Двухполупериодный цифровой фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых фазометрических устройствах.

Известен двухполупериодный цифровой фазометр с постоянным измерительным временем , содержащий в каждом из двух каналов два формирователя импульсов, последовательно соединенные триггер и элемент совпадения соответствующего полупериода, общие для двух каналов последовательно соединенные элемент ИЛИ, элемент совпадения, счетчик и последовательно соединенные генератор счетных импульсов, формирователь квантующих импульсов, делитель частоты и триггер, задающий измерительное время, причем входы элемента ИЛИ подключены к выходам элемента совпадения соответствующих полупериодов, вторые входы которых соединены с выходами формирователя квантующих импульсов, а вторс(й вход с элемента совпадения счетчика подключен к выходу триггера, задающего измерительное время, при этом фазометр снабжен двумя идентичными элементами задержки и коммутирующим устройством, причем входы первого и второгс элементов задержки подключены

соответственно к выходу входного формирователя импульсов по переходу сигнала от плюса к минусу первого канала и к выходу фop Iкpoвaтeля по переходу сигнала от минуса к плюсу второго канала, а выход первой линии задержки подключен к одному из входов триггера, формирующего импульсы по переходам сигнала от плюса к минусу,

10 второй вход этого триггера соединен с выходом формирователя импульсов второго канала по переходам сигнала от плюса к минусу, выход второй линии задержки соединен с одним из входов

15 триггера, формирующего импульсы ло переходам сигналов от минуса к плюсу, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов первого канала по переходам сигнгша от мину20са к плюсу tl).

Недостатком известного устройства является низкая точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухполупериодный цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий четыре формирователя импульсов, попарно подключенные к двум входам фазометра, элементы И, первы30ми входами подключенные к выходам формирователя импульсов, вторыми вхо дами попарно подключенные к раздельным выходам первого триггера, а выходами попарно подключенные к двум элементам ИЛИ, при этом выхода эле,ментов ИЛИ через последовательное соединение второго триггера и пятого элемента И подключены к входу первого счетчика, второй вход пятого элемента И через шестой элемент И подключен к генератору счетных импульсо а также непосредственно к входу второго счетчика, выход которого подклю чен к первому входу третьего триггер вторым входом через элемент задержки соединенного с входом первого тригге ра 2. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения фазовых сдвигов при пониженном быстродействии.-. Цель изобретения - повышение точности измерения при одновременном по вышении быстродействия. Указанная цель достигается тем, что в фазометр, содержащий четыре формирователя импульсов, попарно подключенные к двум входам фазометра элементы И, первыми входами подключенные к вьдходам формирователей импульсов, вторыми входами попарно сое диненные с раздельными выходами первого триггера, а выходами попарно .подключенные к двум элементам ИЛИ, при этом выходы элементов ИЛИ через последовательное соединение второго триггера и пятого элемента И подключены к входу первого счетчика, второй вход пятого элемента И через шес той элемент И подключен к генератору счетных импульсов, а также непосредственно к входу второго счетчика, вы ход которого подключен к первому вхо ду третьего триггера, введены седьмой и восьмой элементы К, третий элемент ИЛИ и четвертый триггер, при чем первый вход седьмого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход эт.ого элемента И (седьмого) подключен к выходу третьего триггера, выход этого элемента И подключен к первому входу.четвертого триггера, выход которого под ключен к шестому элементу И, а второ вход совместно с первым входом восьмого элемента И подключен к выходу второго счетчика, при этом второй вход восьмого элемента И под1слючен к одному из выходов первого триггера, а выход этого элемента И через третий элемент ИЛИ подключен к входу первого триггера и через элемент задержки к входу четвертого триггера, причем второй вход третьего элемента ИЛИ является входом запуска фазометра . На чертеже приведена Структурная схема фазометра. Двухполупериодный цифровой фазометр содержит четыре формирователя 1-4 импульсов, формирующие короткие импульсы в момент перехода исследуемых напряжений через нуль и попарно подключенные к двум входам фазометра, четыре элемента И 5-8, первыми входами подключенные к формирователям 1-4 импульсов, а вторыми входами попарно соединенные с раздельными выходами триггера 9. Выходы элементов И 5-8 попарно подключены к двум элементам ИЛИ 10 и 11, подключенным к раздельным входам триггера 12, выход которого через элемент И 13 подключен к счетному входу счетчика 14 результата . Второй вход элемента И 13 через логический элемент И 15 подключен к выходу генератора 16 счетных импульсов и соединен непосредственно со счетным входом счетчика 17, выход которого соединен с первыми входами триггеров 18 и 19 и элемента И 20. Выход триггера 18 подключен к второму входу элемента И 15, второй вход триггера 18 через элемент И 21 подключен к выходу элемента ИЛИ 10. Второй вход элемента И 21 подклю- ен к выходу триггера 19, второй вход которого через элемент 22 задержки подключен к счетному входу триггера 9 и к выходу элемента ИЛИ 23, первым входом соединенного с входом пуска фазометра, а вторым входом с выходом элемента И 20, второй вход которого соединен с одним из выходов триггера 9. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии после включения формирователей 1 и 3 импульсов формируют короткие импульсы по переходам исследуемых напряжений через нуль от минуса к плюсу, а формирователи 2 и 4 импульсов форЙируют короткие импульсы по переходам исследуемых напряжений через нуль от плюса к минусу. Импульсы с выхода формирователей 1-4 поступают соответственно на входы элементов И 5-8. В зависимости от состояния триггера 9 короткие, импульсы проходят одновременно либо через элементы И 5 и 7, либо через элементы И 6 и 8. С выходов элементов И5 и6 через элементИЛИ 10, а с выходов элементов И 7 и 8 через элемент ИЛИ 11- короткие импульсы, соответствующие переходам исследуемых напряжений через нуль, поступают на входы триггера 12, который формирует прямоугольные импульсы напряжения с длительностью, равной временному сдвигу между одноименными переходами исследуемых напряжений через нуль. При этом передние, фронты выходных импульсов триггера 12 определяются импульсами на выходе элемента ИЛИ 10, а задние - импульсами на выходе элемента ИЛИ 11. Эти импульсы поступают на вход элемента И, 13. Генератор счетных импульсов 16 вырабатывает короткие импульсы, следую дие с .вы сокостабильным периодом и поступающие на первый вход элемента И 15. Счетчики 14 и 17 находятся в исходном нулевом состоянии. Исходное состояние триггера 18 и 19таково, что напряжение на их выходах, соединеных соответственно с логическими элементами И 15 и 21, отсутствует. Для установления счетчиков 14 и 17 и тригг ров 18 и 19 может использоваться специальная схема установки устройства в исходноесостояние, которая для упрощения на чертеже не показана. Фазометр запускается сигналом, поступающим с входа Пуск на элемен ИЛИ 23. Этот сигнал поступает на счетный вход триггера У, переключая триггер 9, а также на вход элемента 22 задержки. Эта задержка нужна для обеспечения предварительного сброса на нуль счетчика результата, что можно обеспечить, соединяя вход уста новки в нуль счетчика 14 с выходом элемента ИЛИ 23. .После задержки в элементе 22 сигнал пуска поступает на вход триггера 19, который перебрасывается и вырабатывает разрешающее напряжение на своем выходе, соединенном с элементом И 21. Первый же импульс с выхода элемента ИЛИ 10, поступающий на вход логического эле{ 1ента И 21, проходит через него и по дается на единичный вход триггера 1 Триггер 18 перебрасывается, и на его выходе, соединенном с элементом И 15, появляется разрешающее напряжен в результате чего импульсы с генера тора счетных импульсов через элемент И 15 поступают на счетчик 17 и на элемент И 13. Допустим, что после запускающего импульса триггер 9 оказывается в таком положении, что на выход элементов ИЛИ 10 и 11 проходят импульсы с формирователей 1 и 3 импульсов и не проходят импульсы с выхода формирователей 2 и 4 импульсов. При этом триггер 12 вырабатывает прямоугольные импульсы, по длительности соответствующие длительности интерв лов между переходами через нуль исследуемых напряжений от минуса к плю су. Эти прямоугольные импульсы, поступая на элемент И 13 обеспечивают на его выходе, а следовательно, на входе счетчика 14 результата пачки импульсов. Одн овременно импульсы с генератора 16 счетных импульсов через элемент И 15 поступают на счетный вход счетчика 17. Емкость счетчика выбирается такой, что время его заполнения импульсами генератора 16 счетных импульсов равно половине измерительного времени фазометра. По истечении этого времени на выходе счетчика 17 появляется импульс переполнения, который поступает на нулевые входы триггеров 18 и 19, в результате чего на выходах этих триггеров, соединенных с элементами . И 15 и 21, напряжение исчезает и поступление импульсов генератора 16 на элемент И 13 и на счетчик 17 прекращается. Одновременно сигнал переполнения с выхода счетчика 17 поступает на вход элемента И 20. Поскольку на выходе триггера 9, соединенном с вторым входом элемента И 20, продолжает присутствовать напряжение, этот сигнал проходит на выход элемента И 20 и через логический элемент ИЛИ 23 поступает на вход триггера 9. Триггер меняет свое состояние, запирает элементы И 5, 7 и 20 и открывает элементы И 6 и 8. На выход элементов ИЛИ 10 и 11 проходят импульсы с формирователей 2 и 4 импульсов и не проходят сигналы с формирователей 1 и 3 импульсов. Начиная с этого момента времени, фазометр готов работать по однополупериодной схеме по переходам исследуемых сигналов через нуль от плюса к минусу. Одновременно с поступлением сигнала на вход триггера 9 импульс с выхода элемента ИЛИ 23 после задержки в элементе 22 задержки поступает на единичный вход триггера 19, в результате чего на его выходе, связанном с элементом И 21, появляется разрешающее напряжение. Как и в предыдущем цикле работы, .непосредственное измерение начинается после поступления на вход элемента И 21 первого же импульса с выхода элемента ИЛИ 10. Этот сигнал, проходя через элемент И 21 на единичный вход триггера 18, перебрасывает триггер 18 в такое состояние, при котором на его выходе, соединенном с элементом И 15, появляется разрешающее напряжение. Импульсы с генератора 16 поступают на счетчик 17, формируя вторую половину измерительного интервала, и на элемент К 13, который формирует на выходе пачки импульсов. Счетчик 14 подсчитывает прошедшие через логический элемент И 13 импульсы в течение обоих циклов работы, составляющих в сумме полный измерительный интервал. Выбором частоты генератора 16 счетных импульсов и емкости счетчика 17 можно добиться, чтобы результат измерения выражался непосредственно в единицах измеряемой величины. Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый фазометр обладает повышенной точностью и повышенны быстродействием. Новые элементы и связи, введенные в устройство, дают возможность формировать начеша обеи половин измерительного интервала не в произвольный момент времени по от ношению к пачкам подсчитываемых импульсов на входе счетчика результата, а в строго определенный момент момент начала такой пачки. Формирование начала измерительных интервалов в начале пачки импульсов исключает дополнительные погрешности измерения, возникавшие в известном ус ройстве за счет рассекания первой пачки импульсов началом измерительн го интервала. Быстродействие устрой ства повышается за счет максимально го сближения сигналов конца первой половины и начала второй половины измерительного интервала. В предлагаемом устройстве эти сигналы практически совмещены, тогда как в известном устройстве временной сдвиг между пусковыми импульсами должен превышать сумму задержки (в элементе 22) и половины измерительного интервала. Формула изобретения Двухполупериодный цифровой фазо.метр, преимущественно с постоянным измерительным временем, содержащий четыре формирователя импульсов, попарно подключенные к двум входам фазометра, четыре элемента И, первыми входами подключенные к выходам формирователей импульсов, вторыми входами попарно соединенные с раздельными выходами первого триггера, а выходами попарно подключенные к двум элементам ИЛИ, и еще два эле- , мента И, при этом выходы элементов ИЛИ через поспедовательное соединение второго триггера и пятого элемента И подключены к входу первого счетчика, второй вход пятого элемента И через шестой элемент И подключен к генератору счетных импульсов, а также непосредственно к входу второго счетчика, выход которого подключен к первому входу третьего триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном повышении быстродействия, в него введены седьмой и восьмой элементы И, третий элементИЛИ и четвертый триггер, причем первый вход седьмого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход седьмого элемента И подключен к выходу третьего триггера, выход этого элемента И подключен к первому входу четвертого триггера, выход которого подключен к шестому элементу И, а второй вход совместно с первым входом восьмого элемента И подключен к выходу второго счетчика, при этом второй вход восьмого элемента И подключен к одному из выходов первого триггера, а выход этого элемента И через третий элемент. ИЛИ подключен к входу первого триггера и через элемент задержки к входу триггера, причем второй вход третьего ИЛИ является входом запуска фазометра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 447641, кл. G 01 R 25/00, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 359608, кл. G 01 R 25/00, 1973.