Инфранизкочастотный фазометр Советский патент 1978 года по МПК G01R25/00 

, Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в многоканальных устройствах сбора и кодирования инфор мации от фазовых преобразователей, которые питаются от общего генератора синусоидального напряжения. Известно устройство цифрового изме рения угла сдвига фаз с преобразова,нием фазовый сдвиг - и тёрвал времени-код. Это устройство содержит компаратор для формирования импульсов в моменты перехода через нуль входных сигналов триггеры, счетчик, схЬмы совпадения и генератор l . Недостатком устройства является то что для определения фаЗового сдвига необходимо проводитьдвухкратное измерение вначале периода Т, а затем . фазового сдвига. Такое измерение требует минимум два-три периода. Кроме того, измерения в области инфранизких частот не удается .производить с доста точной точностью. Известно другое устройство цифрово го измерения угла фаз с преобразованием период-напряженйе-код, содержащее компараторы для формирования импульсов в моменты переходов входных сигналов через нуль, триггеры, схему управления, схему совпадения, интегрирующий усилитель, преобразователь напряжения в частоту и счетчик 21, Недостаток устройства - значительная погрешность измерения из-за наличия преобразователя напряжения в частоту с точной обратно пропорциональной зависимостью частоты от напряжения. Кроме того, на инфранизкочастотах фазометр практически не.применим, так как надо генерировать с большой точностью и в широком частотном диапазоне довольно низкие частоты. Цель предлагаемого изобретения - расширение частотного диапазона и повышение точности. Она достигается тем, что инфранизкочастотный фазометр, содержащий первый и второй компараторы, выходы которых соединены соответственно со входами первого и второго триггеров, а выход первого компаратора присоединен к упг равляющему входу второго триггера, элемент совпадения, узел управления; один из входов которого подключен к выходу второго триггера, счетчик и интегрирующий усилитель, снабжен преобразователем период-код-напряжение, элементом задержки и цифровым вольт36метром, при этом выход первого триг гера подключен к одному из входов пр образователя период-код-напряжение, второй вход которого соединен через элемент задержки с одним из выходов узла управления, а выход его присоед нен к второму входу элемента совпаде ния, выход которого через интегрирующий усилитель соединен с одним из входов цифрового вольтметра, при это управляющий вход интегрирующего усилителя подключен к выходу элемента задержки, вход которой присоединен к второму входу цифрового вольтметра, второй вход узла управления соединен с третьим входом цифрового вольтметра. Преобразовател период-код-напряжение состоит из последовательно включенных генератора, добавочного элемента совпадений, счет чика и блока преобразователя код-напряжение, второй вход которого соединен со стабилизированным источником постоянного тока, при этом первым вхо дом преобразователя период-код-напряжение является второй вход добавочног элемента совпадения, вторым входом - управляющий вход счетчика, а выходом выход блока преобразования код-напряжение. На чертез)е дана блок-схема предлагаемого инфранизкочастотного фазометра. Он содержит первый и второй компараторы 1 и 2, первый и второй триггеры 3 и 4, преобразователь 5 период-код-напряжение с входящим в него генератором б, добавочного элемента 7 совпадения, счетчика 8, блок 9 преобразования код-напряжение и стабилизир ванного источника 10 постоянного напр жения, элемент 11 совпадений, узел 12 управления, интегрирующий усилител 13, цифровой вольтметр 14 и элемент 15 задержки. Фазометр работает следующим образом. При подаче напряжения U и U2 на входы компараторов 1 и 2 на выходах последних появляются прямоугольные импульсы, частота f следования которых равна частоте колебания напряжений и и 1/2- .. . На выходе первого, триггера 3 возникают импульсы с длительностью, равной периоду TX колебания измеряемых напряжений. На выходе второго триггера 4 возникают импульсы длительностью -С- , равной разности моментов переходов через нуль измеряемых напряжений. Сформированный на выходе триггера 3 прямоугольный импульс длительностью Tji поступает на элемент 7, который в течение времени его действия пропускает на .счетчик 8 квантующие импульсы от генератора 6. Зафиксированный за это время на счетчике 8 код равен -) где t j - частота входных сигналов, TO - период квантующих импульсов . При этом блок 9 осуществляет выбор и запоминание величины напряжения Ug , поступающего на интегрирующий усилитель 13. Причем напряжение Ug автоматически выбирается в течение периода Т таким, чтобы его значение было обратно пропорционально кодуj;.. 1/ Э N где К-( - коэффициент пропорциональности. Используя выражение для N , полу, момент окончания периода Т на выходе узла 12 управления появляется импульс, сбрасывающий в нуль показание вольтметра 14, запирается добавочный элемент 7 совпадения, прекращая поступления импульсов в счетчик 8, на выходе триггера 4 формируется импульс длительностью и элемент 11 совпадений пропускает на интегрирующий усилитель 13 напряжение Ug . Интегрирующий усилитель 13 изменяет свое выходное напряжение в функции от времени (-fc) и по окончании Импульса ZT на его выходе фиксируется напряжение Г RF э о. где RC - постоянная интегрирования интегрирующего усилителя, время, равное по длительности фазоЗому сдвигу. Подставив в предыдущее выражение значение УЗ , получим Ч Ч Jl/l- г, /- f л.™--Г ( X о 21Cf Ч RC где Ug)- прямо пропорционсшьно сдвигу фаз и не зависит.от частоты f измеряемых входных напряжений, TO - постоянный коэффициент. По окончании импульса - на выходе узла 12 управления появляется импульс, который производит запуск цифрового вольтметра 13 и через элемент 15 задержки сбрасывает в нуль счетчик 8 и разряжает интегрирующую емкость в интегрирующем усилителе 13, Устройство готово к новому циклу измерения. Исследования показали, что при применении предлагаемого фазометра повышается точность измерения фазы при одновременном расширении диапазона частот измеряемых сигнальных напряжений. Формула изобретения 1. Инфранизкочастотный фазометр, содержащий первый и второй компараторы, выходы которых соединены соответственно со входами первого и второго триггеров, а выход первого компаратора присоединен к управляющему входу второго триггера, элемент совпадения, узел управления, один из входов которого подключен к выходу второго триггера, счетчик и интегрирующий усилитель, отлича ющийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения точности, он снабжен преобразо вателем период-код-напряжение, элеме том задержки и цифровым вольтметром, при этом выход первого триггера подключен к одному из входов преобразователя период-код-напряжение, второй вход которого соединен через элемент задержки с одним из выходов элемента управления, а выход его присоедиГнен к второму входу элемента совпадения, выход которого через интегрирующий усилитель соединен с одним из входов цифрового вольтметра, при этом управляющий вход интегрирующего усилителя подключен к выходу элемента задержки, , вход которой, присоединен ко второму входу цифрового вольтметра, второй выход узла управления соединен с третьим входом цифрового вольтметра. 2. Инфранизкочастотный фазометр по П.1, отличающийся тем, что преобразователь период-код-на- пряжение состоит из последовательно включенных генератора, добавочного элемента совпадений, счетчика и блока преобразователя код- напряжение, второй вход которого соединен со стабилизированным источником постоянного тока, при этом первым входом преобразователя период-код-напряжение является второй вход добавочного .элемента совпадения, вторым входом - управляющий вход счетчика, а выходом - блока преобразования код-напряжеИсточники информации, принятые во внимание при экспертиза: Смирнов П.Т. Цифровые фазометры, Л., Энергия , 1974, с. 15-17. 2. Авторское свидетельство СССР № 240840, кл. G01 R 25/00, 1968.