ЦИФРОВОЙ ИНФРАНИЗКОЧАСТОТКЫЙ ФАЗОМЕТР- ЧАСТОТОМЕР Советский патент 1966 года по МПК G01R25/08 G01R23/10 

Известны цифровые инфранизкочастотные фазометры с промежуточным время-импульсным иреобразованнем, содержащие эталонный генератор, унравляемые вентили, счетчики импульсов, формирователь и регистрирующее устройство.

Для увеличения точности измерений и повыщения быстродействия предложенный фазометр-частотомер снабжен делителем частоты, включенным во входную цепь вычитающего счетчика последовательно с управляемым вентилем, и блоком управления, выполненным на логических элементах и реверсивном счетчике. Один вход блока связан с формирователем, другой - с вычитающим счетчиком, а выходы-с управляемыми вентилями.

Па фиг. 1 приведена упрощенная блок-схема описываемого устройства; на фиг. 2 - блок управления фазометра; на фиг. 3, 4, 5 даны временные графики напряжений.

Блок-схема устройства содержит формирователь /, эталонный генератор 2, управляемые вентили 3, 4, блок 5 управления, делитель частоты 6, суммирующий счетчик 7, вычитающий счетчик 8, управляемую схему 9 переноса, регистрирующее устройство 10.

Работа схемы в качестве фазометра. В исходном положении счетчики находятся в нулевом состоянии, а вентили 3 и 4 закрыты. Процесс измерения начинается с открытия

вентиля 3 на период Т. За первый период в

вычитающий счетчик 8 вводится Л - им9пульсов на вычитание,

где N - число импульсов эталонного генератора за период на частоте /о; q - коэффициент деления делителя. После ввода числа в вычитающий счетчик и установления на нем числа вентиль 3 закрывается и число 2-N переносится в суммирующий счетчик. Затем на время t-f , соответетвующее сдвигу фаз ф, открывается вентиль 4, и на суммирующий счетчик поступает число импульсов п. При поступлении в суммирующий счетчик первой пачкн импульсов N из числа п все его триггерные ячейки перейдут в состояние «О и на выходе последнего триггера суммирующего ечетчика получают первый имнульс V. Импульсом Vi второй раз с помощью схемы переноса переносптся показание вычитающего счетчика, равное 2 -N, в суммирующий счетчик. После поступления в суммирующий счетчик второй пачки импульсов Л из числа п на его

выходе появляется второй импульс Va. Каждая последующая пачка импульсов дает импульс на выходе суммирующего счетчика. ,rnn a N,f - q - q- . N N Т Число импульсов yVc фиксируется регистрирующим устройством 10. Если в (1) полагать, что п есть число импульсов эталонного генератора, например, за одну секунду, то на выходе получим число импульсов Nf , пропорциональное частоте сигнала fx : f ,, JМ Из (1) видно, что блок-схема может быть применена в качестве частотомера, делитель частоты при этом используется и в качестве задатчика времени. Если измерение сдвига фаз нроизводится за 5 периодов измеряемого сигнала, то из (1) получим: .тSn(-, «с, о Ny - qS- : qS - . р NNТ Для измерения угла сдвига фаз в градусах или долях градуса необходимо реализовать условие р« 360 - 133603-.(3) Здесь р - величина, обратная дискретности отсчета в импульсах на градус; N foT. Сравнивая (2) и (3), получим: 5(7 360р.(4) Если считать, что в числах п и N допустимая погрещность составляет один импульс (А/г ;; и , то из (2) и (3) получим . 360.,., . ч 360 14- ,Из (5) получаем минимальное число импульсов за период j,jr360 1 -t ХГЛ 7/Г-Ч Л„„н - ; нн (6) Максимально допустимое число импульсов за перпод определяется из условия непереполнения счетчиков Л/;,,,2-.(7) Из (6) и (7) получаем отношение используемое при определении диапазонов фазометра. бф Аф + Учитывая погрешность вычислительного устройства, обусловленную конечным временем срабатывания логических элементов схемы, получим «™.-W Рассмотренный одиополунериодный метод измерения фазы может быть использован только при синусоидальных папряжениях сигнала. При наличии постоянной составляющей в одном из напряжений сигнала необходим фазометр двухполупериодного действия, в котором в суммирующий счетчик за каждый цикл измерения вводятся две пачки импульсов . и ( . 3), а /г и ф определяются как средние значения: (яЧд)(Ф+Ф), ф ф4-а;ф ф-а; c;. arcsin а - угол, соответствующий изменению угла ф при появлении в напряжении f/2 (t) постоянной составляющей . Для измерения угла сдвига фаз от О до 360° двухполупериодным фазометром при различных значениях постоянной составляющей , каждый цикл измерения 5 занимает три периода. Соотношение (4) для двухполунериодного фазометра запищется в виде 5 180р. При автоматической работе двухполупериодного фазометра выражение (4а) запишется в виде . Блок управления фазометра (фиг. 3) содержит реверсивный счетчик // и логические элементы. Реверсивный счетчик в режиме вычитания считает число 5 периодов ввода, а в режиме сложения-число S циклов измерения. При вводе числа Л,, в вычитающий счетчик с этого счетчика поступает сигнал на Тд и на переключение реверсивного счетчика с вычитания на сложение, а ввод числа N в вычитающий счетчнк продолжается до конца данного 5-го периода. С завершением 5-го периода, ввода начинается процесс измерения. После каждого цикла измерения поступает сигнал в реверсивный счетчик на суммирование. Через 5 циклов измерения с выхода реверсивного счетчика поступает сигнал на окончание измерения. Для предлагаемого фазометра соотношение д,Х/1 + Х N S Г В этом приборе q фиксировано, а 5 переменно и Не связано с q, поэтому имеется возможность повысить точность измерения за счет S (5а). Блок управления работает следующим образом. В исходном положении все триггерные ячейки схемы (см. фиг. 3) находятся в нулевом состоянии. За нулевое состояние триггера принято состояние, при котором левый триод открыт, а правый закрыт. В соответствии с этим на левом коллекторе находится малый отрицательный потенциал. Все вентили открываются большим отрицательным потенциалом и закрываются малым. Двойные вентили открыты только тогда, когда оба потенциальных входа находятся под большим отрицательным потенциалом. В исходном состоянии вентили fii, 5 и вентили, обеспечиваюшие работу реверсивного счетчика на суммирование, открыты, так как они управляются правыми выходами триггерных ячеек схемы управления. Все остальные вентили в исходном состоянии закрыты, поскольку они управляются левыми выходами триггерных ячеек. Вентиль 3 управляет импульсами Л, поступающими с делителя частоты иа вычитающий счетчик. Вентиль 4 управляет импульсами п и л, поступающими иа вход суммирующего счетчика. Реверсивный счетчик состоит из триггерных ячеек Гд, Гю, Гц и вентилей, обеспечивающих его работу на сложение и вычитание. Реверсивный счетчик автоматически задает число циклов измерения, равпое числу периодов ввода 5 в вычитающий счетчик Блок 5 управляется импульсами Vl; л; Vz Vz входного устройства, возникающими в момеит перехода напряжений сигнала V(t} и 62(0 через нулевые значения импульсом от вычитающего счетчика, возникающего в момент введения в пего числа Л . . Порядок следования управляющих импульсов зависит от величины и знака постоянной составляющей (7о и угла сдвига фаз между напряжениями. Поэтому последовательность работы отдельных элементов схемы различная при различных значениях ф и L/O. На фиг. 4 .показаны кривые напряжений и последовательность импульсов формирователя для случая ф 0; . При включении ключа /( первым импульсом V триггер TI переключается в состояние «Ь и открывает вентиль 3 на ввод числа Л/,;,,, в вычитающий счетчик. Последующие импульсы входиого устройства пе воздействуют на схему управления, пока не поступит на вычитающий счетчик число импульсов Л,ц„. После ввода числа вычитающий счетчик с /gз него поступает импульс на триггер Та блока управления.Этот импульс переводит Tg в состояпие «1 и открывает вентили Е и Sg. Далее очередной импульс l/i перебрасывает триггерные ячейки 7i и Гз в «О и «1. При этом вентиль 3 закрывается, а вентиль 4 открывается. Одновременно с этим триггер Т переключает реверсивный счетчик // на вычитаиие. Этой операцией заканчивается S периодов ввода числа yV. в вычитающий счетчик и начинается первый цикл измерепия. При переходе TI из «1 в «О триггер Га переходит из состояния «О в «1 и закрывает вентиль Si. На этом работа триггеров Ti и Т заканчивается. При переключении триггера Тз из «О в «1 триггер I/i переходит из «О в «1, закрывает вентиль БЗ и открывает вентили 64 и BS. За время ввода, пока триггер TI находится в состоянии «I, импульсы Vl поступали в реверсивный счетчик па вычитание. Число импульсов У, поступающих в реверсивный счетчик на вычитание, равно числу периодов ввода числа jV „ в вычитающий счетчик. После переключения реверсивиого счетчика на суммирование, па его вход ноступают импульсы с триггера Т-,, который выдает за цикл измерепия один импульс. Первый цикл измерения, начинающийся с очередного импульса Vi, продолжается до импульса Т/о и с импульса Vi до импульса V. В эти промежутки времени открывается вентиль 4, и на суммирующий счетчик поступают две пачки импульсов п и н первого цикла измерения. Все последующие циклы измерения из числа 5 протекают аналогично. После выполнения 5 циклов измерения с выхода реверсивного счетчика поступает импульс на Гв, и через Гд па закрытпе вентилей BZ и В-,,. Пропесс измерепия закончен. На выходном счетчике получим число ф, равное: (Ф-(а-Ь720°-а)0°. Здесь ф - сдвиг фаз в интервале Vi-Va, соответствуюи1ем углу ф а; ф - сдвиг фаз в интервале Fi-Vo, соответствующем углу 720°-а. При угле сдвига фаз а ф 360°-а и последовательность импульсов УЬ Уа, У, V-г будет акая же, как и при ф 0, (t/i- УЗ-У2-У), и работа схемы будет аналогичной. В этом случае, а также при а- ф 360°-а и триггерная ячейка Т с вентилем В выполняет роль блокировки первого импульса Уч, следующего за импульсом У, так как веитиль 4 в этом случае должен закрыться от второг(э импульса Уа, следующего за импульсом У.

дится в интервалах Vi-Vz и Vi-V-y. Первый интервал соответствует углу ф ф+а, второй ф Ф-а и показание выходного счетчика соответствует углу

Ф у(ф+ф).

Отличие этого случая в том, что триггер Г« в работе схемы участия не принимает.

При 2л;-а ф я-U, вепталь 4 открыт в интервалах Vi-Vz и V/-VV. В случае триггер Г работает от импульсов Vi, но блокировки импульсов Va не производится.

На фиг. 5 ф .п--а; ( и импульсы следуют в последовательности Vi-Vz-Vi-Ко, причем импульсы 1/2 и V совпадают.

Для правильпого измерения в работу схемы вступает схема «PI и блок задержки (Б5) (фиг. 3).

Для того чтобы вентиль 4 был открыт в интервалах времени Vi-V-2 и V/-Уз необходимо после импульса Vo, который ставит триггерную ячейку TQ в состояние «1 и закрывает Be, поставить TQ вновь в состояние «О. Эту работу выполняет схема «И и. блок задержки. От имнульса Уо срабатывает триггер Та и выдает положительный импульс в схему «И, а от импульса срабатывает триггер Гз, а

через него Т. Отрицательный импульс с Т поступает на схему «И. При совпадении положительного импульса от Те и отрицательного импульса от Т схема выдает импульс на Гс. Чтобы нмпульс от схемы «И не наложился на имнульс Vs, он проходит через блок задержки. Р1мпульс от блока задержки ставит Те в состояние «О, и вентиль SB открывается. Импульс УЗ пройдет через БО, поставит Гз в состояние «О и закроет вентнль 4. На этом цикл измерепия заканчивается.

П р е д м е т изобретения

Цифровой ннфранизкочастотный фазометрчастотомер с промел уточиым время-имнульсным преобразованием, содержащий эталонный генератор, выход которого через унравоЧяемые вентили связан с входами суммирующего и вычитающего счетчиков импульсов, формирователь и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений и повышения быстродействня, он снабжен делителем частоты, включенным во входную цепь вычитающего счетчика последовательно с управляемыл вентилем, и вынолненным на логических элементах и реверсивном счетчике блоком управления, один из входов которого связан с формирователем, другой вход-с вычитающим счетчиком, а выходы - с управляе.мыми вентилями.

, Д77 f --

(г

1/ (

К

И/ /г

, г

..

f-0 . (Jo 0(

y -7/Z7-« ()- д t

fui.5

or f-f-ol.