Цифровой фазометр Советский патент 1988 года по МПК G01R25/08 

оо

О5 00 00

о

00

Изобретение относится к измерительной технике н может быть использовано при создании фазометрической аппаратуры, работающей на низких и средних частотах.

Цель изобретения - повышение быстродействия с сохранением точности. На чертеже приведена блок-схема фазометра.

В состав цифрового фазометра входят нуль-орган 1, временные дискриминаторы 2 и 3 максимумов, формирователь 4 опорного сигнала, элементы 2И 5 и 6, микропроцессор 7, индикатор 8, блок 9 управления, нуль-орган 10, временные дискриминаторы 11 и 12 максимумов и инверторы 13 и 14

Блок 9 управления состоит из триггеров 15-17, элемента 2И 18, кнопки 19 Пуск, элемента 2И 20, элементов ЗИ 21-24, триггеров 25 и 26, элементов ИЛИ 27-29.

Вход нуль-органа 1 соединен с входом первого временного дискриминатора 2 максимумов, вход второго временного дискриминатора 3 максимумов соединен с входом формирователя 4 опорного сигнала, выход которого соединен с первыми входами элементов 2И 5 и 6, выходы которых соединены с входами микропроцессора 7, соединенного с индикатором 8, первые два выхода блока 9 управления соединены с управляющими входами микропроцессора 7 и вторыми входами элементов 2И 5 и 6, третий выход блока 9 управления соединен с третьи управляющим входом микропроцессора 7. Вход первого инвертора 13 соединен с входом первого нуль-органа 1, а выход - с входом второго нуль-органа 10 и входом третьего временного дискриминатора 11 максимумов, вход второго инвертора 14 соединен с входом формирователя 4 опорного сигнала, а выход - с входом четвертого временного дискриминатора 12 максимумов, выходы первого нуль-органа 1, первого и второго временных дискриминаторов 2 и 3 максимумов, второго нуль-органа 10 и третьего и четвертого дискриминаторов 11 и 12 максимумов соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами блока 9 управления .

В блоке 9 управления кнопка 19 Пуск соединена с единичным входом

первого триггера 15, первый вход элемента 2И 18 соединен с первым входом блока 9 управления, а выход - с единичным входом второго триггера 16, нулевые входы триггеров 15-17, 25 и 26 объединены. Второй вход элемента 2И 18 соединен с вторым входом элемента 2И 20 и с прямым выходом Q триггера 15, инверсный выход которого соединен с третьим выходом блока 9 управления, выход элемента 2И 20 соединен с единичным входом триггера 25, прямой выход которого соеди- 5 нен с входами элемента ИЛИ 27 и элемента ЗИ 21, а инверсный выход - с входом элемента ЗИ 22, прямой выход триггера 16 соединен с вторым входом элемента ЗИ 22 и входом эле- 0 мента ИЛИ 27, выход которого соединен с вторым выходом блока 9 управления, а инверсный выход триггера 16 соединен с вторым входом элемента ЗИ 21, а выход элемента ЗИ 21 соеди- 5 нен с единичным входом триггера 26, прямой выход которого соединен с входом элемента ИЛИ 28 и первым входом элемента ЗИ 23, а инверсный выход - с первым входом элемента ЗИ 0 24, выход элемента ЗИ 22 соединен с единичным входом триггера 17, прямой выход которого соединен с вторым входом элемента ЗИ 24 и входом элемента ИЛИ 28, а инверсный выход - с вторым входом элемента ЗИ 23, выходы элементов ЗИ 23 и 24 соединены с входами элемента ИЛИ 29, выход которого соединен с нулевыми входами триггеров 15-17, 25 и 26.

Второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы блока 9 управления соединены соответственно с третьими входами элементов ЗИ 22 и 24, первым входом элемента 2И 20 и третьими вхое дами элементов ЗИ 21 и 23, первый выход блока 9 управления соединен с выходом элемента ИЛИ 28.

Фазометр работает следующим образом.

Синусоидальные напряжения, между

5

0

0

которыми измеряется фазовый сдвиг.

U.(t) U(t)

1m

гт

Sin СО t.

sin(tot -cf).

подаются соответственно на первый и второй входы фазометра. Нуль-орган 1 и временной дискриминатор максимумов выделяют соответственно момент перехода через нуль из минуса в плюс и момент наступления максимума сигнала U,(t). Нуль-орган 10 и временной дискриминатор 11 максимумов выделяют соответственно момент перехода через нуль из минуса в плюс и момент наступления максимума инвертированного сигнала U,(t), который появляется на выходе инвертора 13. Временные дискриминаторы 3 и 12 максимумов выделяют моменты наступления максимумов сигналов соответственно ) и инвертированного ), который появляется на выходе инвертора 14. Во все эти моменты времени на выходах соответствующих блоков формируются управляющие сигналы, поступающие в блок

9управления. Формирователем 4 осуществляется преобразование напряжения UgCt) в пропорциональную частоту следования импульсов

f(t)(t)(GJ t -с), (1

где К, - коэффициент передачи формирователя 4 опорного сигнала.

Элементы 2И 5 и 6 в исходном состоянии закрыты нулевыми потенциала ми триггеров 17 и 26, объединенными через элемент ИЛИ 28, и триггеров 16 и 25, объединенных через элемент ИЛИ 27, блока 9 .управления.

При нажатии кнопки 19 Пуск на прямом выходе триггера 15 появляется единичный потенциал, подготавли- ваюций к работе элементы 2И 18 и 20 В зависимости от того, в какой из моментов времени, соответствующий положительному или отрицательному полупериоду сигнала U,(t), нажата кнопка 19 Пуск, первый импульс появляется на выходе нуль-органа

10или нуль-органа 1. Рассмотрим случай, когда кнопка

19 Пуск нажата в момент времени, соответствующий положительному полупериоду сигнала U,(t). При этом первым наступает момент перехода через нуль из минуса в плюс для инвертированного сигнала U,(t), по сравнению с сигналом U(t), т.е. первым срабатывает нуль-орган 10. С его выхода импульс через элемент 2И 20 поступает на единичный вход триггера 25, в результате чего на его пря68808мом выходе устанавливается ели:1нчн1пй потенциал, который поступает через элемент ИЛИ 27 на второй вход элемента 2И 6. Импульсы с формирователя 4 ог орного сигнала начинают поступать в один из запоминающих регистров микропроцессора 7, адрес которого выбирается по управляющему сиг10 налу с триггера 25. Установившийся на прямом выходе триггера 25 единичный потенциал разрешает прохождение импульсов с выхода временного дискриминатора 11 максимумов через элемент

15 ЗИ 21 на единичный вход триггера 26, а нулевой потенциал на инверсном выходе триггера 25 поступает на элемент ЗИ 22, запрещается прохождение через него импульсов с выхода вре20 менного дискриминатора 2 максимумов на единичный вход триггера 17, При наступлении максимума сигнала ) импульс с выхода временного дискриминатора 11 максимума черея элемент

25 ЗИ 21 поступает на единичный вход триггера 26, в результате чего на его прямом выходе устанавливается единичный потенциал, который, проходя через элемент ИЛИ 28 на вто30 рой вход элемента 2И 5, открывает этот элемент для прохождения импульсов с формирователя 4 опорного сигнала на запоминающий регистр микропроцессора 7, адрес которого выбирается по управляющему сигналу с триггера 26.

Единичный потенциал с прямого выхода триггера 26, поступая на элемент ЗИ 23, открывает его для про40 хождения импульсов с временного дискриминатора 12 максимумов. Нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 26 запрещает прохождение импульсов с выхода временного дискри45 минатора 3 максимумов через элемент ЗИ 24. При первом же поступлении максимального сигнала U(t) импульс с выхода временного дискриминатора 12 максимумов поступает через эле5Q менты ЗИ 23 и ИЛИ 29 на нулевые входы триггеров 15-17, 25-26, возвращая их в исходное состояние. Тем самым элементы 2И 5 и 6 становятся нечувствительными к импульсам формисс рователя 4, прекращая их доступ в микропроцессор 7. С инверсного выхода триггера 15 поступает сигнал на третий управляющий вход микропроцессора 7.

35

В том случае, когда запуск устройства происходит в момент времени соответствующий отрицательному полупериоду сигнала U(t), фазометр работает под управлением импульсов, вырабатываемых нуль-органом 1 и временными дискриминаторами 2 и 3 максимумов через соответствующие им элементы блока 9 управления.

Таким образом, элемент 2И 5 оказывается открытым для прохождения ипульсов в течение фазового интервала 0. . .ll + ср , а элемент 2И 6 - в течение фазового интервала п/2., . . . п /2 + (f . За время открытого состояния элементов 2И 5 и 6 на соответствующие регистры микропроцессора 7 поступает соответственно количество импульсов

712.

N, f (t)d(cot)Kj U2(t)d(co t), JJ

0о

irji+tf |гн(

N2 f(t)d(0 t)K.( и (t)d(co t). У- J

Подставляя в эти формулы выражение (1), получают

1Г|г+ц

N,K

I U sinCu t- qi)d(cot)

.cos cp , Tiz+4

(2)

i

и , sin(cO t - q)d(w t)

2m

KfUj sinlf,

Коды N, и Nj запоминаются в заданных регистрах микропроцессора 7.

Единичный потенциал, поступающий на третий управляющий вход микропроцессора 7 с триггера 15, является командой Начало операции, по которой начинается выполнение микропрограммы вычисления фазового сдвига

tf arctg

Hi N,

Результаты вычисления отображаются на индикаторе 8.

Таким образом, при запуске цифрового фазометра в момент времени, соответствующий положительному полупериоду, получают выигрьпи во времени, пропорциональный полупериоду сигнала,по сравнению с известным устройством с сохранением прежней точности, что особенно важно при измерении сдвига фаз на средних и низких частотах.

Формула изобретения

15

20

я

1. Цифровой фазометр, содержащий нуль-орган, первый и второй временные дискриминаторы максимумов, формирователь опорного сигнала, первый и второй элементы 2И,,микропроцессор, индикатор и блок управления, причем вход нуль-органа соединен с входом первого временного дискриминатора максимумов и первой входной клеммой фазометра, вход второго временного дискриминатора максимумов соединен с входом формирователя опорных сиг25 налов и второй входной клеммой фазометра, при этом выходы нуль-органа, первого и второго временных дискриминаторов максимума соединены соот- ретственно с первым, вторым и треть30 им входами блока управления, а выход формирователя опорного сигнала соедине} соответственно с первыми входами первого и второго элементов 2И, выходы которых соединены с вхо25 дами микропроцессора, выходом соединенного с индикатором, при этом первые два выхода блока управления соединены с первым и вторым управляющими входами микропроцессора и вто40 рыми входами элементов 2И, а третий выход блока управления соединен с третьим управлягацим входом микропроцессора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстро45 действия при сохранении точности, в него дополнительно введены второй нуль-орган, третий и четвертый временные дискриминаторы максимумов и два инвертора, причем вход перво5Q го инвертора соединен с первой входной клеммой фазометра, а выход - с входами третьего временного дискриминатора максимумов и второго нуль- органа, выход которого соединен с

55 четвертым входом блока управления, а выход третьего временного дискриминатора соединен с пятым входом блока управления, при этом вход второго инвертора соединен с второй

входной клеммой фазометра, а выход - с входом четвертого временного дискриминатора максимумов, выход которого соединен с шестым входом блока управления.

2. Фазометр по п. 1, содержащий блок управления, состоящий из трех триггеров, третьего и четвертого элементов 2И и кнопки Пуск,причем кнопка Пуск соединена с входом установки единицы первого триггера, первый вход третьего элемента 2И соединен с первым входом блока управления, а выход - с входом установки единицы второго триггера, входы установки нуля трех триггеров объединены, отличающийся тем, что в блок управления дополнительно введены четыре элемента ЗИ, четвертый и пятый триггеры и три элемента ИЛИ, причем второй вход третьего элемента 2И соединен с вторым входом четвертого элемента 2И и прямым выходом первого триггера, инверсный и прямой выходы второго триггера соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов ЗИ, при этом инверсный и прямой выходы третьего триггера соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов ЗИ, выход четвертого элемента 2И соединен с входом установки единицы четвертого триггера, прямой и инверсный выходы

которого Соединены cooTBC- TT-Hcf Ho с вторыми входами первого и второго элементов ЗИ, выход первого элемента ЗИ соединен с входом установки единицы пятого триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами треаьего и четвертого элементов ЗИ, а второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы блока управления соединены соответственно с третьими входами второго и четвертого элементов ЗИ, Бторьтм входом четвертого эле5 мента 2И и третьими входами первого и третьего элементов ЗИ, при этом прямые выходы второго и четвертого триггеров соединены с входами первого элемента ИЛИ, а прямые выходы

0 третьего и пятого триггеров соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с выхо5 дом первого элемента ИЛИ, а третий - с инверсным выходом первого триггера, вход установки нуля которого соединен с входами установки нуля четвертого и пятого триггеров и выходом

0 третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов ЗИ, а выход второго элемента ЗИ соединен с входом установки единицы третьегс триггера.

Изобретение может быть использовано при создании фазометрической аппаратуры, работающей на низких и средних частотах. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Фазометр содержит нуль-орган 1, временные дискриминаторы 3 и 4 максимумов, формирователь 4 опорных сигналов, элементы 2И 5 и 6, микропроцессор 7, индикатор 8 и блок 9 управления. Введение нуль-органа 10, временных дискриминаторов 11 и 12 максимумов, инверторов 13 и 14 и конкретное выполнение блока 9 управления позволяют при запуске фазометра в момент времени, соответствующий положительному полупериоду, получать выигрыш во времени, пропорциональный полупериоду сигнала. 1 3.п. ф-лы, ил.