Цифровой измеритель разности фаз Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к области из- мерения электрических величин, к устро ствам для измерения фазового угла меж .ду напряжениями и токами. Большинство известных цифровых измерителей разности фаз основа кы на подсчете числа импульсов эталонной частоты, заполняющих временной интервал между моментами перехода входных сигналов через нулевой уровень. Известен цифровой измеритель разности фаз ij, содержащий двухк&нальный преобразователь на базе триггера Шмидта, дискриминатор, логическую часть и цифровой счетчик. Входные сину соидальные сигналы преобразуются этим устройством в импульсы прямоугольной формы и подаются на дискриминатор, выдающий прямоугольный импульс, длительность которого пропорциональна разности фаа входных сигналов. Логическая часть преобразует полученный сигнал в форму, удобную для регистрации и оценки, в число импульсов. Недостатком известного устройства является сложность, которая заключается в необходимости использования генераторов стабилизированной частоты. Известен цифровой измеритель фазового сдвига на квантовых самогенерирующих датчиках, который содержит источник эталонного тока, формирователь времени измерения, подключенный ко входу устройства, два преобразователя аналогчастота, каждый из которых содержит квантовый самогенерирующий датчик, установленный внутри магнитной системы, состоящей из опорной обмотки, подключенной к источнику эталонного тока, и соосной с ней рабочей обмотки, соединенной со входом устройства, частотный дискриминатор, подключенный к выходам преобразователей аналог-частота, и счетчкк импульсов, суммирующий вход которого через вентиль соединен с выходом дискриминатора, а управляющий вход вентиля подключен к выходу формирователя времени измерения 2. Недостатком устройства является его сложность и большие габариты, связанные с использованием двух преобразователей ток-частота, соединенных для исключения влияния на результаты измере ния магнитного поля опорной обмотки по дифференциальной схеме. Это ограничивает область примецения устройства и снижает надежность его работы. Целью настоящего изобретения является повышение надежности. Это достигается тем, что цифровой измеритель разности фаз, содержащий формирователь времени измерения, преобразователь ток--частота на квантовом . саморег улир аощем датчике, установленном внутри магнитной системы, состоящей из опорной обмотки, соединенной с источником эталонного тока и соосной с ней первой рабочей обмотки, счетчик, сум мирующий вкод которого.соединен с выходо первого вентиля, введены второй, третий и четвертый вентили и вторая рабочая обмотка в магнитной системе преобразов теля ток-частота, установленная соосно с первой рабочей обмоткой, причем первая и вторая рабочие обмотки соединены с вь ходами второго и третьего вентилей, а выход квантового сал-юрегулирующего датчика, являюяегося выходом преобразо вателя ток-частота, соединен с входами первого и четвертого вентилей, выход ко торого подсоединен к вычитающему входу счетчика, вход формирователя времени из мерения соединен с входом первого венти ля, а выход - с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого вентилей. На чертеже представлена блок-схема цифрового измерителя фазового сдвига. Цифровой измеритель содержит преобразователь ток-частота 1, состоящий из квантового самогенернрующего датчика 2, первой и второй рабочих обмоток 3 и 4, и опорной обмотки 5, первый, второй, третий и четвертый вентили 6, 7, 8, О, источник эталонного тока 10, формирователь времени измерения 11 и сче чик 12. Входные сигналы, протекающие по рабочим обмоткам 3 и 4 преобразователя 1, и эталонный ток источника эталонного тока 10, протекающий по опорной обмотке 5, создают в зоне расположения датчика 2 магнитное поле, мгновенное значение напряженности которого зависит от состояния вентилей 7 и 8, управ ляемых формирователем времени измерения 11. Квантовый датчик 2 генерирует последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна напряженности магнитного поля. Эти импульы через вентили 6 и 9, управляемые формирователем времени измерения 11, поступают соответственно на суммирующий или на вычитающий входы счетчика 12. Формирователь времени измерения 11, задает время измерения, кратное периоду входных сигналов, и может быть построен, например, на базе двухканального триггера Шмидта и счетчика числа периодов. Кроме того, формирователь 11 в нечетные полупериоды открывает вентили 6, 7 и 8, а в четные - вентиль 9. Поэтому в нечетные полупериоды в зоне датчика 2 будет создаваться магнитное поле, равное алгебраической сумме магнитных полей встречно включенных рабочих обмоток 3, 4 и опорной обмотки 5, а в четные полупериоды - поле пропорциональное эталонному току. Таким образом, на суммирующий вход счетчика 12 поступают импульсы с час- пропорциональной полю, созданного в нечетные полупериоды, а на его вычитающий вход - импульсы с частотой, пропорциональной полю в И четные полупериоды. При этих условиях число, зафиксированное счетчиком за время измерения пропорционально измеряемому фазовому сдвигу. Благодаря использованию вместо двух одного преобразователя ток-частота, объем аппаратуры не превышает (50- 60%) от объема аппаратуры прототипа. Кроме того, настоящее устройство по сравнению с прототипом более удобно в эксплуатации, так как не требует принятия специальных мер по устранению вза- имного влияния квантовых датчиков друг на друга. По этой же причине это устройство должно обеспечить более высокую точность измерения фазового сдвига, ибо полностью устранить взаимное влияние датчиков невозможно. Количественный эффект повышения точности измерения зависит от качества используемых магнитных экранов и по предварительным оценкам составляет (10-15%). Наконец, преимуществом данного технического решения является возможность его использования не только в качестве измерителя сдвига фаз, но и как преобразователя амплитуды переменного тока в частоту, ибо при подаче сигнала только iHa один вход устройства, число, фиксиру мое счетчиком, будет пропорционально амплитуде входного сигнала. Формула изобретения Цифровой измеритель разности фаз, содержащий формирователь времени изм рения, преобразователь ток частота на квантовом самогенерирующем датчике, установленном внутри магнитной системы, состоящей из опорной обмотки, сое диненной с источником эталонного тока и соосной с ней первой рабочей обмотки счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентиля, отличающийся тем, что, с целью повьпления надежности, он снабжён вторым, третьим и четвертым вентилями и второй рабочей обмоткой в ма нитной системе преобразователя токчастота, установленной соосно с первой рабочей обмоткой, причем первая и вторая рабочие обмотки соединены с выходами второго и трютьего вентилей, а выход квантового саморегулирующего датчика, являющегося выходом преобразователя ток-частота, соединен с входами первого и четвертого вентилей, выход которого подсоединен к вычитающе- му входу счетчика, вход формирователя времени измерения соединен с входом первого вентиля, а выход - с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого вентилей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3906361, кл. 324-8ЗД, 1971. 2.Кудрявцев В. Б. и др. Прецезионные частотные преобразователи, автоматизированных систем контроля и управления. Москва, 1974 г., с. 124.