Инфранизкочастотный фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к инфранизкочастотным фазометрам, формирующим результат измерения в виде аналогового сигнала, знак которого зависит от знака измеряемой разности фаз, и может быть использовано для оснащения испытательных стендов, в системах фазового регулирования, а также как вторичные преобразователи.

Известен фазометр, в качестве ключевой цепи в котором используется триггер, управляемый остроконечными импульсами, формируемыми в моменты перехода через ноль сигналов, сдвиг фаз между которыми измеряется.Среднее значение тока прямоугольного импульса, формируемого триггером, прямопропорционально сдвигу фаз. Ток измеряется стрелочным прибором СИ.

Недостатком указанного фазометра является то, что выходной сигнал прибора нельзя использовать для дальнейшей автоматической обработки. Быстродействие измерения мало и нельзя измерять сдвиг фаз при инфранизких частотах. При изменении знака разности фаз, такая схема не работает.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является инфранизкочастотний фазометр содержацип в двух каналах последовательно соединенные усилитель-ограничитель, формирователь временного интервала, схему совпадения, злектронный счетчик и блок памяти, автогенератор высокостабильных колебаний, соединенный через делитель частоты, управляемый схемой управления, с вторыми входами названных схем сов10падений и индикатор, и снабженный источником опорного напряжения, делителем напряжения, реле включения делителя, блокинг-генератором, нульиндикатором и двумя дискретными ре15зисторами 21..

Известное устройство выдает результат измерения в аналоговой форме, но оно не работает, если меняется знак разности фаз, так каЛ из20менение знака разности фаз выражается в форме- скачка от нуля до максимума выходного сигнала. Быстродействие устройства занижено, так как после основного измерения (длитель25ности периода и длительности запаздывания) выполняется растянутое во времени дополнительное измерение (получение фазового угла из измеренных времен). Устройство имеет малый

30 частотный диапазон, так как схема управления делителя частоты не связана с входными сигналами. В результате это приводит к большой погрешности измерения при изменении частоты входного сигнала. Цель изобретения - увеличение быстродействия и точности измерения Указанная цель достигается тем, что в инфранизкочастотный фазометр, содержащий два формирователя, выходы которых соединены через блок управле ния с соответствующими входами триггера, выход которого подсоединен к первому входу элемента совпадения, к второму входу которого подключен выход генератора при этом выход элемента совпадения соединен с вхо-. дом счетчика, а выходы последнего с входами первого блока памяти,, а также второй блок памяти и источник напряжения,, дополнительно введены дв преобразователя цифра-аналог, сумматор, блок знака, блок коммутации знака, усилитель, три резистора, третий формирователь и две дифферен.цирующиб цепи, причем выходы формирователей через диффетренцирующие цеп подсоединены к соответствующим входа управления первого блока памяти и входам блока знака одновременно, а третий вход блока знака соединен с вторым выходом блока управления и входом третьего формирователя одновременно, а выход последнего соеди-нен с входами управления второго бло ка памяти и преобразователей цифра аналог, при этом два выхода блока знака подсоединены к соответствующим входам второго блока памяти, подключенного выходом к входу управления блока коммутатора знака, вход которого подсоединен к выходу, источника напряжения, а выход через первый преобразователь цифра-аналог - к пер вому входу сумматора и первому резис тору одновременно, причём выход первого резистора соединен с входом усилителя, а последний - через резисторы с своим выходом и выходом второго преобразователя,цифра-анало первый вход которого подсоединен к выходу усилителя, а остальные входы к соответствующим выходам счетчика, кроме того, выход второго преобразователя цифра-аналог соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом прибора, причем вхо управления счетчика подключей к пер вому выходу блока управления, а выходы первого блока памяти - к соответствующим входам первого преобразо вателя цифра-аналог. При этом блок управления включает в себя элемент ИЛИ и элемент совпаде ния, выходы которых являются выходами блока управления, а первые входы элементбв так же, как и вторые вхоы, объединены и являются соответстующими входами блока управления. Блок зннка включает в себя два лемента совпадения, выходы которых оединены с входами триггера, первые ходы элементов совпадения объединеы и являются третьим входом блока нака, а вторые - первым и вторым вхоами блока знака. Блок коммутации знака состоит из ифференциального усилителя, инверсный вход которого соединен через первый резистор с выходом усилителя и ькодом блока коммутации знака, а ерез второй.резистор -с входом блока коммутации знака, с которым через , третий резистор соединен прямой вход усилителя, к которому подключен четвертый резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной через параллельно включенные пятый резистор и ключ, вход управления которого соединен с входом управления блока коммутации знака. На фиг.1 приведена структурная схема фазометра; на фиг.2 - эпюры сигналов на выходах узлов. Фазометр содержит формирователи 1 и 2, блок 3 управления, дифференцирующие цепи 4 и 5, триггер б, счетчик 7, блок 8 знака, третий форммирователь 9, элемент 10 совпадения, генератор 11, вырабатывающий импульсы напряжения постоянной частоты. Выходы разрядов счетчика 7 соединены с входами блока 12 памяти, входы управления которого соединены с выходами дифференцирующих цепей 4 и 5 и входами (первым и вторым) блока 8 знака. Выходы блока 8 знака соединены с входами блока 13 памяти, выход которого подключен к входу управления блока 14 коммутатора Знака, соединенного входом с источником 15 напряжения (постоянного по величине и знаку), а выходом с входом преобразователя 16 цифра-аналог, другие входы которого соединены с выходами блока 12 памяти. Выход первого преобразователя 16 цифра-аналог соединен с одним входом cytviMaTOpa 17 и резистор 18с входом усилителя 19. Вход усилителя 19 соединен через резистор 20 со своим выходом и входом второго преобразователя 2J. цифра-аналог, выход которого соединен через резистор 22 с входом усилителя 19 и вторым входом сумматора 17, выход которого соединен с выходом устройства. Другие входы второго преобразователя 21 цифра-аналог соединены с частью выходов счетчика 7. Выход формирователя 9 соединен с входами управления блока 13 памяти, преобразователей 16 и 21. Блок 3 управления состоит из элемента 23 ИЛИ и элемента 24 совпадени Блок 8 знака состоит из двух элементов 25 и 26 совпадения, триггера 27 Блок 14 коммутатора знака включает в себя усилитель 28 дифференциаль ный, соединенный выходом с выходом блока 14, связанного через первый ре зистор 29 с инверсным входом усилите ля 28. Инверсный вход усилителя 28 соединен через второй резистор 30 с входом блока 14 коммутатора знака, к которому через третий резистор .31 подключен прямой вход усилителя 28 дифференциального. Прямой вход усили теля 28 дифференциального соединен через четвертый резистор 32 и через параллельное соединение пятого резис тора 33 и ключа 34 с общей шиной. Вход управления ключа 34 соединен с входом управления блока 14. Устройство работает следующим образом. Формирователи 1 и 2 вырабатывают из входных сигналов устройства последовательности прямоугольных им пульсов с длительностью Т и периодом повторителя 2Т (Т- период повторителя входных сигналов). Их выходные сигналы и и U|j. Блок 3 управления вырабатывает два сигнала, получаемых логическим сложением на элементе ИЛИ 23 (,) и логическим умножением на элементе 24 совпадения (UQ Триггер 6 управляется положительным перепадом Uijo, и отрицательным перепадом сигнала U(j. Длительность сигнала на выходе триг гера 6 (и) равна Т, и его начало синхронизировано с началом ранее по являющегося сигнала на выходах форм рователей 1 или 2. При наличии импу са на выходе триггера 6 через схему 10 от генератора 11 на счетчик 7 проходят импульсы напряжения с пост янной частотой f , . При изменении состояния триггера 6 счетчик 7 останавливается и сохра няет состояние до момента, пока U не обратится в ноль. При этом проис ходит сброс счетчика 7. Дифференцирующие цепи 4 и 5 вырабатывают короткие импульсы напряжения в моменты положительных периодов напряжени и 1 и и 0 соответственно. Если сигнал и ,, появляется позже U(, то на выходе элемента 25 совпадения - ноль, а на выходе элемента 26 совпадения есть импульсы. При изменении соотно ния между моментами появления сигна лов и ,, и и г изменяется состояние триггера 27 (Пг ), характеризующее знак разности фаз входных сигналов устройства. Импульсы с выходов дифференцирую щих цепей 4 и 5 служат командой на введение в блок 12 памяти числа, тсчитанного в данный момент счетчиом 7. При втором (из серии в два импульа) импульсе в блоке 12 памяти запиывается число п f ...-Г(1) де - время между моментами начала сигналов и и f - частота генератора 11.. Отрицательным перепадом сигнала запускается формирователь 9, выабатывающий импульс Од команды пеезаписи. При этом в блок 13 памяти водится сигнал с триггера 27, являюийся информацией о знаке разности аз, из блока 12 памяти в память пребразователя 16 вводится число п из четчика 7, с части его разрядов в амять преобразователя 21 вводится исло т, определяемое выражением m f,,. Т-С,(2) где С - постоянная величина. Сигнал на выходе блока 13 памяти правляет знаком выходного сигнала лока 14 следующим образом. Напряжеие на выходе блока 14 при разомкнуом ключе 34 описывается выражением Кэо (R 4+R3i )-R ЗУ Rgg RiO (R-i-t+R п+Къз) де ( - постоянное напряжение на выходе источника 15; 31з2 сопротивление резисторов 29-33 соответственно. При замкнутом ключе 34 напряжеие на выходе блока 14 п -п R Rig НЗ 15 R (R +) сли принять, например, что n - и -и .,.., 11+4-1 , , и.д .--, { S) 5 , f 1 +fl4d где dl- число, выбираемое из конструктивных соображений. Коммутация ключа 34 производится по команде, получаемой от блока 13 памяти. Следовательно, изменение знака разности фаз вызывает изменение знака напряжения на выходе бло ка 14. Напряжение на выходе преобразователя 16. описывается выражением . где , - масаяабный коэффициент преобразователя 16. Напряжение на выходе усилителя 19 и -Ь . RISL + Un . 1, (7) 19 rib R,e 1 RilV - напряжение на выходе преобразователя 21;

ift ппКпп сопротивление реэис10 14

торов 18, 20 и 22 соответственно.

Напряжение на выходе преобразовате21

и, .m.,(8) 5

kij - масшабный коэффициент преобразователя 21.

С учетом выражений (6)-(8) полу м

(9)

0.1 -Ч 16

1 + |ао.. RII Ч-1

Напряжение на выходе сумматора 17

равно

10) 15

U,(U,.k,.,, где ,. м-Ч масшабные ко циенты сумма 17. С учетом (9) получаем V 1 Y. м ( K().ii. Если выполнить условие k . i - k . - Rai п -Ui6Представив в (13) выражения (1 и (6), получаем ЛЬ П-О. П- Ч «ад о п оГо +5.-1--б Xnrt Кпл Кл Если принять, что k 46- , V с, Rao , т Т.О Ul4-k,v Так как величина т пропорцио на 2Si иГпропорционально разнос фаз ч, то выражение (16) соотве вует П W П 23Т Условия (12) и (15) выполним следовательно, устройство измер разность фаз и формирует анало сигнал, пропорциональный ее вел не и имеющий соответствующий зн Точность устройства повышена счет цифрового измерения дггител ти периЬда и времени запаздыван

и использование преобразователей цифра-аналог, технология и серийное изготовление узлов которых налажено.

Быстродействие устройства по сравнению с известныьш возрастает, так как результат измерения появляется сразу после окончания длительности периода и сохраняется до следующей команды на ввод числа в преобразователи цифра-аналог. Получение выходного знакопеременного сигнала позволяет использовать устройство в системах измерения крутящего момента и системах регулирования, что расширяет его область применения. Формула изобретения 1. Инфранизкочастотный фазометр, содержащий два формирователя, выходы которых соединены через блок управления с соответствующими входами триггера, выход которого подсоединен к первому входу элемента совпадения, к второму входу которого подключен выход генератора, при этом выход элемента совпадения соединен со входом счетчика, а выходы последнего - с входами первого блока памяти, а также второй блок памяти и источник напряжения, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности измерения, в него дополнительно введены два преобразователя цифра-аналог, сумматор, блок знака, блок коммутации знака, усилитель, три резистора, третий формирователь и две дифференцирующие цепи, причем выходы формирователей через дифференцирующие цепи подсоединены к соответствующим входам управления первого блока пагляти и входом блока знака одновременно, а третий вход блока знака соединен с вторым выходом блока управления и входом третьего формирователя одновременно, а выход последнего соединен с входами управления второго блока памяти и преобразователей цифра-аналог, при этом два выхода блока знака подсоединены к соответствующим входам второго блока памяти, подключенного выходом к входу управления блока коммутатора знака, вход которого подсоединен к выходу источника напряжения, а выход через первый преобразователь цифра-аналогк первому входу сумматора и первому резистору одновременно, причем выход первого резистора соединен с входом усилителя, а последний - через резисторы с своим выходом второго преобразователя цифра-аналог одновременно, первый вход которого подсоединен к выходу усилителя, а остальные входы - к соответствующим выходам счетчика, кроме того, выход второго

преобразователя цифра-аналог соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом прибора, причем вход управления счетчика подключен к первому выходу блока управления, а выходы первого блока памяти - к соответствующим входам первого преобразователя цифра-аналог.

2.Фазометр по п,1, отличающий с я тем, что блок управления включает в себя элемент ИЛИ и элемен совпадения, выходы которых являются выходами блока управления, а первые входы элементов так же, как и вторые входы, объединены и являются соответствующими входами блока управления

3.Фазометр по п.1, отличающий с я тем, что блок знака включает в себя два элемента совпадения, выходы которых соединены с входами триггера, первые входы элементов совпадения объединены и являются третьим входом блока знака, а вторые - первым и вторым входами блока знака.

4. Фазометр по п.1., отличающийся тем, что блок коммутации знака включает в себя дифференциальный усилитель, инверсный вход которого соединён через первый резистор с выходом усилителя и выходом блока коммутации знака, а через второй резистор с входом блока коммутации знака, с которым через третий резистор соединен прямой вход, усилителя, к которому подключен четвертый резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной через параллельно включенные пятый резистор и ключ, вход управления которого соединен с входом управления блока коммутации знака.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Галахова О.П. и др. Основы фазометрии. Л., Энергия, 1976,

с. 140-141,

2.Авторское свидетельство СССР 351177, кл. G 01 R 25/08, 1972.

-€И

«/Г

Уг 13 . 1 I 11 Uiu . - - r %t t/z. «/.,,.LJ

iuz.i If i t