Цифровой фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/08 

1

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для определения фазовых характеристик четырехполюсников в системах автоматического упрггвления и регулирования, в том числе на инфранизких частотах.

В настоящее время для измерения угла сдвига фаз широкое применение получили цифровые фазометры.

Принцип построения цифровых фазометров в диапазоне инфранизких частот основан на измерении интервалов времени между одноименными точками перехода исследуемых сигналов через нулевой уровень. При этом время измерения фазового сдвига изменяется в зависимости от периода исследуемых сигналов.

Если за время между двумя одноименными переходами через нуль мгновенных значений исследуемых сигналов подсчитано N, то измеряемый сдвиг фаз составляет

-I

ц

W - круговая частота;

где

f - частота счетных импульсов,

При исследовании реальных систем автоматического управления на.инфранизких частотах возможно появление постоянной составляющей в выходных сигнала, что обусловлено особенностью построения схем и спецификой их работы. Постоянная составляющая вносит погрешность в измерение сдвига фаз, которая зависит от величины постоян0ной составляющей по отношению к амплитуде измеряемого сигнала. Для повышения точности замера сдвига фаз необходимо измерять и учитывать эту погрешность.

5

Известен цифровой фазометр, позволяющий измерять сдвиг фаз в инфранизко.м диапазоне частот с учетом погрешности, вносимой наличием постоянной составляющей, содержащий форми0рователи импульсов, регистраторы максимума исследуемых напряжений, генератор эталонных частот, умножитель частоты, электронны -, ключ, регистрирующее устройство 1

5

Известен также генератор-фазометр инфранизких частот, содержащий нуль-органы, определяющие моменты перехода измеряемых сигналов через нуль, инверторы, ключи, схемы ИЛИ, 0 триггеры управления, реверсивный

счетчик, инфранизкочастотный генератор 2 .

Недостатком известных устройств является сложность схемы, наличие большого количества элементов, что снижает Оадежность устройства.Кроме того, в известных устройствах недостаточная точность измерения. t

Цель изобретения - повышение надежности и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в фазометр, содержащий два нуль-органа, соединенные своими входами с первыми двумя входами фазометра, а выходами - со входами двух элементов НЕ и с первьлми входами дву первых элементов И, вторые входы которых подсоединены к выходу третьего элемента И, подключенного первым входом к третьему входу фазометра, а вторым - к выходу триггера пуска, содержащий также два элемента ИЛИ, первый из которых своими входами соединен с выходами первых двух элементов И, а выходом - со входом счетчика и триггер управления, введены два триггера и четыре дополнительных элемента И, первый из которых своими входами соединен с выходами элементов НЕ и с третьими входами первых двух элементов И, а выходом - со входом триггера управления и со вторым входом второго дополнительного элемента И, первый вход которого объединен с третьим входом третьего элемента И и со вторыми входами третьего и четвертого дополнительных элементов И, подключенных первыми входами ко второму входу первого элемента ИЛИ, а третьими - к нулевым выходам введенных триггеров, единичные выходы которых соединены через второй элемент ИЛИ с третьим входом второго, дополнительного элемента И, а единичные входы - с выходами третьего и четвертого дополнительных элементов И, при этом выход второго дополнительного элемента И соединен со входом триггера пуска, а выходом фазометра является выход первого из введенных триггеров.

На фиг.1 приведена функциональная .схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - графики, поясняющие работу устройства.

Цифровой фазометр содержит входы 1,2 и 3, нуль-органы 4 и 5, триггер пуска б, элементы НЕ 7 и 8, элементы И 9-15, элементы ИЛИ 16 и 17, тригге управления 18, триггеры 19 и 20, счетчик 21 и выход 22.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерения подается команда Установка нуля (У.О) на нулевые входы триггера пуска 6, триггера управления 18, триггеров 19 и

20и счетчика 21. При этом счетчик

21обнуляется, а все указанные триггеры устанавливаются в нулевое положение: на нулевых выходах (отмечены точкой)- высокий потенциал, а на единичньах выходах - низкий потенциал Все элементы И срабатывают при наличии на всех входах высоких потенциалов. В исходном состоянии все указанные элементы И закрыты и на счетчик 21 не поступают импульсы счета, которые подаются на вход 3.

Предположим, что входной сигнал на входе 1 опережает по фазе сигнал ,на входе 2. После выдачи сигнала У.О схема приводится в исходное состояние, при этом с нулевого выхода триггера пуска б высокий потенциал поступает на вход элемента И 9. В момент времени (фиг.2) на входы элемента И 12 подаются высокие потенциалы с элементов НЕ 7 и 8, элемент И 12 . срабатывает и опрокидывает триггер управления-18 в единичное положение, при этом высокий потенциал с его единичного выхода поступает на входы элементов И 13, 14 и 15. Однако только элемент И 9 срабатывает, и импуль сы счета с ее выхода поступают на входы элементов И 10 и 11.

В момент времени на входы элмента И 10 подаются высокие потенциалы, он открывается и импульсы счета поступают через элемент ИЛИ 16 на счетчик 21 и непосредственно на вход элемента И 14, который уже подготовлен к срабатыванию высокими потенциалами на выходах триггеров пуска 18 и триггера 20. Импульсы счета с выхода элемента И 14 поступают на единичный вход триггера 19, который опрокидывается в единичное положение.

Низкий потенциал с нулевого выхода триггера 19 поступает на вход элемента И 15 и закрывает его, а высокий потенциал с единичного выхода триггера 19 поступает через элемент ИЛИ 17 на вход элемента И 13, а также непосредственно на выход 22. Высокий потенциал на выходе 22 свидетельствует о том, что сигнал на входе 1 опережает по фазе сигнал на входе 2.

В момент времени t t на входы элемента И 11 подаются высокие потенциалы, он открывается и импульсы счета поступают через элемент ИЛИ 16 на счетчик 21 и на вход элемента И 1 который находится в закрытом состоянии и не пропускает импульсы на входы триггера 20.

В момент времени tj- t g на входы элемента И 12 подаются высокие потенциалы, он Срабатывает. При этом подтверждается единичное состояние триггера управления 18, а также сигнал с выхода элемента И 12 поступает на вход Элемента И 13. С выхода его сигнал поступает на единичный вход триггера пуска 6, который опрокидыва тся в единичное положение. Низкий потенциал с его нулевого выхода поступает на вход элемента 9 и закрывает его, На этом процесс измерения заканчи вается. Повторное измерение возможнс лишь после выдачи сигнала У.О. В случае, если сигнал на входе 2 опережает по фазе сигнал на входе 1, схема работает аналогичным образом, однако при этом ;вначале- срабатывает элемент И 11, а з-атем элемент 10, что приводит к срабатыванию триггера 20 вмесйэ триггера 19. В этом слу чае наличие на выходе 22 низкого потенциала свидетельствует о том, чт сигнал на входе 2 опережает по фазе сигнал на входе 1. Предлагаемый цифровой фазометр также, как и известный генератор-фазометр инфранизких частот, позволяет измерять сдвиг фазы синусоидальных сигналов с учетом погрешности, вносимой наличием постоянной составляющей в исследуемом сигнале. Однако предлагаемое устройство имеет меньше элементов, более, простую структуру, что позволяет повысить надежность устройства. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет определять знак и модуль фазового сдвига с большей точностью. Формула изобретения Цифровой фазометр,содержащий два нуль-органа,соединенные своими входа ми с первь1ми двумя входами фазометра а выходами - со входами двух элементов НЕ и с первыми входамидвух первых элементов И, вторые входы которых подсоединены К выходу третьего элемента И., подключенного первым входом к третьему входу фазометра, а вторым - к выходу, триггера пуска, содержащий также два элемента ИЛИ, первый из которых своими входами соединен с выходами первых двух элементов И, а выходом - со входом . счетчика, и триггер управления, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности и точности измерения, в него введены два триггера и четыре дополнительных элемента И, первый из которых своими входами соединен с выходами элементов НЕ и с третьими входами первых двух элементов И, а выходом со входом триггера управления и со вторым входом второго дополнительного элемента И, первый вход которого объединен с третьим входом третьего элемента И и со вторыми входами третьего и четвертого дополнительных элементов И, подключенных первыми входами ко второму входу первого элемента ИЛИ, а третьими - к нулевым выходам введенных триггеров, единичные выходы которых соединены через второй элемент ИЛИ с третьим входом второго дополнительного элемента И, а единичные входы - с выходами третьего и четвертого дополнительных элементов И, при этом выход второго дополнительного элемента И соединен со входом триггера пуска, а выходом фазометра является выход первого из введенных триггеров. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторскоесвидетельство СССР № з11214, кл. G01 R 25/00, 1970. 2.Авторскоесвидетельство СССР № 422322, кл. G01 R 25/00, 1972.

ТТ:

У.О.

П

у.о

L

т т;

fpuf.l

Щвык.

1 П П

0 гт

м.

y.ff

У.О

t

t

- t