Генератор-фазометр инфранизких частот Советский патент 1979 года по МПК G01R25/00 

(54) ГЕНЕРАТОР - ФАЗОМЕТР ИНФРАНИЗКИХ ЧАСТОТ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может -быть использовано для определения частотно-фазовых характеристик четырехполюсников в системах автоматического управления и регулирования на инфранизких частотах.

При исследовании реальных систем автоматического управления на инфраниэких частотах возможно появление постоянной составляющей в выходных сигналах, что обусловлено особенностью построения генераторов , конструкции исследуемой системы и специфики ее работы. Постоянная составляющая вносит погрешность в измерение сдвига фазы, величина которой зависит от величины постоянной составляющейпо отношению к амплитуде измеряеМОгО ; сигнала. Для увеличения точности замера сдвига фазы необходимо замерять и учитывать эту погрешность.

Известен цифровой фазометр, позволяющий измерять сдвиг фазы в инфранизком диапазоне частот с учетом погрешности, вносимой наличием постоянной составляющей, содержащий формирователи импульсов, регистраторы максимума исследуемых напряже|ний, генератор эталонных частот,

умножитель чистоты, электронный

ключ и регистрирующее устройство 11,

Однако точность измерения его не достаточна.

Известен также генератор-фазометр инфранизких частот, содержащнй нуль-органы, определяющие моменты перехода измеряемых сигналов,

0 через нуль, инверторыj ключи, схемы ИЛИ, триггеры управления, реверсивный счетчик, инфранизкочастотный генератор 2. Данный генератор-фазометр позволяет измерять

5 сдвиг фазы с учетом погрешности, вносимой наличием постоянной составляющей в измеряв1«лх сигналах. Поскольку последовательное вычисление погрешности и учета ее для изме0ренного значения сдвига фазы на инфранизких частотах занимает большой отрезок времени, эти действия в устройстве совмещаются. Замер сдвига фазы известным устройст5вом длится не более двух периодов измеряемого Сигнала.

Недостатком известного устройст1ва является сложность схемы, нали30 чие большого количества элементов,

что снижает показатели надежности устройства.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение устройства и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в известный генераторфазометр инфранизких частот, со держащий два ключа, генератор, импульсный выход которого соединен с первым входом первого ключа и счетным входом триггера-делителя, подключенного своим нулевым выходом к первому входу второго ключа, выходы лервого и второго ключе соединены с элементом ИЛИ, выход которого подсоединен к реверсивному счетчику, четыре элемента И, нуль-орган, выход которого соединен с одним из элементов И через инвертор, а с другим - непосредственно, два триггера, триггер управления, триггер пуска, два зажима для подключения объекта контроля, один из которых соединен с синусоидальным выходом генератора, а другой - с нуль-органом, введен дополнительный ключ, первый вход которого подключен к выходу триггера-делителя, второй вход объединен со вторым входом второго ключа и подключен к нулевому выходу второго триггера и первому входу четвертого элемента И, соединенного вторым входом с выходом третьего элемента И, а выходом - с нулевыми входами первого и второго триггеро и триггера пуска,единичный выход крого соединен с первыми входами пего,второго и третьего :5лементов И, первые входы которых подключены к левому выходу триггера управления, подсоединенного своим единичным входом к первому дополнительному выходу генератора,второй дополнительный выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, при этом единичные входы первого и второго триггеров подсоединены к выходам первого и второго элементов И, единичные выходы указанных триггеров - к третьему входу дополнительного ключа и к второму входу первого ключа соответственно, а нулевой выход первого триггера к третьему входу первого ключа и первому входу второго ключа, выход дополнительного ключа соединен со вторым входом реверсивного счетчика.

На чертеже приведена функциональная схема настоящего устройства.

Генератор-фазометр инфраниэкой частоты содержит триггер пуска 1, нуль-орган 2, инвертор 3, элементы И 4/ 5, б, 7, триггер управления 8, генератор 9, триггеры 10 и 11,

триггер-делитель 12, ключи 13-, 14 15, элемент ИЛИ 16, реверсивный счетчик 17,

Рассмотрим принцип измерения сдвига фазы, заложенный в настоящем генераторе-фазометре инфранизких частот.

Как уже было сказано выше, при измерении сдвига фазы путем замера интервала времени между одноименными переходами через нуль сигналр на входе и выходе объекта контроля (ОК) и заполнения интервала времени импульсами с частотой i на тоности измерения сказывается наличи постоянной составляющей в измеряемом сигнале. Погрешность измеренияможно свести до минимума, если производить замер интервала времени между переходами через максимально значение сигналов на входе и выходе ОК и заполнять его импульсами с частотой fj . Момент достижения максимального значения сигнала .на входе ОК можно зафиксировать, снимая сигналы с соответствующих цепей формирователя в генераторе инфраниЗких частот. Время достижения максимального значения сигнала на выходе ОК можно определить путем деления на две равные части отрезка времени между переходами сигнала через нулевое значение из минуса в плюс и из плюса в минус. Практически это равносильно заполнению интервала т, т импульсами с частотой iziz нтервал времени между моментом достижения максимального значения сигнала на входе ОК до момента перехода через нулевое значение из минуса в плюс сигнала на выходе ОК заполняется импульсами с частотой fj . Для получения результата измерения сдвига фазы в градусах или в десятых долях градуса необходимо чтобы частота fg генератора импульсов изменялась синхронно с изменением частоты измеряемого сигнала таким образом, чтобы одномуградусу синусоиды сигнала соответствовало 10 импульсов генератора, т.е. частота генератора импульсов должна в 360-Ю раз превышать частоту измеряемого синусоидального сигнала. Для выполнения заложенного в устройстве алгоритма работы в генераторе необходимо иметь два дополнительных выхода. С одного выхода поступает импульс в момент перехода синусоидального сигнала через нуль из минуса в плюс, а с другого выхода поступает импульс в момент перехода синусоидального сигнала через максимальное значение,

Рассмотрим работу устройства в случае, когда сдвиг фазы сигналов на входе и выходе ОК равен нулю.

а постоянная составляющая на выкоде ОК UQ О . Перед началом измерения подается команда Установка на триггер пуска 1, .триггер управления 8, трипперы 10, 11 И реверсивный счетчик 17, При этом счетчик обнуляется, а триггеры устанавливаются в нулевое положение: на единичных выходах устанавливается высокий отрицательный потенциал, на нулевых выходах - низкий потенциал. Ключи 13, 14, 15 срабатывают при наличии на двух входах высокого отрицательного потенциала. Поэтому в исходном состоянии эти ключи закрыты и на реверсивный счетчик 17 импульсы не поступают.

На отрицательные импульсы триггеры, применяемые в устройстве, не реагируют. Реверсивный счетчик 17 имеет два входа вход сложения и вход вычитания.

С синусоидального выхода генератора 9 сигнал поступает на вход ОК, ас его выхода -.на нуль-орган 2. При переходе синусоидального сигна1ла на входе нуль-органа 2 через нуль из минуса в плюс на выходе его появляется положительный импульс, а при переходе синусоидального сигнал через нуль из плюса в минус - отрицательный. С импульсного выхода генератора 9 поступают импульсы с частотой fj счетный вход триггера-делителя 12, с нулевого выхода которого импульсы с частотой t, ;подаются на входы ключей 14 и 15.

Измерение начинается по команде Пуск 1При этом на единичный вход триггера пуска 1 поступает полжительный импульс, который опрокидывает его в единичное положение, и на входы элементов И 4, 5, б с нулевого выхода триггера пуска 1 поступает высокий отрицательный потенциал. При переходе синусоидального сигнала на входе ОК через нулевое значение из минуса в плюс на первом дополнительном выходе пенератора 9 появляется положительный импульс, опрокидывающий в единичное положение триггер 8, высокий отрицательный потенциал с нулевого выхода которого поступает на входы элементов И 4, 5, 6. При переходе синусоидального сигнала на выходе ОК через нулевое значение из минуса в плюс на выходе нуль-органа 2 появляется положительный импульс, который поступает на элемент И 5, а с его вьгхода на единичный вход триггера 11 и опрокидывает последний в единичное положение. При этом на его нулевом выходе образуется высокий отрицательный потенциал, который поступает на входы ключей 14 и 15 и на вход элемента

и 7. Поскольку на обоих входах клю-ча 15 установились высокие отрицательные потенциалы, то ключ 15 открывается и импульсы с частотой f2 2пocтyпaют на вход вычитания реверсивного счетчика 17. При достижении максимального значения синусоидального сигнала на входе ОК на втором дополнительном выходе генератора 9 появляется импульс, который через элемент И 4 поступает

to на единичный вход триггера 10 и опрокидывает его в единичное положение. В этом случае на единичном выходе триггера 10 образуется нулевой потенциал, который поступает

15 на вход ключа 15 и закрывает его, прекращая подачу импульсов с частотой i2/2 на вход вычитания реверсивного счетчика 17. Высокий отрицательный потенциал с нулевого выхода триггера 10 поступает на входы ключей

20 13 и 14. Поскольку на обоих входах ключа 14 установились высокие отрицательные потенциалы, он открывается и импульсы с частотой fg/ поступают на вход сложения реверсивного

25 счетчика 17. При переходе синусоидального сигнала на выходе ОК через нуль с плюса в минус на выходе нульоргана 2 появляется отрицательный импульс, который через инвертор 3

30 поступает на вход элемента И 6, с выхода которого Положительный импульс поступает на вход элемента И 7. Импульс с выхода элемента И 7 поступает на нулевые входы тригге5ров 10, 11 и триггера пуска 1, опрокидывая их в нулевое положение. При этом ключ 14 закрывается и прекращается подача импульсов с частотой i2/2 на вход сложения реверсив0ного счетчика 17. Поскольку интервал времени, в течение которого импульсы с частотой 2/2 поступают на вход сложения, равен интервалу времени, в течение которого импульсы

5 с частотой поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 17, то количество импульсов, подсчитанное счетчиком 17, равно нулю. Таким образом, процесс измерения сдвига фазы окончен.

0

При сдвиге фазы между синусоидальными сигналами на входе и выхбде ОК 0 ч -:90 и 180 :: f 270 9 алгоритм работы устройства аналогичен описанному выше. При этом постоянная

5 составляющая измеряемого сигнала может быть как положительной так и отрицательной. Поскольку интервалы времени, в течение которых импульсы

с частотой f

поступаот на вхо2/2

0

ды сложения и вычитания реверсивного счетчика 17., в этом случае не равны между собой, то количество импульсов, подсчитанных счетчиком, будет отлично от нуля и пропорционально

5 измеренному сдвигу фазы.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в случае, когда сдвиг фазы синусоидальных сигналов на входе и выходе СК равен нулю, а постоянная составляющая на выходе ОК УО 0. По команде Установка нуля схема устанавливается в исходное положение . По команде Пуск опрокидывается триггер пуска 1, с нулевого выхода которого на входы элементов И 4, 5, б, поступает высокий отрицательный потенциал. При .переходе синусоидального сигнала на входе ОК через нуль из минуса в плюс на первом дополнительном выходе генератора 9 появляется положительный импульс, опрокидывающий -триггер 8, высокий отрицательный потенциал с единичного выхода которого поступает на входы элементов И 4, 5, 6. При достижении синуСОйДй Гьного сигнала на входе ОК 5ак,симальнрго значения на втором ЙОпОДНительном выходе генератора 9 йо 1вЛяё гей положительный импульс., п6с1Упающий на вход элемента И 4, eBakofia которого - на единичный вход триггера 10, опрокидывая последни1й в единичное положение. При этом на нулевом вьгходе триггера 10 образуется высокий отрицательный потенциал, поступающий на входы ключей 13 и 14, Поскольку на обоих входах ключа 13 установились высокие отрицательные потенциалы, то он открывается и импульсы с частотой 12поступают на вход сложения реверсивного счетчика 17. При переходе синусоидального сигнала на выходе ОК через нулевой потенциал из плюса в минус на выходе нуль-органа 2 появляется отрицательный импульс который через инвертор поступает на вход элемента И 6, а с выхода последнего - на вход элемента И 7, С выхода элемент:а И 7 импульс не поступает на триггеры 10, 11 и тригер пуска 1, поскольку на второй вход элемента И 7 с нулевого выхода триггера 11. поступает нулевой потенциа:л. Таким образом, состояние схемы не изменится и реверсивный счетчик будет продолжать работать/в режиме сложения. При переходе синусоидального сигнала на .бк через нуль из минуса в плюс н,а выходе нуль-органа 2. появляется Лоложительный импульс, который поступает на вход элемента И.5 с выхода которого - на единичный вход триггера 11, опрокидывая пос ледний в единичное положение. При этом на нулевом выходе триггера 11 образуется высокий отрицательный потенциал, который поступает на вход элемента И 7 и на входы ключе 14 и 15. На единичном выходе триггера 11 образуется нулевой потенциал, который поступает на вход ключа 13, закрывает его и прекращает подачу импульсов с частотой fg на вход сложения реверсивного счетчика 17. Поскольку на обоих входах ключа 14 присутствуют высокие отрицательные потенциалы, то ключ 14 открывается и. на вход сложения реверсивного счетчика .17 поступают

импульсы с частотой f

При перег/2ходе синусоидального сигнала на выходе ОК через нуль из плюса в минус на выходе нуль-органа 2 появляется отрицательный импульс, который через инвертор 3 поступает на вход элемента И б, а с выхода последнего - на вход элемента И 7, Импульс с выхода элемента И 7 поступает на нулевые входы триггеров 10, 11 и триггера пуска 1, опрокидывая их в нулевое положение. При этом ключ 14 закрьюается и прекращается подача импульсов с чистотой igy на вход сложения реверсивного счетчика 17. На этом процесс измерения сдвига фазы заканчивается. В реверсивном счетчике 17 записано количество импульсов; соответств5 щее сдвигу фазы равному Збр. Поскольку период измеряемой синусоиды равен, 360°, то результат измерения ( ф 360°) соответствует нулевому сдвигу фазы.

При сдвиге фазы межде синусоидальными сигналами на входе и выходе ОК : 180° и 360 алгоритм работы устройства аналогичен описанному. В этом случае постоянная составляющая на выходе ОК может быть как положительной так и отрицательной.

Предлагаемый генератор-фазометр инфранизких частот также как и известный позволяет измерять сдвиг фазы синусоидальных сигналов на входе и выходе ОК с учетом погрешности, вносимой наличием постоянной составляющей в измеряемом сигнале. Однако настоящий генератор-фазометр содержит меньшееколичество элемент тов, имеет более простую структуру, а значит и более высокие показатели надежности, что имеет первостепенное значение на практике при выборе схемы проектируемого устройства.

. Формула изобретения

Генератор-фазометр инфранизких частот, содержащий два ключа, генератор, импульсный выход которого соединен с первым входом первого ключа и счетным входом триггера-делителя, подключенного своим нулевым выходом к первому входу второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены с элементом ИЛИ, выход которого подсоединен к реверсивному счетчику, четыре элемента И, нуль-орган, выход которого соединен с одним из элементов И через инвертор, а с другим - непосредственно, два триггера, триггер управления, триггер пуска, два зажима для подключения объекта контроля, один из которых соединен о синусоидальным выходом генератора, а другой - с нуль-органом, от л и чающийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, в него введен дополнительный ключ, первый вход которого подключен к выходу триггера-делителя, второй вход объединен со вторым входом второго и подключен к нулевому выходу второго триггера и первому входу четвертого элемента И, соединенного вторым входом с выходом третьего элемента И, а выходом - с нулевыми входами первого ti второгр триггеров и триггера пуска, . единичн выход( которого соединен с первьми входами первого, второго

и третьего элементов И, первые вэ«оды которых подключены к нулевому выходу триггера управления, подсоединенного своим единичным входом к первому дополнительному выходу генератора, второй дополнительный выход которого соедине н со вторым входом первого элемента И, при этом единичные входы первого и второго триггеров подсоединены к выходам первого и второго элементов И, а единичные выходы указанных триггеров - к третьему входу дополнительного ключа и к второму входу первсэго ключа соответственно, а нулевой выход первого триггера - к третьему входу первого.. 5 ключа и первому входу второго ключа, выход дополнительного ключа соединен со вторьм входом реверсивного счетчика.

0 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

(прототип).