Цифровой инфранизкочастотный широкополосный фазометр мгновенных значений Советский патент 1988 года по МПК G01R25/08 

со

05 00

ОС

о

СГ)

N)

.

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для преобразования снимаемой с фазовых датчиков информации в цифровую форму как наиболее удобную для ввода ее в ЭВМ. Фазометр содержит преобразователь 1 мгновенных значений сдвига фаз между входными напряжениями и периода входных напряжений в интервалы времени, блок 2 управления, вентили 4,3, переключатель 5, источник 6 опорного напряжения, преобразователь 7 код-напряжение, генератор 8 опорной частоты, счетчики 9, 10, регистры 11, 12, преобразователь 13 код - сопротивление, интегратор 14, нуль-орган 15 и имеет повышенную достоверность получаемой информации. 1 з.п. ф-лы. 2 ил. Ф (Л

ьй, Sit

Фиг /

Изобретение относится к цифровой измерительной технике, может быть использовано в информационно-измерительных системах для преобразования снимаемой с фазовых датчиков информации в цифровую форму как наиболее удобную с точки зрения ввода ее в ЦВМ и является усовершенствованием устройства По авт.св. № 847223.

Целью изобретения является повышение достоверности получаемой информации.

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого фазометра; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Цифровой инфранизкочастотный широкополосный фазометр мгновенных значений содержит (фиг.1) преобразователь 1 мгновенных значений сдвига фаз между входными напряжениями и пе риода входных напряжений в интервалы времени, блок 2 управления, первый 3 и второй 4 вентили, переключатель 5, источник 6 опорного напряжения, преобразователь 7 код-напряжение, генератор 8 опорной частоты, первый 9 и второй 10 счетчики, первый 11 и второй 12 регистры, преобразователь 13 код-сопротивление, интегратор 14 и нуль-орган 15. Блок 2 управления содержит первый триггер 1 первый элемент ИЛИ 17, первый инвертор 18, первый 19 и второй 20 элементы И, второй инвертор 21, второй триггер 22, второй элемент ИЛИ 23 и элемент 24 задержки. Кроме того, для фиксации и хранения результата текущего измерения может быть использован третий регистр 25.

Преобразователь 1 мгновенных значений сдвига фаз между входными напряжениями и периода входных напряжений в интервалы времени подсоединен к первым двум входам блока 2 управления, первьй выход которого соединен с первым входом первого вентиля 3, второй выход - с первым входом второго вентиля 4, третий и четвертый выход - с управляющими входам переключателя 5, выходы источника 6 опорного напряжения непосредственно и через преобразователь 7 код-напряжение соединены с входами переключателя, выход генератора 8 опорной частоты подключен к вторым входам вентилей, третьи входы которых подключены к пятому выходу блока управлния, а выходы вентилей - соответственно к счетным входам первого и второго счетчиков 9 и 10, установочные входы (Уст. О) которых соединены с шестым выходом блока управления, а выходы счетчиков - соответственно с информационными входами первого и второго регистров 11 и 12,

0 управляющие входы которых соединены соответственно с седьмым и восьмым выходами блока управления, а выходы - с цифровыми входами преобразователя 7 код-напряжение и пре5 образователя 13 код-сопротивление, сигнальный вход которого подключен к выходу переключателя, а выход через последовательно соединенные интегратор 14 и нуль-орган 15 0 к третьему входу блока управления. Вентили 3 и 4 выполнены в виде трехвходовых элементов И. Кроме того, в блоке управления входы второго элемента И 20 соединены с первы5 ми двумя входами блока, а выход подключен к четвертому выходу блока 2 непосредственно и к восьмому выходу блока 2 через второй инвертор 21, входы второго триггера 22 соединены

0 с установочным входом 26 Пуск

и с первым входом блока 2, а (3 -выход триггера 22 - с пятым выходом блока 2 и первьЕм входом первого элемента И 19, второй вход которого подключен к второму входу блока 2, третий вход - к выходу первого инвертора 18 и седьмому выходу блока 2, а выход - к второму выходу блока 2 и первому входу первого триггера 16, второй вход которого соединен с входом элемента 24 задержки и с третьим входом блока 2, а О -выход триггера 16 - с четвертым выходом блока 2 и первым входом первого элемента ИЛИ 17, второй вход которого подключен к первому входу блока 2 и входу первого инвертора 18, а выход - к первому выходу блока 2, входы второго элемента ИЛИ 23 соединены с установочным входом 27 Исходное положение и выходами элемента 24 задержки и первого элемента и 19, а выход - с шестым выходом блока 2.

Фазометр работает следующим об- 5 разом.

5

0

5

0

Напряжение U, и U , сдвиг фазе/ между которыми должен быть измерен, поступают на преобразователь 1, формирующий из них (по моментам перехода через нулевое значение) два сигнала, длительность Т одного из которых пропорциональна периоду входных напряжений (фиг.26), а длительность Т другого - сдвигу фаз У (фиг.2а). В исходное состояние устройство приводится при подаче на вход 27 блока 2 импульса, который обнуляет счетчики 9 и 10, пройдя на их входы Уст.О (R) через элемент ИЛИ 23, и устанавливает в положение О триггер 16. D-триггер 22 блока 2, на D-входе которого присутствует потенциал О, находится в положении О, и каждый передний фронт сигнала длительностью Т, соответствующий перепаду потенциала , подтверждает это положение. Вентили 3 и 4 и элемент И19 закрыты, ключи переключателя 5 разомкнуты.

Запуск устройства осуществляется путем подачи потени апа 1 на вход 26 Пуск блока 2 и с него на

D-вход триггера 22 (фиг.2г), при этом 25 зователя 13, который формирует его

ближайшим передним фронтом сигнала длительностью Т указанный триггер устанавливается в положение 1, и разрешающий потенциал 1 с его единичного (3--выхода (фиг.2д) подает- ся на первые управляющие входы элементов И 3, 4 и 19 - начинается первый такт первого цикла работы устройства, в котором осуществляется кодирование широтно-импульсных сигналов длительностью Т и С .

Через элемент ИЛИ 17 блока 2 сигнал длительностью Т (фиг.26) поступает на второй управляющий вход элемента И 3 (фиг.2к) и, открывая его, разрешает поступление счетных импульсов генератора 8 опорной частоты f на счетный вход счетчика 9 в течение интервала времени, пропорционального Т (фиг.2ж). Кроме того, этот сигнал инвертируется инвертором 18 (фиг.2и) и в момент времени, соответствующий переднему фронту сигнала с выхода указанного элемента, код N счетчика 9, пропорциональный Т , переносится в регистр 11 и далее поступает на преобразователь 7, который формирует его аналоговый эквивалент U в виде напряжения, пропорционального N

, (1)

где Кц - коэффициент преобразования; Ug - опорное напряжение источника 6, подаваемое на аналоговый вход преобразователя 7.

Одновременно с сигналом, имеющим длительность Т, в первом такте

рассматриваемого первого цикла кодируется сигнал той же формы длительностью, пропорциональной t . Он формируется элементом И 20, с выхода

которого поступает на второй управляющий вход элемента И 4 (фиг.2в) и, открывая его, разрешает поступление счетных импульсов генератора 8 на счетный вход счетчика 10 в течение интервала времени, пропорционального (фиг.2е). После инвертирования инвертором 21 (фиг.2з) этот же сигнал поступает на управляющий вход регистра 12 и своим передним фронтом

разрешает занесение в регистр кода N-, сформированного в счетчике 10 за время и пропорционального Г . Далее этот код с выхода регистра 12 пос-Гупает на цифровой вход преобразователя 13, который формирует его

аналоговый эквивалент R в виде сопротивления, пропорционального N

R KuRNj;,

(2)

30 где К-- коэффициент преобразования; R - номинальное значение сопро-

тивления резистора интегратора 14.

на входе

Во втором такте первого цикла работы устройства определяется сдвиг фаз if по методу двойного интегрирования. В начале этого такта срабатывает элемент И 19, формируя сигнал длительностью Т (фиг.2л), который сбрасывает счетчики 9 и 10, пройдя с задержкой в элементах И 19 и ИЛИ 23 на их установочные входы Уст.О (фиг.2м), и устанавливает в замкнутое положение один из ключей переключателя 5 (в цепи источник 6 - преобразователь 13 - интегратор 14).Опорное напряжение U источника 6 через замкнутый ключ переключателя 5 подается на интегратор 14 с входным резистором, сопротивление которого определяется из (2), и интегрируется в течение времени, пропорционального Т (фиг. 2н). В момент времени, со- ответствующий заднему фронту сигнала с выхода элемента И 19 (фиг.2л), снимается блокировка (принудительная установка в О) счетчиков 9 и 10, и размыкается ключ переключателя 5,

.t

KU т.

Ccf, (6)

10

где С - коэффициент пропорциональности.

513688066

связьгаающий источник 6 с интеграто- Цифровой эквивалент интервала вре- ром 14. Одновременно триггер 16 уста- мени t, фиксируемьй в регистре 25, навливается в положение 1, и потен- равен с учетом (5) циал 1 с его единичного Q -выхо- да (фиг.2о), во-первых,устанавливает в замкнутое положение другой ключ переключателя 5, при этом напряжение UQ с выхода преобразователя 7 подключается к интегратору 14 и интегрируется с противоположным знаком до момента достижения нулевого значения (фиг.2н), во-вторых, пройдя через элемент ИЛИ 17 (фиг.2к) на соответствующий управляющий вход элемента И 3 и открьшая его, разрешает поступление счетных импульсов генератора 8 на счетный вход счетчика 9 (фиг.2ж). В момент времени, соответствующий нулевому значению выходного напряжения интегратора 14, срабатывает нуль-орган 15, и импульс с его выхода (фиг.2п) возвращает триггер 16 в исходное положение (фиг.2о). При этом ключ переключателя 5 в цепи, 25 связывакяцей преобразователь 7 с интегратором 14, размыкается, а элемент И 3 закрывается, прекращая поступление счетных импульсов в счетчик 9 (фиг.2ж). Импульс с выхода нуль-органа 15, кроме того, разрешает перенос содержимого счетчика 9, отображающего искомый результат измерения qi , в регистр 25, а после задержки элементов 24 блока 2 (фиг,2р), пройдя через элемент ИЛИ 23 (фиг.2м), сбрасывает счетчики 9 и 10 в исходное нулевое положение.

Из уравнения баланса зарядов следует

1

Следующий цикл работы устройства начинается в момент времени, соот- 5 ветствующий переднему фронту очередного сигнала длительностью Т (фиг.2б), и протекает аналогично рассмотренному.

20 Формула изобретения

30

-rrj cdt V| Ь

(3)

с целью повьш1ения достоверности получаемой информации, в нем пятый выход блока управления подключен к третьим входам обоих велтилей, шестой выход - к установочным входам обоих счетчиков, а седьмой и восьмой выходы - к управляющим входам первого и второго регистров соответственно.

40 инвертор с восьмым выходом блока, входы второго триггера соединены с установочным входом Пуск и с первым входом блока, а выход - с пятым выходом блока и с третьим входом пера также с учетом (1)

о

K,U,N,At,

(4)

где ut - интервал времени, в течение которого триггер 16 находился в положении 1 (фиг.2о). Из (4) получают ut ---- ------г (5)

KU NT,

К, T,f,

.t

KU т.

Ccf, (6)

ифровой эквивалент интервала в t, фиксируемьй в регистре 25 н с учетом (5)

где С - коэффициент пропорциональности.

Цифровой эквивалент интервала вр мени t, фиксируемьй в регистре 25, равен с учетом (5)

Цифровой эквивалент интервала вре- мени t, фиксируемьй в регистре 25, равен с учетом (5)

Следующий цикл работы устройства начинается в момент времени, соот- ветствующий переднему фронту очередного сигнала длительностью Т (фиг.2б), и протекает аналогично рассмотренному.

Формула изобретения

Цифровой эквивалент интервала вре- мени t, фиксируемьй в регистре 25, равен с учетом (5) 5

0

0

с целью повьш1ения достоверности получаемой информации, в нем пятый выход блока управления подключен к третьим входам обоих велтилей, шестой выход - к установочным входам обоих счетчиков, а седьмой и восьмой выходы - к управляющим входам первого и второго регистров соответственно.

0 инвертор с восьмым выходом блока, входы второго триггера соединены с установочным входом Пуск и с первым входом блока, а выход - с пятым выходом блока и с третьим входом пер5 вого элемента И, второй вход которого подключен к седьмому выходу блока, а выход - к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, вход которого соединен с третьим входом блока, третий вход второго элемента ИЛИ соединен с установочным входом Исходное положение, а выход - с шестым выходом блока.