Цифровой фазометр Советский патент 1986 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к области электроиэмерений и может быть использовано при измерениях фазовых сдвигов сигналов одной частоты.

Цель изобретения - повышение точ- ности измерений.

Указанная цепь достигается за счет исключения случайностей в расположении пачек импульсов, поступающих на регистрирующий счетчик относительно начала и конца 1Щкла измерения, а также за счет постоянного слежения за изменениями частоты входных сигналов .

На чертеже представлена структурная схема цифрового фазометра.

Устройство содержит: формирователи 1, и 2 элементы И 3-7, элемент ИЛИ 8, реверсивный счетчик 9, делитель 10 частоты с изменяемым коэффи- циентом деления, регистр 11 (состоящий из набора триггеров), делитель частоты 12, первый и второй счетчики 13 и 14, дешифратор 15, сдвиговый регистр 16, RS-триггер 17, элемент задержки 18, блок 19 сброса, блок 20 выбора времени измерения, мультивибратор 21, генератор 22, инвертор 23, индикатор 2А, второй блок 25 сброса.

Вход фазометра через последовательно включенные формирователь 1, элемен И 6, элемент И 5, делитель 12 подключен к входу счетчика 13. Второй вход фазометра через последовательно вклю- ченные второй формирователь 2, блок 20 выбора времени измерения, инвертор 23, элемент И 4, ИЛИ 8, сдвиговый регистр 16 подключен ко входу Сброс счетчика 13. Одновременно выход блока 20 выбора времени измерения подключен к второму входу элемента И 5, к входу регистра 11, через блок 19 сброса к второму входу делителя 12, через последовательно соединенные элемент И 7, счетчик 14, дешифратор 15 к входу RS-триггера 17, к входу блока 25 через элемент задержки 18 к второму входу RS-триггера 17, через последовательно включенный элемент И 3 к второму входу элемента ИЛИ 8. Прямой и инверсный выходы RS-триггера 17 соответственно соединены с входами элементов И 3 и 4 первые входы которых соединены с выходом генератора 22, а выходы также соответственно соединены с входами реверсивного счетчика 9, информацион- ные выходы которого через регистр 11

0 I

5

5 0 5 50 55

0

соединены с информа1у1онными вх одами делителя 10 частоты, счетный вход которого соединен с генератором 22, а выход с вторыми входами элементов И 5 и 7, при этом второй вход блока 20 выбора времени измерения соединен с выходом мультивибратора 21.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Первый и второй формирователи 1 и 2 преобразуют входные сигналы в прямо- угольные импульсы, которые поступают на входы элемента И 6 и первый вход блока 20 выбора времени измерения. На выходе элемента И 6 образуется прямоугольный импульс, пропорциональный по времени фаговому сдвигу, а на выходе блока 20 образуется при наличии сигнала на втором входе от мультивибратора 21 сигнал, длительность которого равна двум периодам входного напряжения, т.е. 2Т. В общем случае длительность импульса на выходе блока 20 может составлять 2 пТ, Под действием фронта этого импульса блок 25 сброса сбрасывает делитель 10 частоты с изменяемым коэффициентом деления,делитель 12, первый счетчик 13, второй счетчик 14 и сдвиговый регистр 16 (соответствующие связи условно не показаны). Через некоторое время, определяемое элементом задержки 18, в триггер 17 записьшается 1, а индикация на индикаторе 24 и Счетчике 13 на момент действия импульса гасится. Начинается автоматическая калибровка цифрового фазометра и измерение сдвига фаз . Автоматическая калибровка заключается в том, что устанавливается коэффициент счета делителя 10 таким, при котором в момент окончания действия импульса на выходе блока 20 выбора временных интервалов второй счетчик 14 придет в исходное состояние. Коэффициент деления К делителя 10 определяется числом, записанным в реверсивном счетчике 9. Если коэффициент деления К окажется меньше, чем необходимо для своевременного заполнения второго счетчика 14, то в момент времени, когда второй счетчик 14 придет в исходное состояние, на выходе дешифратора 15 возникнет короткий импульс, который сбросит триггер 17, что приведет к открытию элемента И 3. При этом импульсы от генератора 22 начнут поступать через элемент И 3 на вход суммиронания реверсивного счетчика 9, что и приведет потом к увеличению коэффициента деления до необходимого значения.Одновременно с этим импульсы с выхода элемента И 3 поступят через элемент ИЛИ 8 на вход сдвигового регистра 16, имеющего, например, два разряда, который заполнится и подаст сигнал запрета индикации на цифровой индикатор 24.При этом, если дискретная точность измерения сдвига фазы М составляет один градус, то емкость бторо- го счетчика 14 должна быть равна I80m, где m - коэффициент деления делителя 12. С поступлением следую- щего импульса из мультивибратора 21 вновь происходит сброс делителей 10, 12 счетчиков 13, 14 и регистра 16, а триггер 17 взводится. Вместе с этим под действием фронта импульса ре- гистр 11 воспринимает новое значение коэффициента деления К иэ реверсивного счетчика 9. Очевидно, что тепер момент заполнения второго счетчика 14.с дискретной точностью, равной единице младшего разряда, совпадет с моментом окончания импульса на выходе блока 20, а частота следования импульсов fp на выходе делителя 10 составляет f 180 т/21, в общем случае f (. 180/2пТ. Одновременно с заполнением второго счетчика 14 происходит, как и в предыдущем случае, заполнение первого счетчика 13. Оче видно, что счетчик 13 воспримет N 4fpt,/m или в общем случае N 2nf tj|/m импульсов. Подставив в это Выражение значение f, получаем N 360tj,/T, т.е. число N вьфажает сдвиг Ч Б град- сах. При этом почти одновременно с окончанием импульса на выходе блока 20 сбросится и триггер 17. Таким образом, элемент И 3 (или элемент И 4) откроется на короткое время, успев при этом пропустить только один импульс, поэтому регистр 16 не успеет зaпoлF итьcя, а сигнал запрета на индикацию подаваться не будет. Несовершенство формирователей 1 и 2 может вызвать смещение момен- тов перехода сигналов U через куль, т.е. дополнительные погрешности. Эти погрешности устраняются за счет того, что элемент И 5 при измерении открывается за период дважды.. При этом погрешность квантования, которая можр.т иметь место при суммировании импульсов в первом счетчикр

13 уменьшается за счет того, что частота f вьше частоты заполнения первого счетчика 13 в m раз. При ровании импульсов погрешность квантования составит 4/f , что в т/4 раз меньше единицы младшего разряда первого счетчика 13. Погрешность квантования в первом счетчике 13 снижена до половины младшего разряда за счет применения в качестве делителя 12 двоичного счетчика и за счет блока . сброса 19, осуществляющего сброс делителя 12 импульсов в момент окончания временного интервала, действовавшего на выходе блока 20. При этом если делитель 12 заполнен ниже чем наполовину, то на его выходе присутствует О и сброс делителя 12 не приведет к появлению перепада на его выходе (т.е. произойдет округление в сторону уменьшения). Если же делитель 12 импульсов заполнен более ч ем наполовину, то при сбросе на его выходе образуется перепад напряжения и в первом счетчике 13 запишется дополнительно единица (округление в сторону увеличения). Таким образом, максимальная дискретная погрешность составит (0,), т.е. при m 8 общая погрешность не превзойдет единицы младшего разряда.

Использование делителя изменяемым коэффициентом деления регистров, реверсивного счетчика, делителя импульсов, второго счетчика и сдвигового регистра уменьшает погрешность квантования и погрешность, вызванную неточностью фиксации моментов перехода через нуль измеряемых напряжений.

Формул

изобретения

Цифровой фазометр, содержащий два формирователя, входы которых являются входами фазометра, генератор, соединенный с первыми входами двух элементов И, выходы которых соответственно соединены с входами элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, делитель частоты с изменяемым коэффициентом деления, третий элемент И, соединенный выходом с делителем частоты, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности измерений,в него введены четвертьй и пятьй элементы И, два счетчика,дешифратор,сдви- говьм регистр, RS-триггер, элемент задержки, инвертор, мультивибратор.

блок сброса, блок выбора времени и-эмерения и регистр, при этом выход мультивибратора через блок выбора времени измерения соединен одновременно с первым входом третьего элемента И, с блоком сброса, с первым входом пятого элемента И, с вторьм входом первого элемента И, с входом элемента задержки, р егистра и через инвертор с BTopbw входом второго элемента И, выходь первого и второго элементов И соответственно соединены с входами реверсивного счетчика, информационные выходы которого через регистр соединены с входами делителя частоты с переменньм коэффициентом деления, счетный вход котЬрого соединен с выходом генератора, а выход соединен одновременно с вторыми входами третьего и пятого элементов И, выход которого через последовательно

Составитель Шубин Редактор Л. Авраменко Техред В.Кадар

Заказ 2981/49 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

соединенные первый счетчик и дешифратор присоединен к первому входу RS- триггера, второй вход которого соеди- нен с выходом элемента задержки, ин- версные и прямой выходы RS-триггера соответственно соединены с третьими входами первого и второго элементов И, выход первого формирователя через

четвертый элемент И соединен с третьим входом третьего элемента И, а выход второго формирователя соединен с вторьвчи входами блока, выбора времени измерения и четвертого элемента И,

выход блока сброса соединен с входом. Сброс делителя частоты, выход которого соединен с вторым счетчиком,при этом выход элемента ШШ через сдвиговый регистр соединен с входом Сброс

второго счетчика информационные выходы которого являются выходами фазометра.

Корректор А. Ференц

Изобретение относится к области электроизмерений. Может быть использовано при измерении фазовых сдвигов сигналов одной частоты. Цель изобретения - повышение точности измерений, достигается за счет исключения случайностей в расположении пачек импульсов поступающих на регистрирующий счетчик относительно начала и конца- цикла измерений, а также путем постоянного слежения за изменениями частоты входных сигналов. Цифровой фазометр содержит формирователи 1 и 2, элементы И 3, 4 и 5, элемент ИЛИ 8, реверсивный счетчик 9, делитель частоты 10 с изменением коэффициента деления, регистр 11 из набора триггеров, делитель частоты 12,блок 19 сброса,генератор 22, и индикатор 24. Для дрсти- жения поставленной цели дополнительно введены элементы И 6 и 7, счетчики 13 и 14, яепшфратор 15, сдвиговь регистр 16, RS-триггер 17, элемент задержки 18, блок 20 выбора времени измерения, мультивибратор 21, инвертор 23 и второй блок сброса 25. 1 ил. (Л Л-/ W ЬО 00 4 00