Двухканальный цифровой следящий фазометр Советский патент 1975 года по МПК G01R25/04 

(54) даУХКАНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОМЕТР

I

Изобретение относится к области элект ро 1змерительной техники и предназначено для точного и помехоустойчивого измерения фазовых сдвигов между первыми гармониками входных напряжений.

Известны двухканальные фазометры, содержащие в каждом канале следяшуй) систему, состоящую из блока умножения, интегрирующего преобразователя и электромеханического фазовращателя.

Однако из-за наличия в фазометрах электромеханического узла-фазовращателя снижается точность быстродействия и усло жняется конструкция.

Для повыщания точности и быстродействия предлагается фазометр, в котором в каждый канал дополнительно введены реверсивный счетчик, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь и преобразователь кода, причем выходы блоков умножения через интегрирующие аналого-цифровые преобразователи и преобразователи кода подключены к входам сложение и вычитание реверсивных счетчиков, выход каждого из которых соединен с входом

кольцевого сдвиговото регистра своег о канала, выход умножителя частоты подключен к входам сложение реверсивных счетчиков, выходы двух одноименных ра:Э рядов кольцевых сдвиговых регистров с../единены с соответствующими входакгя триггера.

На чертеже дана блок-схема прединглемого двухканального цифрового следящего фазометра.

Он содержит нормализаторы 1 и 2, блоки умножения 3 и 4, интегрирующие аналого-цифровые преобразователи 5 и ti, преобразователи параллельного кода в последовательный единичный код 7 и 8, реверсивные счетчики 9 и 10, кольцевые сдвиговые регистры 11 и 12, цифро-аналоговые преобразователи 13 и 14, умножитель частоты 15 триггер 16, ключ 17

и цифровой отсчетный блок 18.

Входные напряжения, которые в общем случае могут быть искажены высщими гармониками, подаются на соответствук щие входы фазометра. Измерению подлежит разность фаз первых гармоник. В каждом из каналов фазометра после нормализации входных сигналов по сред неквадоатическому значению происходит измерение коэффициента взаимной корреляции входного и соответствующего компенсирующего сигналов и сведение измеренной величины к нулю путем сдвига фазы компенсирующего сигнала следящей системой. Ввиду того, что компенсирующее напряжение в предлагаемом фазометре с требуемой точностью соответствует моногармоническому и синусоидальному сигналу Iизменяющемуся с частотой входного сигнала, достижение нулевого значения коэффициента взаимной корреляции в каждом канале свидетельствует .об ортогональности первой гармоники входного сигнала и соответствующего компенсирующего сигнала. Иными словами, при достижении нулевого значения коэффициентов взаимной корреляции в каждом канале начальные фазовые углы компетсируюших колебаний, выраженные через начальные фазы первых гармони вход}1ых сигналов, равны: У/ fi; - Ч; -f /z а разность начальных фаз компенсирующих колебаний равна искомой разности фаз пер вых гармоник входных сигналов. - Компенсирующие колебания в -каждом из каналов вырабатываются путем подачи на входы сдвиговых регистров 11 и 12, соединенных с цифро-аналоговыми пре образователями 13 и 14, :непрерывной последовательности сдвигающих поступающих через входы сложение реверсивных счетчи.ков 9 и 10 с выхода умн.ожителя частоты 15, соединенного с одним из. входов фазометра. При соотвегствующем-выборе весовых сопротивлений цифро-аналоговых преобразователей колебания, возникающие на их выходах, представляют собой равномерное во време ни квантованные синусоидальные напряжения. Стабильность амплитуды компенсирук щих колебаний определяется стабильностью цифро-аналоговых преобразсвателей, а равенство частот компенсирующего и входного колебаний зависит от точности коэффициента умножения умножителя част ты 15. При условии равенства частот первых гармоник компенсирующих и входных коле баний и коэффициента умножения умножите частоты, равном К, каждый импульс умно жителя частоты изменяет текущую фазу компенсирующих напряжений на угол , (например, при К 1QOO, О,002), а К импульсов умножителя, поданных через реверсивные счетчики 9 и 1О на входы сдвиговых регистров 11 и 12, формируют полный период компенсирующих колебаний. Вырабатываемые таким образом компенI сирующие колебания перемножаются в умножения 3 и 4 с соответствующими нормированными входными сигналами, после чего интегрирующими аналого-цифровыми преобразователями 5 и 6 выделяются постоянные составляющие произведений перемноженных сигналов и преобразуются в пара дельный цифровой код, пресёразуемый за- тем преобразователями кодов 7 и 8 в по- ; следовательный единичный код, т. е, в соот ветствующее количество импульсов, поступающих в виде управляющего на входы сложение или вычитание реверсивных счетчиков 9 и 10 в зависимости от п,олпрности кодированных величин. Действие импульсов преобразователей кодов, подаваемых на входы сложение или вы- читание реверсивных счетчиков, эквивалентно положительному или отрицательному фа,- зовому сдвигу компенсирующих напряжений с дасскретностью ДУ , При малых углах неортогональности перемножаемых напряже1 НИИ управляющий сигнал,, подаваемый в виI де последовательного единичного кода на ; один-из входов реверсивных счетчиков 9 и 10, пр}опорционалён рассогласованию фазовых углов перемножаемых напряжений, i и время установления каждой из следящих систем в этом случае равно двум периодам входного колебания; один период для измерения постоянной составляющей произведения перемножаемых сигналов, второй период - для введения по цепи о-ррицательной обратной связи управляющего сигнала в виде последовательного едини ьного кода, Реверсивный счетчик кроме функции алгебраического сумматора управляющих импульсов, выполняет функцию пересчетной схемы, согласующей больщой коэффициент К умножителя частоты с количеством разрядов /t кольцевого сдвигово,го регистра, ;| Количество импульсов умножителя чаJ, пропущенных ключом 17 за время i между двумя одноименными фронтами им пульсов с выходов двух равнозначных раз: рядов сдвиговых регистров 11 и 12, про порциональнЬ разности фаз между первыми гармониками компенсирующих колебаний, ;а следовательно и входных.

Помехоустойчивость предлагаемого фазометра по отношению к высшим гармони - кам входных сигналов определяется отсутствием высших гармоник в спектре компенсирующих колебаний вплоть до требуем) го / номера путем выбора необходимой разряд ности сдвиговьсс регистров.

Гармоники тех же номеров, имеющихся во входных сигналах, не будут оказывать влияния на рузультат измерения.

Формула изобретения

Двухканальный цифровой следящий фазометр, содержащий в каждом канале управляемый по фазе источник компенсирующего гармонического напряжения, выполненный на кольцевом сдвиговом регистре, выходы которого соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразоват&пц, подключенного к одному из входов блока умножения, второй вход которого через нормализатор подключеи к входной

клемме соответствующего канала, ч цифровой отсчетный блок, подключенный входом через ключ и умножитель частоты к одной из входных клемм, а управляющий

вход ключа соединен с выходом триггерег, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в каждый канал дополнительно введены реверсивный счетчик, интегрирующий

аналого-цифровой преобразователь и преобразователь кода, причем выходы блоков умножения через интегрирующие ана;1ого-ш1фровые преобразователи и преобразователи кода подключены к входам сложение и вычитание реверсивных счетчиков, выход каждого из которых соединен с входом кольцевого сдвигового регистра своего канала, выход умножителя частоты : подключен к входам сложение реверсивных счетчиков, выходы двух одноименных разрядов кольцевых сдвиговых регистров соединены с соответствующими входами триггера.