Следящий фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

{54) СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОЖТР

Изобретение относится к измеритель ной технике и может использоваться дл измерения угловых и линейных перемещений, .а также деформации при помощи фазовых датчиков, например поворотных или линейных индуктосинов. Известен фазометр, содержащийформирователи импульсов, триггерные делители частоты, схему И, коммутатор, выходы которого соединень со входами схемы И, один из делителей частоты со держит инвертор, m основных и fti -1 дополнительных триггеров, причем один из выходов (:г -1) -20 допол1Л1тельного триггера связан со счетным входом П-20 основного триггера, другой выход- - со счетньм входом п-20 дополнительного триггера, соединенного с выходом инвертора, а выходы основных триггеров соединены со входами коммутатора. Приведенное устройство работает по принципу слежения и позволяет измерять фазовые сдвиги в пределах 90°(тп 1,2,3,..) Недостатки такого фазометра - низкая точность фазового сдвига, обусловленная применением однополупериодной схемы измерения, и низкая достоверность измерений из-за сбоев делителей частоты от помех. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многоканальный фазометр, содержащий в каждом из каналов последовательно соединенные формирователи импульсов, делители частоты, инвертор, вход которого соединен с формирователем импульсов, коммутатор и элемент И, счетный триггер в опорном канале, один из выходов которого соединен с первым Входом элемента И, а вход - с выходом делителем частоты и со вторьм входом элемента И, в каждом канале второй делитель частоты, блок устранения сбоев, дополнительные элементы И и i-ШИ, подключенные через нормайзатор и фильтр к коммутатору, при этом входы элемента ИЛИ соединены с ыходами первого и второго элементов И, первый и второй входы второго элемента И подключены соответственно ко второму выходу счетного триггера и инверсному выходу второго делителя частоты опорного канала, блок устранения сбоев в каждом из каналов соединен по входам с прямыми и инверсными выходами первого и второго делителей частоты, с выходами формирователя импульсов и инвертора, а по выходам со входами первого и второго делителей частоты, причем третий вход первого элемента И соединен с инверсным выходом первого делителя частоты, а третий вход второго элемента И - с прямым выходом второго делителя частоты каждого из исследуемых каналов. , Диапазон измерения фазометра t 2JfK 2.

Недостатками указанного фазометра являются низкая точность измерения, наличие мертвых зон на краях диапазона измерения и низкая достоверность результата измерения из-за вероятности сбоев делителей частоты.

Цель изобретения - повьппение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в следящий фазометр, содержащий в каждом канале усилитель-ограничитель, два формирователя импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и вхо дом первого формирователя, счетный триггер, вход которого соединен с вы ходом усилителя-ограничителя опорного канала, первый, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, причем второй вход первого и третий вход третьего злементов И соединены с перВ1 1 выходом счетного триггера, а третьи входы второго и четвертого элемеитов И - со вторым выходом счет- j pa

иого триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора, а выход - со входом аналогоцифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу индикатора причем выход инвертора измерительного канала соединен с выходом второго формирователя, введены первый, второй н третий элементы задержки, реверсивный счетчик, первый, второй, третий и четвертый компараторы, пятый, шестой, седьмой н восьмой элементы И, первый и второй ключи, первый, второй, третий, четвертый и пятый управляю1чие триггеры, дифференциатор и третий и четвёртый формирователи, причем выход усилителя-ограничителя опорного канала соединен со входом первого элемента задержки, выход которого соединен со входами третьего формирователя и второго элемента задержки, выход которого соединен со входом четвертого формирователя , выход которого соединен с периыми входами первого и четвертого управляющих триггеров, выходы которых соединены с перпыми вход;1ми соответственно первых и четвертых элементов И, а йторые входы первого и третьего управляющих триггеров соединены с выходом первого формирователя измеритель}1ого канала и первыми входами пятого и шестого элементов И, второй вход пятого элемента Н соединен с выходом третьего формирователя,

а выход - со вторым входом пятого управляющего триггера, первый выход которого соединен с третьим и нторым входами соответственно первого и второго элементов И, второй выход - со

вторыми входами третьего и четвертого элементов И, а первый вход - с выходом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя опорного каиарователя измерительного канала и вторым входом четвертого триггера; второй вход индикатора соединен с выходом реверсивного счетчика, первый и второй входы которого соединены с выходами третьего и четвертого компараторов, причем второй вход третьего и первый вход четвертого компараторов соединены соответственно с источниками опорного напряжения +V., , -, а первый вход третьего и второй вход четвертого компараторов соединены с выходом дифференциатора, вход которого соединен с выходом фильтра и перла; выход инвертора опорного капала соединен со входом третьего элемента задержки, выход которого соединен со входом второго формирователя опорного канала, выход которого соединен.с первыми входами второго и третьего управляющих триггеров,, а выходы послед1шх соединены с первыми входами второго и третьего элементов И, а второй вход.второго триггесоединён с выходом второго формивым входом первого и вторым входом второго компараторов, а второй вход первого и первый вход второго компараторов соединены с источником опорного напряжения + V /2, а выходы перг вого и второго компараторов соединены соответственно со вторыми входами седьмых и восьмых элементов И, первые входы которых соединены со вторым выходом пято.го управляющего триггера, а выходы - с первыми входами соответственно первых и вторых ключей, вторые входы которых соединены с источниками опорного напряжения соответственно +VQ/2, -Vo/2, а выходы - со вторым входом фильтра. На фиг. 1 представлена структурная схема следящего фазометра; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы . Следящий фазометр включает усилители-ограничители 1 и 2, формирователи 3-6 импульсов, инверторы 7 и 8, счетный триггер 9, элементы И 10-13, элемент lilM 14, нормализатор 15, . . фильтр 16, аналого-цифровой преобразователь 17, индикатор 18 первьгн элемент 19 задержки, второй элемент задержки, третий элемент 21 задерткки формирователи 22 и 23 импульсов, эле менты 24 и 25 совпадения, триггеры 26-30, ключи 31 и 32; реверсивный счетчик 33, дополнительные элементы И 34 и 35, компараторы 36-39, дифференциатор.40. . Фазометр работает следующим образом. Усилители-ограничители 1 и 2 формируют из исходных гармонических сиг налов импульсы (фиг.2а,в) ,фронты которых совпадают с моментами перехода 1рармоническим сигналом нулевого уровн Формирователи 3,4,5,22 и 23,импульсов .формируют по переднему фронту короткие ИМПУЛЬСЫ.Длительность коротких имйул Сов формирователей 5, 6, 22 и 23 выбирается минимальной, но достаточной для четкой работы триггеров по устан вочшлм входам. Формирователи 3 и 4 и пульсов вырабатывают импульсы, симме ричные относительно импульсов на выходе формирователя 22 (фиг. 2с ,3, е) Длительность импульсов на выходе фор мирователя 4 (фиг. 2 в) равна удвоен ному времени задержки элемента 20 за держки (t.1 2iciAUC ° пульсов на выходе формирователя 3 (фиг. 2,с) равна удвоенному суммарно му времени задержки элементов 19 и 2 Ц ( Время задержки элемента 21 равно сумме времени задержки элементов 19 и 20(4 j 3(«,,(a5ff)Время задержки элемента 20 должно быть больше мертвой зоны основного триггерного фазометра (триггеры 26 и | 2S). Ширина мертвой заэисит от длительности коротких импульсов, быстродействия триггеров, соотношения сигнал-помеха, а также частотного спектра помех. Время задержки элемента 19 должно быть больше чем дрожа 1ие сигнала и зависит только от соотношения сигная-шум. Элемент 24 совпадения пропускает короткие импульсы с выхода формирователя 5 лишь тогда, когда они входят в зону коротких ш пульсов (фиг 23) с выхода формирователя 4. Элемент 25 совпадения пропускает импульсы с выхода формирователя 5, когда они находятся вне зоны коротких импульсов (иг. 2с) формирователя 3. По структуре следящий фазометр является двухшкальным прибором. Одна шкала используется для измерения фазового сдвига -В пределах 0-360°, а вторая - дня подсчета циклических кратных 360°. Импульс с сдвигов, выхода формирователя 22 (фиг. 2б), соответствуюн ий началу положительной полуволны опорного сигнала, устанавливает триггеры 26.и 30 в единицу. Аналогично импульс с выхода формирователя 23 (фиг. 2{), соответствующий началу отрицательной полуволны опорного сигнала, устанавливает триггеры 28 и 29 в единицу. Импульс с выхода формирователя 5 (фиг. 2() устанавливает триггеры 26 и 29 в нуль. Аналогично импульс с выходаформиро,вателя 6 (фиг. 2Vi) , соответствующий началу отрицательной полуволны измерительной сигнала, устанавливает триггеры 28 и 30 в нуль. На временных диаграммах фиг. 2i ,J,(, 2 представлены сигналы на выходах триггеров 26, 28, 29 и 30. Триггеры 26 и 28 образуют основной двухполупериодный фазометру а триггеры 29 и 30 - дополнительный двухполупериодный фазометр. Двухполупериодные фазометры получаются за счет поочередного подключения однополупериодных , которое осуществляет сигнал с выхода счетного триггера 9 (фиг. 2mj. На временных . диаграммах фиг. 2 т , р представлены сигналы основного и дополнительного двухполупериодных фазометров. Характеристика дополнительного двух1;олу периодного фазометра сдвинута относительно характеристики основного фазометра на 180. Характеристика дополнительного фазометра в области малых значений сдви га фазы от (2К+0 расположе на вьппе характеристики основного фазометра на Vo /2, гр Vo - опорное йапряжение нормализатора, а в области больших значений сдвига фазы от (2K + l) до 231( характеристика дополнительного фазометра расположена ниже основной на Vo/2. Если изменение сдвига фазы происходит в области малых значений (сигнал с выхода компаратора 37 равен единице и импульс с выхода формирователя 5 (фиг. 2а() входит в зону короткого импульса с выхода формирователя 4, то триггер 27 устанавливается в нуль. Одновременно происходит подключение к первому входу фильтра сигнала дополнительного фазометра и подключение смещения -Vo/2 ко второму входу фильтра. Аналогично, если.сдвиг фаз находится в области больших значений И происходит вхождение импульса с выхода, формирователя 5 (фи,г. 2qj) в зону импульса (4мг.2d) с выхода формиро вателя 4,то происходит подключеиие сигнала дополнительного фазометра и смещение +Vo/2. Когда импульс с выхо-t да формирователя 5 (фиг. 2qf) выходит за пределы зоны короткого импульса с выхода формирователя 3 (фиг.2С.), триггер 27 устанавливается в единицу и одновременно на вход фильтра подклю чается сигнал с выхода основного фазо метра. Суммарная характеристика фазометра имеет гистерезис, однако наличие его не сказывается на линейности зависимости напряжения на выходе фильтра 16 от изменения сдвига фазы в пределах одного цикла. Линейный участок характеристики фазометра равен 2-Л 4«2aL( , где Л Ч - ширина гистерезиса, определяемая дпительностью импульса на выходе формирователя 3 (фиг. , длительность которого должна быть ч. меныпе половины периода исходной частоты (т.е.). Следящая часть устройства основан на том, что характерйстика.-фазометра имеет циклический, характер и при переходе с одного линейного участка на другой происходит скачок напряжения. Переходньп процесс в фильтре 16 при скачке напряжения идентичен реакции фильтра на единичный скачок и определяется только свойствами фильтра.При увеличении фазового сдвига происходит скачок с максимального уровня на уровень характеристики основного фазометра (область малых значений), а при уменьшении фазового сдвига происходит скачок с минимального уровня на уровень характеристики основного фазометра (.область больших значений) . Абсолютная величина скачка равна о . Постоянная времени дифференциатора 40 выбирается с учетом переходной характеристики фильтра 16. При этом сигнал на выходе дифференциатора 40 принимает максимальное по амплитуде значение лишь в моменты скачка напряжения на выходе фильтра 16, а при других более медленных изменениях напряжения на выходе фильтра 16 сигнал дифференциатора 40 много меньше уставок напряжений (U), к которым подключены компараторы 38 и 39. В момент скачка один из компараторов формирует импульс, который изменяет содержимое реверсивного счетчика 33, и тем самым отслеживается цикл, в котором происходит изменение фазового сдвига Формула изобретения Следящий фазометр, содержащий в каждом канале усилитель-ограничитель. два формирователя импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и входом первого формирователя, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя опорного канала, первьиЧ, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, причем второй вход первого и третий вход третьего элементов И соединены с первым выходом счетного триггера, а. третьи входы второго и четвертого элементов И - со вторым выходом счетного триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входь которого соединены с выходами элементов И, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора, а вуход - со входом аналогоцифрового преобразователя, выход которого соединен со входом индикатора, причем Ъыход инвертора измерительного канала соединен с выходом второго формирователя, отлич ающи й-

с я тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены первый, второй и третий элементы задержки, реверсивный счетчик, первый, второй, третий и четвертый компаратор:, пятый, шестой, седьмой и восьмой элементы И, первый и второй ключи, первый, второй, третий, четвертый и пятый управляющие триггеры, дифференциатор и третий и четвертый формирователи, причем выход усилителя-ограничителя опорного канала соединен со входом первого элемента задержки, выход которого соединен со входами третьего формирователя и второго элемента задержки, выход которого соединен со входом четвертого формирователя, выход которого соединен с первыми входами первого и чётвертого управляющих триггеров, выходы -которых соединены с первыми входами соответственно первых и четвертых элементов И, а вторые входы первого и третьего управляющих триггеров соединены с выходом первого формирователя измерительного канала и первыми входами пятого и шестого элементов И, второй вход пятого элемента И соединен с выходом третьего формирователя, а выход - со вторым входом пятого управляющего триггера, первый выход которого соединен с третьим и вторым входами соответственно первого и второго элементов И, второй выход - со вторыми входами третьего и четвертого элементов И, а первый вход - с выходом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя опорного канала выход инвертора опорного канала соединен со входом третьего элемента задержки, выход которого соединен со входом второго формирователя опорного канала выход которого.соединен с

первыми входами второго и третьего управляющих триггеров, а выходы последних соединены с первыми входами второго и третьего элементов И, а второй вход второго триггера соединен с выходом второго формирователя измерительного канала и вторым входом четвертого триггера; второй вход индикатора соединен с выходом реверсивного счетчика, первый и второй входы которого соединены с выходами третьего и четвертого компараторов, причем второй вход третьего и первый вход четвертого компараторов соединены соответственно с источниками опорного напряжения +V , -V , а первый вход третьего и второй вход четвертого компараторов соединены с выходом дифференциатора, вход которого соединен с выходом фильтра и первым входом первого и вторым входом второго компараторов, а второй вход первого и первый вход второго компараторов соединены с источником опорного напряжения + V/2, а выходы первого и второго компараторов соединены соответственно со вторьыи входами седьмых и восьмых элементов И, первые входы которых соединены со вторьм выходом пятого управляющего триггера, а выходы - с первыми входами соответственно первых и вторых ключей, вторые входы которых соединены с источниками опорного напряжения соответственно , -Vo/2, а выходы со вторьм входом фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

а

иС

с

L

е i

Jl

9

(

/

H

/

1 rn

JU

UL

i

rn

m

-. i

j

JLJ:

pue2