фазочувствительного преобразователя, выход элемента ИЛИ подключен к С-входу Ттриггера, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом автогенератора, а второй вход элемента задержки подключен к шине опорного сигнала фазочувствительного преобразователя. На фиг.1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг.2 - эпюры входного и опорного сигналов и эпюры выходного сигнсша измерительного частотного преобразователя; на фиг.3 временные диаграммы работы преобразователя. . В состав преобразователя входят измерительный частотный преобразователь 1, инвертор 2, элемент 3 задержки, автогенератор 4, RS-триггер 5, элемент 6 И, элемент 7 ИЛИ, счетчик 8 импульсов, Т-триггер 9, входная шина 10, входная шина 11 опорного сигнала, выходная шина 12 устройства. На фиг. 2,3 обозначены выходной сигнал 13 измерительного частотного преобразователя 1, выходной сигнал 14 инвертора 2, выходной сигнал 15 элемента 3 задержки, выходной сигнал 16 R5-триггера, выходной сигНсШ 17 элемента 7 ИЛИ, выходной сигнгш 18 Т-триггера 9, выходной си1- наш 19 элемента 6 И, выходной сигнал 20 преобразователя. Преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии на входную шину 10 поступает обрабатываемое .напряжение ,5tn( -oL} ., на входную шину 11 подводится опорный сигнал, например U sin Qt (фиг. 2 Измерительный частотный преобразователь 1 превращает напряжение Lf,,,j -В модулированную последовательнр.сть. , импульсов с. чacтoтoйt XSгt)u o+ЧuЦflЧ Временная зависимость ti( при веде на на эпюре 13 (фиг.2). Выходной сигнал( измерительного частотного преобразователя Г описывается следующей формулой: §(t|-3in L tcosCsZt-4). На эпюре 13-1 (фиг.3) изображена последовательность импульсов, форми руемая из напряжения 6(tJ . Моменты появления импульсов соответствуют, условиям, например E(t) О и Сигнал 6(t) подвопитгя к vcт.t oйcтвy временной задержки 3,на выходе кото рого появляется напряжение Г ш1 e(t)---siJw„{t-r - cos sг(i-l) 1где (JI/MQ t) - время задержки, причем величина f пропорциональна .мгновенному значению опорного сиг-на лаи иег, .V Если и имеет вид меандра (эпюрй и на фиг.2), то Т принимает дв значения Т. и Т, равные по абсолют ной величине (фиг.З). На эпюре 15 ;(фиг.З) представлена импульсная Пбс |ледовательность, получаемая из сигнала (t). Моменты появления имiпульсов в данном случае отвечают.-. условиям е() 0 и cl6{t / 3t O . При последовательности импульсов на выходах инвертора 2 (эпюра 14 на фиг.З) и устройства временной задерж ки 3 (эпюра 15 на фиг.З) совпадают. RS-триггер 5 управляется по (и S-входгии выходными импульсны11«1 последовательностями инвертора 2 и элемента 3 задержки. Временная эаййсимость потенциала на его выходе (эпюре 16 на фиг.З) показывает, что при -v)i О и, следовательно, этот потенциал равен нулю в интераа лах времени, соответствующих времени задержки f+ каждого выходного импульса измерительного частотного преобразователя 1. Если Ц О и ; , то выходной потенциал RS триггера 5 в указанных интервалах времени принимает единичное зкачёние. R5-триггер 5 управляет реяшмом работы счетчика 6 (суммирование или вычитание), так что npHtef. и нулевом выходном потенциале RS-триггера 5 зрЬт счетчик работает в режиме суммирования. Если t€f , то содержимое счетчика уменьшается на единицу при поступлении на его счетный вход каждого очередного импульса. Импульсные последовательности инвертора 2 и элемента, 3 задержки объединяются элементом 7 ИЛИ (эпюра 17 на фиг.З) и подводятся к С-входу Т-триггера 9. Выходное напряжение Т-триггера 9 (эпюра 18 на фиг.З) отлично от нуля в течение всех интервалов времени C. и f. . Цепь фазировки (выход 13 -И -вход Т-триггера 9) используется для устранения фазовой неоднозначности выходного сигнсша Т-триггера 9. Элемент 6 И управляется выходным сигналом.Т-триггера 9. На его второй вход поступает высокочастотная последовательность, импульсов с периодом Т, вырабатываемая автогенератором 4. На выходе элемента 6 И появляются пачки импульсов (эпюра 19 на фиг.З), каждая из которых состоит из 1Г/Т импульсов. Эти пачки подводятся к входу счетчика 8, режимы работы которого задаются выходным напряжением R5-триггера 5. Содержимое N счетчика 8 (эпюра 20 на фиг.З) монотонно увеличивается при и убывает при О., О . Средняя частоты (-t) выходной импульсной последовательности ячейки элемента 6 И . U){i).rto(t),oiw(t)/T. где -R - коэффициент передачи устройства временной задержки по входу управления. Количество импульсов N , накопленное счетчиком 8 за один период входного сигнала равно 27f -iVl . Если sin , то Na M(fc u oosv;/7rs T. -Таким образом, результат преобра- Ьойания пропорционален искомой реальной компоненте I/ входного, напряжения Пусть, например, , c-t , Т«10 с. Ч О, тогда N 1273. При 1/с В вычиолеиному значению соответствует амплитудное значение преобразуемого сигнала и ICf В. Погрешность за счет.квантования в данном случае мала: ,1%. Таким образом, предлагаемая моди фикация низкочастотного фазочувствительного преобразователя напряжение - код может использоваться для

обравотки сигналов микровольтового уровня.

Устройство - прототип имеет приемлемые метрологические характеристики, если входное напряжение превосходит несколько милливольт. Поэтому предлагаемое устройство имеет в сравнении с известными более высокую чувствительность. Точность преобразователя увеличивается, в частности, из-за уменьшения погрешности квантования.

АЗОЧУВСТВЙТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ - КОД содержащий счетчик импульсов, элемент И, . автогенератор, элемент задержки и измерительный частотный преобразователь, вход которого соединен с входной ишной фазочувствительного преобразователя, выход элел«ента И подключен к входу счетчика импульсов. о т л и ч а ющий с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, в него введены Т - и RS-триггеры, элемент ИЛИ, инвертор, вход, которого подключен к установочному входу Т -триггера, к первому входу элемента задержки и к выходу измерительного частотного преобразователя, выход инвертора соединен с первым входом элемента ИЛИ и с S входом RS-триггера, R -вход которого соединен с выходом элемента задержки и вторым входом элемента ИЛИ, 4 выход RS-триггера подключен к управляющему входу счетчика импульсов, выход которого соединен с выходной g шиной фазочувствительного преобразователя, выход элемента ИЛИ подключен к с --входу Т-триггера, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом автоге ератора, а второй вход элемента задержки подключен к шине Опорного сигнала фазочувствительного преобразователя . 4 to М sl