ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ФАЗОМЕТР Советский патент 1974 года по МПК G01R25/08 

1

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при построении цифровых фазометров.

Известны цифровые корреляционные фазометры, содержащие блок выделения периода, аналого-цифровые преобразователи, арифметическое устройство, выполняющее операции умножения, суммирования, возведения в квадрат, извлечения корня квадратного и деления, и блок управления. Однако отмечается наличие специализированного вычислительного устройства, сложность и низкая надежность. Кроме того, показания прибора пропорциональны не сдвигу фаз между напряжениями.

Цель изобретения - упрощение, повыщение надежности и точности фазометра, а также получение результата измерения, пропорционального непосредственно фазовому сдвигу синусоидальных напряжений. Это достигается тем, что фазометр снабжен ключами, интеграторами, детекторами нуля, счетчиками, схемами «И, схе.мой «ИЛИ, генератором импульсов, регистром, источником опорного напряжения и преобразователем код-аналог, причем входы устройства через ключи, интеграторы, детекторы нуля и блок управления подключены к управляющим входам ключей и детекторов нуля, к регистру, к счетчику и ко входам схем «И, соединяющих генератор импульсов через счетчики и через

регистр со входами схемы «ИЛИ, выход которой через преобразователь ко-аналог, источник опорного напряжения и ключи связан со входами интеграторов, а один из входов устройства через блок выделения периода подключен к блоку управления.

На чертеже представлена блок-схема фазометра.

Вход X но трем параллельным каналам соответственно через ключ 1, интегратор 2, детектор нуля 3, через ключ 4, интегратор 5, детектор нуля 6 и через ключ 7, интегратор 8 и детектор нуля 9 подключен к блоку управления 10. Вход У через ключ 11, интегратор

12, детектор нуля 13 и через ключ 14, интегратор 15 и детектор нуля 16 подсоединен к блоку управления 10. Блок управления 10 соединен с управляющими входами всех ключей и всех детекторов нуля и через блок выделения

периода 17 - со входом X.

К блоку 10 подключены также схемы «И 18-23, регистр 24 и реверсивный счетчик 25. Генератор импульсов 26 через схему «И 18, счетчик 27, схему «И 19 соединен с одним

входом схемы «ИЛИ 28, через схему «И 22, счетчик 29, схему «И 23 со вторым входом схемы «ИЛИ 28 и через схему «И 20 подключен к счетчику 25. Выход счетчика 25 непосредственно, а также через регистр 24 свя

зан со входами схемы «И 21, выход KOTOpof

подключен к третьему входу схемы «ИЛИ 28. Выход схемы «ИЛР1 28 связан с преобразователем код-аналог 30, к которому подсоединен источник опорного напряжения 31 и через ключи 32 и 33 соответственно-входы интеграторов 5 и 8. Источник опорного напряжения 31 через ключи 34-38 соединен соответственно со входами интеграторов 15, 8, 2, 12.

Фазометр работает следующим образом.

В начале периода напряжения Их, подаваемого на BXiOtt X, 1бло:к управления 10 дает «команду на предустановку ревер СИ1вного счегчика 25, (Открывает «И 20 и ключи 4, 11, 32, 34 и 36. Импульсы генератора 26, проходя через схему «И 20, описывают число, предустановленное в счетчике 25. В течение времени описания предустановленного числа интеграторы 12 и 5 интегрируют напряжения Их и Uy. На выходе интеграторов 2, 8, 15 поддерживается нулевое напряжение сигналом с источника опорного напряжения 31.

При полном описании предустановленного в реверсивном счетчике 25 числа -блок управления 10 закрывает ключи 4, 11, 32, 34 и 36 и схему «И 20 и открывает ключи 1, 7, 14, 33 и 35. На входы интеграторов 12 и 5 подается напряжение t/o от источника опорного напряжения 31, интеграторы 2 и 15 интегрируют напряжение Ux, а интегратор 8 - напряжение Ну.

В момент фиксации нуля на выходе интегратора 5 детектором нуля 6 блок управления 10 закрывает ключ 7, подключает через ключ 36 ко входу интегратора 8 опорное напряжение t/o и открывает схему «И 22. На счетчик 29 поступают импульсы с частотой fo от генератора импульсов 26 в течение времени Гд. т. е. до установления нулевого уровня на выходе интегратора 8.

Когда детектор нуля 13 фиксирует нуль на выходе интегратора 12, блок 10 подключает опорное напряжение И через ключи 32 и 36 ко входам интеграторов 2 и 8, закрывает ключи 7 и 1, открывает схемы «И 18 и 20. В счетчики 25 и 27 поступают импульсы от генератора импульсов 26 до момента достижения нуля выходными напряжениями интеграторов 2 и 15. При этом число из реверсивного счетчика 25 .переносится в регистр 24.

В результате работы всей системы в счетчиках 25, 27 и 29 будут записаны следующие числа:

N -JMly±.f

IJl где Uxi, Uyi - мгновенные значения напряжений Ux и Uy.

К Tofo, дг -./С,

i V J, о

Ul

К.

7V.

Ma этом заканчивается первый цикл работы фазометра. В последующих тактах фазометр работает аналогично. В конце периода Ту, за п шклов в счетчиках 27 и 29 и регистре 24 будут записаны следующие числа:

Л -V К

/V i;, - , о /V 0

г 1

После окончания периода Г блок выделения периода 17 через блок 10 подает команду на выполнение математической обработки результатов получаемых напряжений.

Код, пропорциональный числу ,, через логические схемы 23 и 28 переносится в преобразователь код-аналог 30, где он преобразуется 3 напряжение U

U, U,.K,-N,,

где Ki - коэффициент преобразования преобразователя код-аналог 30. Это напряжение в

,

течение времени -- подается на вход инЛ

тегратора 5 через ключ 32. После этого блок управления подключает ко входу интегратора 5 напряжение Uo и открывает схему 20. На счетчик 25 поступают импульсы с частотой /о до тех пор, пока не срабатывает детектор нуля 6.

В счетчике 25 будет записано число

N

- п из

Л

N, r,fo .

fo -

Uo

ul.

i/H

i l

Код, пропорциональный числу NZ, через логические схемы 21 и 28 подается в преобразователь код-аналог 30, где он преобразуется в напряжение

U, K,-U,-N,

Это напряжение t/2 интегрируется в течение времени То интегратором 5, после чего блок управления 10 открывает схемы «И, 20, 22 и 23. При этом на преобразователь код-аналог 30 поступают импульсы с частотой /о от генератора импульсов 26, и на вход интегратора 5 подается ступенчатонарастающее напряжение

L/y tf,.K,-U,. разряжающее интегратор 5.

За время разряда Ту интегратора 5 в счетчике 25 будет записано число

./С., Г J

у в

01i li :l

Число Ny через логические схемы 21 и 28 поступает на преобразователь код-аналог, на выходе которого появится напряжение

Uy Kr-U,-Ny

На интегратор 5 через ключ 35 подается опорное напряжение f/o в течение времени 2,/fo, после чего интегратор разряжается напряжением Uy, поступающим от преобразователя код-аналог 30 через ключ 32. Число, записанное в счетчике 25 за время разряда Гц интегратора 5, будет пропорнионально косинусу угла сдвига между напряжениями N и Uy и не -будет зависеть от опорного напряжения UQ: .

,

U i-Uyi

к.Л/ .,

Число NCos ф переносится щ регистр 24 и преобразователь код-аналог, и прибор выпо,: няет операции возведения в степень числа NCOS ф путем; п-кратного интегрировнаия.

На интегратор 5 через ключ 32 подается напряжение с преобразователя код-аналог

U, K,-U -Ncosf

в течение времени То, затем во время разряда интегратора 5 напряжением UQ в течение времени TI через ключ 33 на интегратор 8 подается напряжение Us. После этого в течение времени Гз напряжение U интегрируется интегратором 5, а интегратор 8 разряжается напряжением UQ. Время разряда Гз интегратора 5 будет пропорционально третьей степени напряжения

т, -и1

1

В течение времени TS на счетчик 25 поступают импульсы от генератора 26, которые

суммируются с числом ф, записанным в регистре 24.

Аналогично выполняется пятая и т. д. степень числа Лсоз ф, причем число степеней определяется требуемой точностью измерения угла сдвига ф.

После вычисления суммы всех степенен ряда блок управления 10 .предустанавливает в

счетчике 25 число, пропорциональное - , из

i

которого вычитается число, записанное в регистре 24. При этом Показания счетчика 25 будут пропорциональны ф.

Таким образом, при значительном упрощении схемы фазометра повышается надежность и точность вычисления угла сдвига фаз между входными сигналами и значительно расширяются функциональные возможности прибора.

Предмет изобретения

Пнфровой корреляционный фазометр, содержащий параллельные каналы аналого-цифрового преобразователя, блок управления и

блок выделения периода, отличающийся тем, что, с целью угфощения, повыщения надежности и точности фазометра, а также получения результата измерения, пронорционального фазовому сдвигу синусоидальных напряжений, он снабжен ключами, входы которых подключены к источникам входных сигналов, а выходы через интеграторы, детекторы нуля - к блоку управления, соединенному с управляющими входа П1 всех ключей и всех

детекторов нуля, а также через блок выделения периода - с одним из источников сигнала, причем выход блока управления связан с тремя параллельно включенными каналами, состоящими из последовательно соединенных

схемы «И, счетчика и второй схемы «И, один из входов вторых схем «П подключен к выходу блока управления, первый выход счетчика одного нз каналов непосредственно, а второй через резистор, подключенный ко

второй схеме «И этого канала, соединены со входами всех схем «И, а выходы вторых схем «И через схемы «ПЛП, преобразователь код-аналог, источник опорного напряжения подключены ко входам соответствующих

ключей, причем выход генератора импульсов связан со вторыми входами первых схем «И.