Цифровой фазометр Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к информацИ онно-измерительной технике и предназначено для намерения среднего угла сдвига фаз между двумя синусоидальными напряжениями или между двумя последовательностями электрических импульсов.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг,2 - временные диаграммы работы характерных точек схемы.

В состав устройства входят схема 1 управления, формирователь 2 импульсов, формирователь 3 входного сигнала, фазовый дискриминатор 4, элемент

1А

В схеме 1 управления выход задающего генератора 15 через синхронизирующий выход 35 подключен к второму входу элемента И 5 и входу счетчика 17, выход которого связан через первый командный выход 30 с первым входом элемента И 26 и через формирователь 21 и пятый командный выход 34 с установочными входами счетчика 18, выход формирователя 8 через третий командный выход 32 соединен с входом записи регистра 9, выход формирователя 2 связан с С-входом триггера 10, первым входом элемента 12 и через второй командный выход 31 с входом записи вычитающего счетчика 24, единичный вькод триггера 10 через второй вход элемента И 12 и через четвертый

И 5, счетчик 6 пачек импульсов, формирователь 7 входного сигнала, форми- 20 командный выход 33 связан со счетным

рователь 8 импульсов, регистр 9, триггер 10 коррекдии, блок 11 увеличения длительности входного импульса, элемент И 12, переключающий элемент 13, блок 14 нормализации, задающий генератор 15, фильтр 16 низкой частоты, счетчик 17 времени измерения, счет1;шк 18 коррекции, преобразователь 19 код-напряжение, суммирующий элемент 20, формирователь 21 импульсов, преобразователь 22 напряжение-частота (ППЧ), элемент И 23, вычитающий счетчик 24 импульсов, анализатор 25 нуля, элемент И 26, счетчик 27 резуль

тата, первый 28 и второй 29 измерительные входы фазометра, первый - пятый командные выходы 30-34 схемы 1 управления, синхронизирующий выход 35 схемы управления, соответственно первый 36 и второй 37 синхронизирующие входы схемы управления, управляющие вход 38 и выход 39 схемы управления.

Схему 1 управления образуют формирователи 2, 8 и 21 импульсов, триггер 10 коррекции, элемент И 12, задающий генератор 15 и счетчик 17.вре- мени измерения.

Измерительные входы 28 и 29 фазометра подключены -через формирователи 3 и 7 к входам фазового дискриминатора 4, выход которого соединен с первым входом элемента И 5, входом блока 11 увеличения длительности и через переключакщий элемент 13 с входом блока 14 нормализации. Кроме то- го, выходы формирователей 3 и 7 через синхронизирующие входы 36 и 37 соединены с входами фop шpoвaтeлeй 2и.8

А205472

В схеме 1 управления выход задающего генератора 15 через синхронизирующий выход 35 подключен к второму входу элемента И 5 и входу счетчика 17, выход которого связан через первый командный выход 30 с первым входом элемента И 26 и через формирователь 21 и пятый командный выход 34 с установочными входами счетчика 18, выход формирователя 8 через третий командный выход 32 соединен с входом записи регистра 9, выход формирователя 2 связан с С-входом триггера 10, первым входом элемента 12 и через второй командный выход 31 с входом записи вычитающего счетчика 24, единичный вькод триггера 10 через второй вход элемента И 12 и через четвертый

10

15

- 20 командный выход 33 связан со счетным

5

5

0

входом счетчика 18, нулевой выход триггера 10 через управляющий выход 39 подключен к управляющему входу переключакяцего элемента 13. .

Выход счетчика 18 через преобразователь 19 код-напряжение связей с первым входом суммирующего элемента 20, второй вход которого через фильтр 16 подключен к выходу блока 14 норма- 0 лизации. Выход суммирующего элемента 20 через преобразователь 22 напряжение-частота связан с первым входом элемента И 23, выход которого соеди- . нен со счетным входом счетчика 24 и через второй вход элемента И 26 с входом счетчика 27.

Выход счетчика 24 подключен к входу анализатора 25 нуля, выход которого связан со вторым входом элемента И 23 и через управляющий вход 38 с D-входом триггера 10 коррекции.

Выход элемента И 5 соединен со счетным входом счетчика 6, разрядные выходы которого через регистр 9 связаны с разрядными входами счетчика 24,

Устройство работает следующим образом.

Цикл измерения состоит из двух режимов - коррекции (Р1) и измерения (Р2), длительности которых равны и определяются.объемом счетчика 17 времени измерения.

Рассмотрим работу устройства с момента начала режима Р1 (момент времени t на фиг.2),

Измерительные входы 28 и 29 фазометра подключены к входам соответствующих формирователей 3 и 7, выра- батьгаающих прямоугольные импульсы.

5

0

временной сдвиг между которыми про- порционален фазовому сдвигу q между входными сигналами. Поступившие на входы фазового дискриминатора 4 импульсы преобразуются им в последовательность прямоугольных импульсов с длительностью ЬТц, и периодом, равным периоду входных сигналов Т.

Выходные импульсы дискриминатора 4 преобразуются с помощью элемента И 5 в пачки импульсов (квантующие импульсы с периодом непрерывно посту- пают с синхронизирующего выхода 35 схемы 1 управления на второй вход двухвходового элемента И 5.

В режиме коррекции пачки импульсов через переключающий элемент 13 поступают на вход блока 14 нормализации.

который осуществляет перепись кода из регистра 9 в счетчик 24. Этот же CHI- нал, поступая на С-вход триггера 10, осуществляет через управляющий вход 38 схемы 1 управления перепись состояния анализатора нуля 25 в триггер 10 коррекции.

При наличии в счетчике 24 кода,

отличного от , на выходе анализатора 25 нуля образуется разрешающий потенциал, подаваемьш на второй вход элемента И 23, и fflyльcы преобразователя 22 через элемент 23 поступают на

вход вычитающего счетчика 24 и на втор ой вход элемента И 26. На первьй вход элемента И 26 с выхода счетчика 17 времени измерения через первый командный выход 30 cxeNtbi 1 управления

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения среднего угла сдвига фаз между двумя синусоидальными напряжениями или между двумя последовательностями электрических импульсов. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит схему 1 управления, формирователи 2 и 21 импульсов, фазовый дискриминатор 4, элементы И 5, 12, 23 и 28, счетчик 6 пачек импульсов, формирователи 3 и 7 входного сигнала, регистр 9, триггер 10 коррекции, блок 11 увеличения длительности входного импульса, блок 14 нормализации, задающий генератор 15, фильтр 16 низкой частоты, счетчик 17 времени задер ски, преобразователь 22 капряжение частота, вычитающий счетчик 24 импуль сов, анализатор 25 нуля и счетчик 27 результата. В щгфровсй фазометр дополнительно введены переключающий элемент 13, последовательно включенные счетчик 18 коррекции, лреобразо- ватель 19 код - напряжение и суммирующий элемент 20„ Это обеспечивает существенное снга-сение нггзкочастотнЪй составляющей погрешности фазометра путем уменьшения влияния на точность устройства параметров блока 14 нормализации и преобразователя 22 напряжение - частота. 2 и,п. ш

минуя блок 11 увеличения длительности 2о поступает запрещающий потенциал, повходного импульса.

Блок 14 нормализации осуществляет нормализацию амплитуды импульсов, т.е. ограничение амплитуды на неко- торых уровнях и„„ , , .

Фильтр 16 низкой частоты вьщеляет постоянную составляющую нормализованного напряжения

и.

+ (и

Moikc

- и..

X

йТс

т

которая поступает через суммирующий элемент 20 на вход преобразователя 22 напряжение-частота с характеристикой вида:

пич 8х

где К, - коэффициент пропорциональности.

Влияние на работу устройства преобразователя 22 постоянной составляющей выходного напряжения фильтра 16 низкой частоты может быть устранено путем введения соответствующего смещения на входе суммирующего элемента 20.

Счетчик 6 регистрирует число импульсов, содержащихся в каждой пачке, поступающей с выхода элемента И 5,

По переднему фронту импульса формирователя 7 с третьего командного выхода 32 схемы 1 управления поступает формируемый формирователем 8 импульсов сигнал, осуществляющий перепись кода счетчика 6 в регистр 9.

По переднему фронту импульса формирователя 3 на втором командном выходе 31 схемы 1 управления образуется формирователем 2 импульсов сигнал.

5

0

5

0

5

5

этому импульсы на вход счетчика результата 27 не проходят,

В начале режима коррекгши с nojio-- щью формирователя 21 импульса (U, на фиг.2) через пятьй когандный выход 34 схемь: I управления в -счетчр ке 18 коррекции устанавливается максимальное значение кода (Кд,.„ ., на фиг.2), под воздействием которого преобразователь 19 код-напряжение вырабатывает напряжение5 поступающее на суммирующий элемент 20. полярность которого противоположна полярности напряжения, поступающего с фильтра 16 низкой частоты В этом случае частота, вырабатываемая преобразователем 22, минимальна и содержимое счетчика 24 за время периода входного сигнала Т не успевает уменьшиться до нуля/

На выходе анализатора 25 нуля сохраняется разрешающий потенциал5 который устанавливает триггер 10 коррекции в единичное состояние„

С единичного выхода триггера 10 разрешающий потенциал поступает на второй вход элемента И 12 к очередной импульс Д T через первый вход элемента И 12 и четвертьш командньш выход 33 схемы 1 управления поступает на вход счетчика 18 коррекции. Это приводит к уменьшению на единицу содержимого счетчика 18, что, в свою очередь, приводит к уменьшению на шаг квантования напряжения на выходе преобразователя 19. Напряжение на входе преобразователя 22 увеличивается,, следовательно, увеличивается и час тота „„ .

продолжается до тех .пор, пока частота fnm, не достигнет такого значения, когда содержимое счетчика 24 за время периода входного сигнала успевает уменьшиться до нуля. В этот момент анализатор 25 нуля выдает запрещающий потенциал и триггер 10 устанавливается в нулевое состояние. С второго входа элемента И 12 снимается ; разрещаюпщй потенциал и импульсы йТц, ;перестают поступать на вход счетчи- :ка 18 коррекции. В счетчике 18 фиксируется значение кода, соответствующее напряжению, которое определяет рабочую точку преобразователя 22 напряжение-частота.

При установке триггера 10 коррекции в нулевое состояние на управляю- ; щий вход переключающего элемента 13 через выход 39 схемы 1 управления поступает разрешающий потенциал и на вход блока 14 норм.ализации поступают импульсы увеличенной длительности

U.T,

q

+ Т

счв момент времени tj заканчивается режим коррекции и начинается режим измерения.

В режиме измерения с выхода счетчика 17 времени измерения разрешающий потенциал через первый командный выход 30 схемы I управления поступае на первый вход элемента И 26, и импульсы с выхода преобразователя 22 через элемент И 23 поступают на вход счетчика 27 результата. Число, полученное в счетчике 27 результата за время измерения, пропорционально сред нему углу сдвига фаз между исследуемыми сигналами.

Таким образом, введение в состав фазометра последовательно включенных счетчика коррекции, преобразователя код-напряжение и суммирующего элемента, один из входов которого связан с фильтром низкой частоты, а также переключающего элемента обеспечивают существенное снижение низкочастотной составляющей погрешности фазометра путем уменьшения влияния на точность устройства параметров блока нормализации и преобразователя напряжение- частота. Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий схему управления, синхронизирующие вход

5

0

5

0

5

0

5

0

55

телям входных сигналов, соединенных через фазовый дискриминатор с блоком увеличения длительности входного импульса, последовательно соединенные блок нормализации и фильтр низкой частоты, а также первый элемент И, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора, а выход подключен к счетному входу счетчика пачек импульсов, который поразрядно соединен с последовательно включенными регистром и вычитакяцим счетчиком, выход которого через анализатор нуля

соединен с первым входом второго эле1

мента И, второй вход которого подключен к выходу преобразователя напряжение-частота, а выход второго элемента И соединен со счетным входом вычитающего счетчика и через первый вход третьего элемента И - с входом счетчика результата, второй вход третьего элемента И подключен к первому командному выходу схемы управления, второй и третий командные выходы соединены соответ.ственно с входами записи вычитающего счетчика и регистра, а синхронизирующий выход схемы управления соединен с вторым входом первого элемента И, отличающи й- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены переключающий элемент, последовательно соединенные счетчик коррекции, преобразователь код-напряжение и суммирующий элемент, второй вход которого соединен с выходом фильтра низкой частоты, а выход суммирующего элемента подключен к входу преобразователя напряжение-частота, первый вход переключающего элемента соединен с входом блока увеличения длительности входного импульса, второй вход - с выходом указанного блока, выход переключающего элемента подключен к входу блока нормализации, а управляюш 1Й вход переключающего элемента связан с управ- лямцим выходом схемы управления, четвертый командньй выход схемы управления соединен со счетным входом Счетчика коррекции, установочные входы которого подключены к пятому командному выходу схемы управления, . при этом выход анализатора нуля соединен с управляющим входом схемы управления.

.

Фиг. 2