Цифровой фазометр Советский патент 1979 года по МПК G01R25/08 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

1

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении больших изменений фазы переменного напряжения.

Известны циЛровые Фазометры, содержащие делители частрты, инверторы, триггеры, формирователи, схемы совпадения, триггериый фазометр l.

Однако он имеет недостаточную точность измерения.

Известны цифровые фазометры, состоящие из первого и второго формирователя, соединенных с триггером, к выходам которого подключены входы элемента совпадения, вторые входы которого подключены к генератору импульсов заполнения, а выходы ко входам управляемого коммутато1ра/ выход которого подключен v.b входу элемента совпадения, второй вход которого соединен -с времязадаю- - щим устройством, а выход - со счетным входом счетчика импульсов. К одному из плеч триггера подключены также соединенные последовательно интегрирующая и дифференцирующая цепи. Выход последней подключен к счетному входу реверсивного счетчика импульсов, выходы котОрОгаг сое- динены со входами двух дешифраторов.

Выход первого дешифратора подключен к управляемому входу комМу татора, выходы второго дешифратора - ко входам начальной установки счетчика импульсов. Второй дешифратор имеет также дополйит(ельный выход, соединенный со вторым выходом время.задающего устройства C2J.

Недостатком данного фазометра

0 является возможность измерения только плавно изменякядегося сдвига фаз, а также его сложность, обусловленная необходимостью применения интегрирующего и дифференцирующего

5 звеньбгв, коколутатора, двух дешифраторов и времязадающего устройства.. .....;..

При использовании данного фазометра для измерения быстро изме0няющегося сдвига фаз (изменякнцегося между двумя циклами измерения на величину, превышающую единицу дискретности измерения) происходит потеря информации о переходе сдвига фаз через значения, кратные 360.

Целью изобретения является повышение точности измерения при быстро изменяющемся сдвиге фаз.

Данная цель достигается тем, 0 что в цифровой фазометр,содержсиций

ервый и второй формирователи, соеиненные с триггером, к выходу оторого подключен вход элемента овпадения, генератор заполняющих импульсов, соединенный с вторым ходом элемента совпадения, а также счетчик и реверсивный счетчик, введены последовательно соединенные элемент задержки, регистр, блок вычитания и блок сравнения, причем выход первого формирователя соединен с обнуляющим входом счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента совпадения, выход счетчика соединен со вторыми входами регистра и блока вычитания, к выходу которого подключен знаковый вход реверсивного счетчика, выход второго формителя соединен со входами элемента задержки и блока сравнения, к выходу которого подключен счетный вход реверсивного счетчика. .

Блок-схема цифрового фазометра представлена на чертеже. На входные формирователи 1 и 2 поступают соответственно опорное и исследуемое напряжение. Триггер 3 управляет прохождением импульсов заполнения через элемент совпадения 4, второй вход которого соединен с генератором заполняйщих импульсов 5. Выход элемента совпадения 4 соединен со счетным входом счетчика б, обнуляемого формирователем 1 в начале каждого цикла .измерения. Такая структура образует известный фазометр с время-импульсным преобразованием, обеспечивающим измерение угла сдвига фаз в пределах О - 360. Выход суетчика 6 соединен со входом регистра 7. С выхода формирователя 2 через элемент задержки 8 на второй вход регистра 7 поступает сигнал занесения информации со счетчика 6 в регистр 7. Выходы счетчика б и регистра 7 соединены со входами блока вычитания 9, первый выход которого подключен к первому входу блока сравнения 10, а второй - к знаковому входу реверсивного счетчика 11. Второй вход блока сравнения 10 соединен с выходом формирователя 2, а выход - со счетным входом реверсивного счетчика 11.

, Работа фазометра.заключается в определении кода, соответствукндего текущему значению измеряемого сдвига фаз опорного и исследуемого напряжения в пределах О - 360 и кода, соответствующего числу/ переходов сдвига фаз через значения/ кратные ЗбО, с учетом направления перехода. Код, соответствующий сдвигу фаз в пределах 0-360°, формируется на выходе регистра 7, а чирло переходов сдвига фаз подсчитывается реверсивным счетчиком 11. В общем случае сдвиг фаз определяется следующим выражением: ф + (п 4 k.)

04lnl4N-l(1)

m-i

где n - число переходов сдвига фаз через значения, кратные

к - число импульсов, соответствующее сдвигу фаз в пределах О - 360°; N - емкость реверсивного счетчика;

m - емкость регистра. Рассмотрим изменение я ик на числовой оси при изменении сдвига фаз .tf . Области положительного сдвига фаз соответствует значение ц в ПРЯМОМ коде, а области отрицательного сдвига фаз - в дополнительном. Ограничимся допустимым сдвигом фаз между соседними циклами измерения, равнЕлм

ДК ± (f - 1) (2) что соответствует

(180°-342°) .

При этом, если между соседними циклами измерения сдвиг фаз прошел значение, кратное 360 точка т), в ту или иную сторону, то разность предыдущего и текущего результатов измерения в пределах О - 360 (дк) больше числа ф , т.е. дк ,(5 а знак разности д к однозначно определяет направление перехода через значение, кратное 360°. Если перехода сдвига фаз через значение, кратное 360°, не было, то

|ДКК (4) При переходе сдвига фаз через значение, кратное 360°, в положительHCW направлении число гп увеличивается на единицу, в отрицательном - уменьшается на единицу.

Рассмотрим числовой пример. Пуст гп 100, а предыдущему положению сдвига фаз соответствует число 225 (, 25). С учетом (2) допустимый сдвиг фаз межДу соседними циклами измерения не должен превышать величины, соответствующей дк ± 49 единиц дискретности, т.е. результат текущего цикла измерения может находиться в диапазоне 176274. .

Точке 176 соответствует дкж25-7б -51,,т.е. , поэтому с учетом (3) и знака Дк число п должно уменьшаться на единицу. Точка 274 соответствует лк 25-74 -49, т.е , поэтому с учетом (4) число п остается прежним.

В начале работы регистр 7 и реверюивный счетчик 11 устанавливается в любое (в том числе и нулевое) состояние, принятое за исходное.

Счетчик 6 устанавливается в состояние, совпадающее с состоянием регистра 7, В каждом текущем цикле измерения с приходом опорного сигнала на выходе формирователя 1 формируется импульс, обнуляющий счетчик 6 и переключающий триггер 3. Выходной сигнал триггера 3 раэрешает прохождение импульсов через элемент совпадения 4 от генератора заполняющих импульсов 5 на счетный вход счетчика 6. С приходом . исследуемого сигнала на вход формипо теля 2, на выходе последнего формируется импульс, переключающий триггер 3 и прекращающий тем самым заполнение счетчика 6. На выходе счетчика 6 формируется код, соответствующий текущему значению сдвига фаз в пределах О - 360°. Блок вычитаний 9 вычисляет код разности дк предыдущего результата измерения, хранящегося в регистре 7, и текущего результата измерения, хранящегося в счетчике б. Код разности д к поступает на первый вход блока сравнения 10, который сравнивает его с числом , хранящимся в блоке сравнения. Выходной импульс формирователя 2 поступает на второй вход блока сравнения для опроса результата сравнения. Если в момент опроса выполняется условие (3), на выходе блока сравнения формируется импульс, изменяющий содержимое реверсивного счетчика И на единицу. Если знак д к , поступающий со вторюго выхода блока вычитания 9 на знаковый вход реверсивного счетчика 11 положительный, содержимое реверсивного счетчика 11 увеличивается, если знак дк отрицательный, содержимое реверсивного счетчика уменьшается, если в момент опроса выполняется условие (4), содержимое реверсивного счетчика 11 не корректируется. Через время, неоходимое для корректировки содержимого реверсивного счетчика 11, на выходе элемента задержки 8 формируется сигнал переноса кода текущего положения сдвига фаз в пределах О - 360 из счетчика 6 в регистр 7 На этом цикл измерения заканчивает ся и на выходе фазометра формируется кол, определяемой выргикением (1). Признак знака выходного кода фазометра формируется на втором выходе реверсивного счетчика 11 в момент перехода его содержимого через нулевое состояние с учетом направления этого перехода.

Диапазон измерения, точность измерения и время измерения фазометра остаются теми же, что и у известного, конструкция существенно упрощается, а допустимое изменение сдвига фаз между циклами измерения увеличивается до t (180 360--- ) градусов.

m

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий первый и второй формирователи, соединенные с триггером, к выходу которого подключен вход элемента совпадения, генератор запоминакяцих импульсов, соединенный со вторым вхоП.СМ элемента совпадения, а также

счетчик и реверсивный счетчик, о тличающийс я тем, .что, с целью повыпаения точности измерения при быстроизменякнцемся сдвиге фаз, быстродействия и надежности работы, в него введены последовательно соединенные элемент задержки, регистр, блок вычитания и блок сравнения, причем выход первого формирователя соединей с обнуляющим

входом счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента совпадения, выход счетчика соединен со вторыми входами регистра и блока вычитания, к выходу которого

подключен знаковый вход реверсивного счетчика, выход второго формирователя соединен со входами элемента задержки и блока сравнения, к выходу которого подключен счетный

вход реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(прототип).