Двухканальный цифровой следящий фазометр Советский патент 1979 года по МПК G01R25/04 G01R25/00 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для точного и помехоустойчивого измерения фазовых сдвигов между первыми гармониками входных напр51жений. Известны двухканапьные фазометры, содержащие в каждом канале следящую систему, состоящую из блока умножения, интегрирующего преобразователя и источника компенсирующего напряжения (фазовращателя) l. Метрологические характеристики таких фазометров в основном определяются типом источников компенсирующих напряжения, в качестве которых используют либо электромеханические фазовращатели, имеющие невысокие точность и быстродей ствие, либо устройства, синтезирующие квазисинусоидальные сигналы. Наиболее близким по техн1гческой сущности к предложенному является двухка нальный цифровой следящий фазометр содержащий в каждом канале управляемый по фазе источишь компенсирующего напряжения, выход которого соединен с одним иэ входов блока | умножвВЕЯ,;. второй вход которого через нормализатор подключен к вхр дному выводу соответствующего канала, а выход через интегрирующий аналого 1ифрс ой преобразователь соединен с первым входом источника компенсирующего напряжения, цифровой отсчетный блок и умножитель частоты, подключенньтй входом к одному из входных выводов 21. Недостаток фазометра состоит в том, что выходные сигналы источников компенсирующих напряжений $голяются квазисинусоидал ьными что снижает помехоустойчивость. Кроме того, эти фазометры сложные устройства и усложняются тем болыле, чем ближе к синусоидальному требуется получить сигнал. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в двухканальный цифровой следящий фазометр введены элемент ИЛИ, генератор импульсов, резонансный фильтр, пересчетный блок к блок вычитаная кодов При этом вторые входы источников компенсирующего напряжения соедштены с вы ходом элемента ИЛИ, один из входов которого п рдключен к выходу генератора импульсов, а другой « к выходу умнож гг ля частоты. Третьи входы источников ком пенсирующего напряжения через резонанс ный фильтр и пересчетчый блок подсоединены к выходу генератора импульсов, а выходы источников компенсирующего напряжения подключены ко входам блока вычитания кодов5 выход которого соеди. нен со выходом цифрового отсчетаого устройства. Источник компенсирующего напряжения выпотген из последовательно соединенных пересчетного блока, релейного синхротюго детектора и фильтра нин{ннх частот, причем входами источника компенсирующего напряжения являются соогеетсгоегао два входа пересчетного блока и измерительный вход релейного ciEHXpoHHoro детектора, а одним из выходов источника компенсирующего напряжения является ВЫХ.ОД фильтра нижних частот На чертеже представлена функцио нальная схема предлагаемого фазометра, Он содерх ит нормализаторы 1 и 2, блоки умножения 3 и 4, интегрирующие аналого-цифровые преобразователи 5 и 6 пересчетные блоки 7-9, релеШште синхронные детектйры 10 и 11, фипсьры 12, 13 нижних частот, резонансный фильтр 14, элемент ИЛИ 15, умножитетш частоты 16, генератор импульсов 17, блок 18 вычитания кодов и цифровое отсчеткое устройство 19, Работает двухканальный цифровой сэтедящий фазометр следующим образом.Входные напряжения, сдвиг фаз между первыми гармониками которых подлежит измерению, подаются на нормализаторы, В каждом канале фазометра после нормализации входных сигналов по среднеквадр тическому значению измеряется коэффициентвзаимно и корреляции входного и соответствующего компенсирующего cifflyсоидального сигнала и измеренная величина сводится к нулю путем сдвига фазы компенсирующего сигнала следящей системой. Так как компенсирующий сигнал имеет ту же частоту, что и входной, дос тижение нулевого значения коэффициента взаимной корреляции свгщетельствует об ортогональности первой гармоники входного, сигнала и соответствующего компен сгфующего. При этом фазовый сдвиг между компенс1фующими сигналами будет равен фазовому сдвигу между первыми гармониками входных сигналов. Компенсирующие колебания вырабатываются следующим образом. На входы пересче111ых (моков 8 и 9 через элемент ИЛИ 15 поступают импульсы от генератора 17 с частотой f , Те же импульсы подаются и на вход пересчетного блока 7. Коэ41фициент пересчета блоков 7-9 одшшков и равен N. На выходе блока 7 появят-ся прямоуголыгые колебания с частотой.-JT- , первая гармоника которых выделяется резонансным фильтрам 14, На выходах пересчетасых блоков 8 и 9 будут 1сояебания с частотой где - частота выходных кодебаН1Гй умнол.ителя частоты, за счет подачи дополнительных импульсов от умножителя 16 через элемент ИЛИ 15, На выходах синхротшгх детекторов Ю и 11 фнпьтр: ми 12, 13 нижних частот выдешттся колебания разност1€ой частоты N - f.t. Если выбрать коэ4х{)вдиент NN умножения укгаожителя частоты 16 равным N , то частота выходных колебаний фильтров 12 и 13 будет равна частоте входных сигналов: Выработанные таким образом компенсирующие колебан ш перемножаются в блоках умножения 3 и 4 с cooTBeTCTByrauiHNfn нормирова1тымивходными сигналами, после чего интегртфующнми аналого-цифровыми преобразователями 5 и 6 выдеЛ5потся постошгаые составляющие произведений и преобразуются в параллельный цифровой код. Полученный цифровой код при малых углах неортогональности перемножаемых напряжений пропорционален рассогласованию фазовых углов этих напряжений относительно ft/2 Выходные коды аналогоцифровых преобразователей 5 и 6 устанавливаются в пересчетных блоках 8 и 9 соответственно. YcTiaHOBica производится в тот момент времени, когда во всех разрядах пересчетного блока 8или,9 зафиксирован нуль. При этом фаза компенсирующего колебания в каждом канапе из eняeтся на величину соответствующего fjaccorласовання, так как ее изменение определяется изменением фазы выходного колебания пересчетного блока 8 или 9, а оно. в свою очередь, определяется устанавливаемым кодом. Таким образом, с помощью рассмотрен .ной следящей системы непрерывно поддер живается ортогональность каждого ком11еи сирующего напряжен1Ш и первой гармоник соответствутощего входного При этом искомый фазовый сдвиг, как уже указьгоалось может быть отсчитан по фазовому сдвигу между компенсирующими колебаниями, который пропорционален време1шому сдвигу меншу выходными поо-юдовательностями кмпртьсов пересчетных блоков 8 и 9 или разности текущих кодов в этик пересчет-, ных блоках в произвольный момент времени. Указанные коды вычитаются в блоке 18 вычитания 1содов и результат инди цируется в цифровом отсчетном ycTpoiiстве 19, Погрешность от дискрет 1ости установ- ки фазы к6мпегЁ1сирующих колебант определяется разрядностью иересчетных блоков 8 и 9 Если, например, коэфф1щиент пересчета N 10OQ, то погрешность равна ASpfc ЭоО р. эдО ., N -эЬ . Предлагаемый двухканальный цифровой следящий фазометр отличается от прото- Tiffla; выходные колебания источников компенсирующих напряжений имеют синусоидальную форму, что позволяет исключить погрешность от взаимной корре Л5щии высших гармонических составляющих входных сигналов и компенсирующих и тем самым повысить помехе устойчи вость. Кроме того, в предлагаемом фазометре упрощена схема источников компенсиру1ощих напряжений. Действительно, в известном устройстве каждый источник составлен из преобразователя параллельного кода в пошедовйтельный, реверс1тного счетчика, коль левого сдвигового регистра и цифро-ана- логйвого преобразователя, тогда как в предлагаемом устройстве для тех же целей необходимы в каждом канале перес- че1НЬ1й блок, синхронный детектор и фильтр нгокиих частот и общне для обоих каналов генератор иь{пульсоВ| пересчет- ный блок и резонансный фштьтр. Формула изобретения 1.ДвухканальЕый цифровой следящий фазометр, содержащий в каждом канале источник компенсирующего напряжения, выход которого соединен с одним из входов блока умножения, второй вход которого через нормализатор подключен к BxpjiHOMy выводу соответствующего канала, а выход через интегрирующий аналого-цифровой преобразователь соединен с первым входом источника компенсирующего напряжения, умножитель частоты, подключенный входом к одному из входТ1ых выводов, а также цифровое отсчет Ное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоуото гч1шости и упрощения устройства, он снабжен элементом ИЛИ, генератором импульсов, резоианснь1м фильтром, пере- счетным блоком, бликом вычитания кодов, причем вторые входы источников компен- сируюЕшго напряжения соединены с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу, генератора импульсов, а цругой - к выходу умнож теля частоты, третьи входы источников компенс1фу1ощего напряжения через резонансный фютьтр и пересче-тный блок подсоед1шены к выходу генератора импульсов, а выходы источт нков компенсирующего напряжения подшючены ко входам блока вычитания кодов, выход которого соеди- нен со в ходом цифрового отсчетного yciv ройстеа. 2.Фазометр по н. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что источник компенсирующего напряжения выполнен из последовательно соединенных пересчетного блока, релейного cifflxpotmoro детектора и фильтра ниддаих частот, причем входами истошика компенсирующего напряжения являются соответственно два входа пересчетного блока и измерительный вход релейного синхронного детектора, а одним из выходов источника, компенсирующего напряжения 5тляется выход фильтра нижних частот. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 492826,по кл.с 01 Р 25/04 от 19.Ь2Г74Г