Устройство для измерения сдвига фаз Советский патент 1986 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных системах для изме.рения фазового сдвига электрических колебаний низкой частоты.

Цель изобретения - упрощение устройства за счет переменной частоты заполнения счетчиков и сокращения времени на получение результата.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства .

Устройство содержит формирователи 1 и 2, триггер 3, инвертор 4, одно- виб1эаторы 5 и 6, элементы И 7-10, элемент ИЛИ-НЕ 11, генератор 12, делитель 13 частоты, счетчики 14-16. При этом вход опорного сигнала через формирователь 1 соединен с входом 20 прохождение импульсов на счетчик 14. С триггера 3 и первыми входами эле,- Одновременно этот же сигнал по одному

ментов И 10 и ИЛИ-НЕ 11. Второй вход элемента И 10 соединен с прямым выходом триггера 3, а его третий вход соединен с выходом делителя 13 частоты,

вход которого соединен с генератором 12. Вход синхронизации устройства соединен с D-входом триггера 3, инверсный выход которого соединен с выходом синхронизации устройства и вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 11, выход которого в свою очередь соединен с первыми входами элементов И 7-9. Вход измеряемого сигнала через последовательно соединенные второй формирователь 2, одновибратор 5 и второй вход элемента И 8 соединен с входами R триггера 3 и счетчика 14, а также с входом Запись счетчика 15..Кроме того, выход формирователя 2 через последовательно соединенные инвертор 4, второй вход элемента И 9, одновибратор 6 соединен с входом V счетчика 16 Помимо этого, выход генератора -12

через второй вход элемента И 7 соеди- 45 jca на его выходе, который, поступая

нен со счетным входом счетчика 15, выход которого соединен с собственным входом V и счетным входом счетчика 16. Выход элемента И 10 соединен с вычитающим входом счетчика 14, входом R-счетчика 16, при этом информацион- HFjie в.ыходы счетчика 14 соединены с информационными входами счетчика 15.

Измерение сдвига фаз осуществляется следующим образом.

При поступлении на вход синхронизации устройства разрещающего уровня по первому же переходу через нуль

257563 2

опорного сигнала Снизу-вверх, преобразованного первым формирователем 1 в однополярные импульсы длительнос- в полпериода колебания, триггер 3 5 устанавливается в 1 по динамическому входу, формируя на входе элемента И 10 уровень

1Г ч Т1

., который в совокупности с присутствующим на другом его входе уровнем 1 с первого формиро10 вателя 1 разрешает прохождение импульсов с делителя 13 частоты на вход счетчика 14, устанавливая его в состояние N С - С - объем счетчика. Первый же импульс вызыва15 ет обнуление счетчика 16. По оконча-- нии полупериода опорного сигнала на выходе первого формирователя 1 оказывается уровень логического О, запрещая по первому входу элемента И 10

входу вместе с нулевым уровнем с инверсного входа триггера 3 по другому входу элемента ШШ- ЛЕ 1 1 устанавливает на его вьтходе уровень логической 1, который, поступая на вход элемента И 7, разрешает прохождение импульсов с генератора 12 квантующих импульсов на счетчик 15. Очевидно, что при равной частоте квантования временных интервалов, пропорциональных, соответственно полупериоду и сдвигу фаз сигналов, число квантую-, щих импульсов составило бы т и %. Но так-как частота квантования последнего из указанных интервалов выше в 180 раз (при измерениях в градусах) или в ii раз (при измерениях 1в радианах), то за интервал, пропорциональный сдвигу фаз, подсчитывается число импульсов соответственно, 180 N или и N-f импульсов. Первый из этой серии импульсов переполняет |Счетчик 15, вызывая появление импуль

на его вход разрешения параллельной записи, вызывает в свою очередь перенос кода числа N из счетчика 14 в счетчик 15. Так как этот импульс, который поступает и на счетный вход счетчика 16, является лишним, то его исключение осуществляется с соответствующим подключением разрядов. Объем счетчика 15 тоже равен С, где С - постоянное число, поэтому при поступлении в него Ng. импульсов происходит его переполнение и соответствующий импульс снова вызывает запись в

него числа N и суммирование единицы в счетчике 16. Таким образом, счетчик 15 выполняет функцию делителя с заданным коэффициентом деления N . При переходе через нуль в любом направле- НИИ измеряемого сигнала одновибратор 5 формирует короткий импульс, кото- -рый, пройдя через элемент И 8 (так как на другом его входе присутствует логическая 1), переводит в нулевое состояние триггер 3, обнуляет счетчик 14 и устанавливает в состояние С счетчик 15, Подготавливая его к следующему циклу измерения. Причем указанный импульс, если он формируется в первый полупериод опорного сигнала, не проходит через элемент И 8, так как на другом его входе в это время присутствует логический О с выхода элемента ИЛИ-НЕ 11, определяемый уровнем логической 1 с формирователя 1 .

Если измерение осуществляют в гра - дусах, то с учетом коэффициента деления делителя 13 частоты, равного 180, в суммирующем счетчике 16 результата получают число

п, 1§ONC N„.51

где N - число квантующих импульсов которое было бы подсчитано за временной интервал, пропорциональный сдвигу фаз при равенстве квантующих частот,.

численно равное сдвигу фаз в градусах.

Если измерение осуществляется в радианах, то

rNc

N.

с

0,5 Г

Т. е. отсчет результата получают в радианах.

Если сдвиг фаз превышает 180 или iT, то в момент начала счета квантую- щих импульсов за временной интервал, пропорциональный сдвигу фаз, в счетчик 16 параллельно записывают код числа 180 для измерения в градусах или числа Тг для измерения в радианах. Запись осуществляют подачей короткого импульса на вход разрешения параллельной записи указанного счетчика 16 результата, формируемого од- новибратором 6 при появлении на выходе элемента И 9 уровня логической 1 определяемого уровнями логической

5О 5 0

5

0

1 на его входах соответственно с выхода инвертора 4 и элемента ИЛН-ПЕ 11.

При цифровом измерении сдвига фаз предложенным устройством по сравнению с прототипом исключаются такие вычислительные операции, как умножение или деление кодов чисел, что позволяет значительно повысить точность измерения .

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фаз, содержащее два формирователя, входы которых являются входами устройства, а выход первого формирователя соединен с С-входом триггера, два счетчика, один из которых информационными выходами соединен с входами управляемого делителя частоты, опорный генератор, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два одновибра- тора, четыре элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, делитель частоты, инвертор, при этом выход второго формирователя через одновибратор соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входами Сброс триггера, первого счетчика и входом Запись управляемого делителя частоты, выход второго формирователя соединен через инвертор с первым входом второго элемента И, выход которого через второй одновибратор соединен с входом Разрешение счета второго счетчика, суммируюш 1й счетный вход которого соединен с выходом и входом Разрешение счета управляемого делителя частоты, выход опорного генератора через делитель частоты соединен |С первым входом третьего элемента И, выход которого Соединен с вычитающим входом первого счетчика и входом Сброс второго счетчика, выход опорного генератора также соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен со счетным входом управляемого делителя частоты, инверсный выход триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ и является синхронизирующим выходом устройства, выход первого формирователя соединен с вторыми входами элемента ИЛИ-НЕ и третьего элемента И, третий вход которого соединен с прямым выходом триггера, выход элемента ШТМ-НЕ

51257563 6

соединен с вторыми входами первого, ционные выходы второго счетчика яв- второг о и четвертого элементов И, , ляются выходом устройства, при этом синхронизирующий вход устройства сое- управляемый дели-: гль частоты выполнен динен с D-вкодом триггера,, а информа- в виде счетчика.

Изобретение может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных системах для измерения фазового сдвига электрических колебаний низкой частоты. Цель изобретения - упрощение устройства. Устройство содержит формирователи 1 и Z,. триггер 3, генератор 12, делитель 13 чг-стоты и счетчики 14, 15 и 16. Введение инвертора 4, одновибраторов 5 и 6, элементов И 7-10 и элемента ШТИ- НЕ 11 с образованием новых связей между элементами устройства позволяет переменно заполнять частоту счетчиков и сократить время на получение результата. При этом из процедуры получения результата исключаются такие вычислительные операции, как умножение или деление кодов чисел, что позволяет повысить точность измерения. 1 ил. () Ю О1 СП 05 СО