Цифровой коммутационный фазометр Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении быстродействующих измерителей фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами, изменяющимися в широксм частотном диапазоне.

Известен коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, линейный фазовый детектор, управляющий триггер и дискриминатор, в котором частота коммутации синхронизируется одним из исследуемых сигналов (1J.

Недостатком этого устройства является дополнительная погрешность, обусловленная промежуточным преобразованием фазового сдвига в напряжение.

Известен также коммутационный фазометр, содерм щий коммутатор, однополярный триггерный преобразователь, схему совпадения, генератор квантующих импульсов j две пересчетные схемы, реверсивный счетчик импульсов, блок управления и цифровое отсчетное устройство 2.

Недостатком зтого устройства является наличие случайной погрешности, обусловленной

как некогерентностью входных исследуемых сигналов н сигналов генератора квантующих импульсов, так и некогсрентностью управляющего напряжения системы управления (частоты коммутации) и входных исследуемых сигналов.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, один из входов которого соеди10нен с первым входом однополярного триггерного преобразователя, а выход подсоединен к другому его входу, элемент совпадения, один из входов которого соединен с выходом однополярного трнггерного преобразователя,

IS другой - с выходом генератора квантующнх импульсов первого пересчетного элемента, выход которого соешшен с первым входом реверсивного счетчика импульсов, второй вход которого присоединен к одному из выходов

20 блока управления, а выход его - к первому входу цифрового отсчетного устройства, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий его выход

присоедш1ен к управляющему входу коммутатора, а четвертый выход соединен с входом генератора квантующих импульсов, выход которого через второй элемент пересчета подсоединен к одному из входов блока управления, снабжен элементом ИЛИ, Делителем с переменным коэффи1шентом деления и дещифратором, пртем первый и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами элемента совпадения и делителя с переменным коэффициентом деления, а его выход - с входом первого пересчетного элемента, счетный вход делителя с переменным коэффициентом деления подсоединен к выходу генератора квантующих импульсов, а первый и второй его управляющие входы соединены соответственно с пятым выходом блока управления и выходом цифрового отсчетного устройства через дешифратор, второй вход блока управления соединен с входом коммутатора.

На чертеже изображена структурная схема цифрового коммутационного фазометра.

Устройство содержит коммутатор 1, блок 2 управления, однополярный триггерный преобразователь 3, 3.1емент 4 совпадения, генератор 5 квантующих импульсов, реверсивный счетчик 6, элемент 7 ИЛИ, цифровое отсчетное устройство 8,. первый и второй пересчетные элементы 9 и 10, дешифратор 11 и делитель 12 с переменным коэффициентом деления

Работа цифрового коммутационного сЬазо метра происходит следующим образом.

Сравниваемые по фазе исследуемые напряжения И л и И 2 поступают на сигнальные входы коммутатора 1, управляемого сигналами, поступающими с блока 2 управления. При работе коммутатора 1 и частотой Л , меньшей частоты входных напряжений Ш , на его выходе формируется разрывно-периодическое напряжение, состоящее из пакетов сравниваемых напряжений.

Для исключения вдшяния переходных процессов при переключении входных сигналов частота коммутации синхронизирована одним из исследуемых сигналов таким образом, что F - / 2 in , где Ш - VOV - целое число. Таким образом в устройстве при изменении частоты исследуемых сигналов частота коммутации также изме шется. Однако изменения полупериода коммутации не могут быть большими, чем на период исследуемь1Х сигналов.

В однополярном триггерном преобразователе 3i, на входы которого поступают один из исследуемых сигналов ( ) и выходной сигнал коммутатора 1, формируется прямоугольное напряжение, длительность импульсов которого периодически изменяется с частотой коммутации от tT./j .

Выходаое напряжение одмополяриого тркггерного преобразователя 3, поступающее на элемент 4 совпадения, можно рассматривать как непрерывное импульсное напряжение, модулировашюе по ширине (длительности). Коэффиш1енг широтно-импульсной модуляции р, равный относительной разности длительностей импульсов в первый и второй такты работы коммутатора 1, однозначно связан с фазовым сдвигом между исследуемыми сигналами.

P--(-U,-C;,--i%-M2 |2t,

где .У/21Г - частота входных сигналов.

При поступлении на вход элемента совпадения 4 выходного напряжения однополярного триггерного преобразователя 3 она открывается и пропускает импульсы от генератора 5. В результате на выход элемента совпадения 4 проходят пачки импульсов.

На реверсивный счетчик импульсов 6 через элемент ИЛИ 7 в один такт работы коммутатора 1 поступает общее число импульсов

VI

где - количество пачек, заполненных импульсами;

IQ - частота повторения импульсов генератора 5.

В следующий такт работы коммутатора I

Vi --VnT:2.o«

При реверсировании счетчика 6 с частотой в моменты переключения коммутатора 1, что обеспечивается блоком 2 управления, число импульсов, накопленных реверсивным счетчиком 6, равно

( и Р N--n-h--lm-|-

Так как М - / 2Fi то за полный период коммутации имеем:

Jj 2F

(

Ы . ЪЬО /

Остаток импульсов N.. , накопленных счетчиком 6, фиксируется цифровым отсчетн устройством 8. Для получения отсчета непосредственно в градусах. перед реверсивным счетчиком 6 включен пересчетный элемент 9 с коэффициентом деления

о /д

V-2FH ),

где Л, - необходимая разрешающая способность фазометра в градусах; - номинальная частота коммутации. I iiiDH/ibiiocib и кратность частоты коммута ши рц по о1Т1Ошеиию к Q обеспечивается 1гутем синхронизации блока управления 2 час ЮТОЙ генератора квантутощих импульсов 5 через пересчетный элемент 10 с коэффициентом деления - ---consi Н Таким образом, после второго такта (полупериода) коммутации в реверсивном счетчике 6 фиксируется число импульсов N -,. Ь 2 Х й.Ц F PH-F й.С,F Первое слагаемое является точным значением измеряемой разности фаз, а второе - ошибкой, обусловленной некратностью частоты исследуемых сигаалов и частоты коммутации т.е. низкочастотной погрешностью. Коррекция низкочастотной погрешности в устройстве происходит следующим образом. Поскольку процесс измерения непрерывен, то можно допустить, что перед началом первого такта (полупериода) коммутации в цифровом отсчетном устройстве 8 зафиксиро ван скорректированный результат предыдущего измерения, т.е. 2U.4 Код М12 , поступая на вход дешифратора 11, вызывает формирование на его выходах определенного кода, задающего коэффициент деления Нь делителя 12 таким образом, что ЪбО - ЪЬО Ь Ni в конце второго такта (полупериода) ком мутации в блоке управления 2 формируется импульс напряжения, длительность которого равна t -и|гF- |2F„ За время действия этого импульса на управляющем входе делителя с переменным к зффициентом деления 12 через него пройд количество импульсов квантующего генерато ра 5, () Тогда на вход реверсивного счетчика 6 п ступит следующее количество корректирующ гтлт rnpnviniiipp b-nntruppTpn Knnnp.vTunvKiiit импульсов NK . 4,.FH-F Л.ЧF Так как во втором такте (полупериоде) коммутации реверсивный счетчик 6 находится в режиме вычитания, то общее количество импульсов, накопленных им за два такта коммутации, равно ,.,.,. -bk: 6.V Таким образом в результате коррекшп получаем истинное значение измеряемой разности фаз. В дальнейшем работа устройства происходит аналогично описанному выше. За счет введения дополнительных узлов и соответствующих связей осуществляется коррекция низкочастотной погрешности цифрового коммутационного фазометра. Формула изобретения Цифровой коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, один го входов которого соединен с первым входом однополярного триггерного преобразователя, а выход подсоединен к другому его .входу, элемент совпадения, один из входов которого соединен с выходом однополярного триггерного преобразователя, другой - с выходом генератора квантующих импульсов, первого пересчетного элемента, выход которого соед{шен с первым входом реверсивного счетчика имп льсов, второй вход которого присоешшен к одному из выходов блока управления, а выход его к первому входу цифрового отсчетного устройства, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий его выход присоединен к управляющему входу коммутатора, а четвертый выход соединен с входом генератора квантующих импульсов, выход которого через второй элемент пересчета подсоединен к одному из входов блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, он снабжен элементом ИЛИ, делителем с переменным коэффициентом деления и дешифратором, причем первый и второй входы элемента ИЛИ соединены соответствен„ выходами элемента совпаден1ш и делителя с переменным коэффициентом деления, а его выход - с входом первого пересчетного элемента, счетный вход делителя с перемен коэффициентом деления подсоединен к выходу генератора квантующих импульсов, а первый и второй его управляющие входы соединены соответственно с пятым выходом блока управления и выходом цифрового отсчетного устройства через дешифратор, второ вход блока управления соединен с входом коммутатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 7657498 1.Авторское свидетельство СССР N 51600, кл. G 01 R 25/00, 1975. 2.Скрипник Ю. А. Коммутационные цифровые измерительные приборы. М., Энергия, 1973, с. 77-83.

k 3

i 2

- 6

г 9

/