Цифровой фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены к управляющим входам соответственно автоматического переключателя, ререрсив ного счетчика, цифрового индикатора и генератора квантующих импульсов С2 . Однако этот фазометр Обладает низким быстродействием, поскольку частота комг утаций выбирается значительно большей частоты входных сигналов и после измерительного пер ода коммутации для снятия отсчета с цифрового индикатора осуществляются холостые Такты автоматического пе реключателя. В фазометре существует низкочастотная погрешность дискретного преобразования, обусловленная некратностью периода исследуемого напряжения и времени измерения фазо вых сдвигов. Кроме того, фазометр н позволяет производить измерение фаз вых сдвигов разновременно существующих исследуемых напряжений. Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и расширение функциональных возможнос тей измерения фазовых сдвигов иссле дуемых напряжений. Указанная достигается тем, что в цифровой, фазометр, содержащий автоматический переключатель, выход которого через формирователь напряжения прямоугольной формы подключен к входу триггера, выход кото рого через элемент совпадения подкл чен к входу реверсивного счетчика, цифровой индикатор/ генератор квантующих Импульсов, блок управления, выходы которого подключены к управлякяцим входам автоматического перек чателя и реверсивного счетчика соот ветственно, делитель частоты, введены три дополнительных триггера, дополнительный элемент совпадения и счетчик, при этом выход триггера че рез первый и третий дополнительные триггеры подключен к входу блока уп равления, выход генератора квантующих импульсов через дополнительный элемент совпадения, выход которого через.делитель частоты, второй допо нительный триггер подключен к его ; .второму входу подключен ко второму входу элемента совпадения, к третьему и четвертому входам которого подключены выходы соответственно пе вого и третьего дополнительных триггеров, выход реверсивного счетчика через счетчик подключен к входу цифрового индикатора, выход перв го дополнительного триггера подключен к управляющим входам второго до полнительного триггера и счетчика. Ка фиг. 1. приведена структурная схема фaзoмeтpa на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства. Фазометр содержит,автоматический переключатель 1, формирователь 2 напряжения прямоугольной формы, . трипер 3, элемент 4 совпадения, дополнительный элемент 5 совпадения, генератор 6 квантующих импульсов, первый дополнительный триггер 7, реверсивный счетчик 8, второй дополнительный триггер 9, третий дополнительный триггер 10,счетчик 11, делитель 12 частоты,блок 13 управления, цифровой индикатор 14. Причем на первый и второй вход автоматического переключателя 2 подаются исследуемые сигналы, а его выход Через формирователь 2 подключен к входу триггера 3, выход которого через первый 7 и третий 10 дополнительные триггеры подключен к входу блока 13 управления, первый и второй выходы которого подключены К управляющим входам автоматического переключателя 1 и реверсивного счетчика 8 соответственно. К первому, третьему и четвертому входам элемента 4 совпадения подключены выходы триггеров 3, 7 и 10 соответственно, а к его второму входу через элемент 5 совпадения подключен выход генератора б квантующих импульсов. К второму входу элемента 5 совпадения через делитель 12 частоты, .триггер 9 подключен его выход. Выход элемента 4 совпадения через реверсивный счетчик 8, счетчик 11 подключен, к входу цифрового индикатора 14. Выход триггера 7 подключен к управляющим входам триггера 9 и счетчика 11. Фазометр работает следующим образом. Исследуемые входные сигналы (фиг. 2 a,(S) U UTsintLot-if); U-2. U stnCout-tf) (1) оступают на вход автоматического ереключателя 1, на управляющий вход оторого поступают .импульсы управления т блока 13 управления. При работе втоматического переключателя 1 с ча астотой Я (рис. 2,е) на его выходе ормируется непрерывное напряжение, одулированное по фазе с частотой оммутации (ujt-tf)-F((ait-.4)-F(i),41) f(i)| (v;;)at; i it f, n .Sin()«t F(tl-l --L J i л P Л..-. 1 л Напряжение (2) преобразуется в напряжение прямоугольной формы при помощи формирователя 2 (рис. 2, в) которое подается на.последовательно соединенные триггеры 3, 7 я 10. На выходе второго дополнительного триг гера 10 (рис. 2, е) формируется нап жение частоты комгчутации 62 , которое поступает на блок 13 управления и управляет его работой. При этом пер од коммутирующего напряжения в св зан с периодом коммутируемых напряжений Т следующей зависимостью )T, (i-) где m - целое положительное число, т 0. .В первый такт работы автоматичес го переключателя 1 на вход триггера 3 поступают напряжение прямоугольной формы, моменты перехода через нуль которого определяются следующи выражением ,0; Ц .(4) В другой такт работы автоматического переключателя 1 на вход три |Гера 3 поступает напряжение прямоуг шьной формы, моменты перехода через нуль которого определяются wVif2 0;ti (5) На выходе триггера 3 формируете Прямоугольное напряжение (рис. 2, длительность начального импульса которого.в первый такт работы автоматического переключателя 1. равн - , ,-% (6) а во второй такт .. На выходе первого дополнительного триггера 7 также формируется нап я«ение прямоугольной формы (рис.2,д длительность начального импульса которого во второй такт работы авто .матического переключателя 1 равна j;«-T+- Т+1: . (в) На выходе третьего дополнительного триггера 10 формируется напряж ние прямоугольной формы (рис. 2, е длительность импульса которого в первый такт работы автоматического переключателя 1 равна

е-., i)

а во второй такт

Q. () ОО)

Таким образом, период коммутации складывается из двух полупериодов.

60

В следующий такт работы автоматического переключателя

(IM

(Т + tr)f.

N

При реверсировании счетчика 8 с 65 частотой 5 в моменты переключения авдлительность которых зависит не только от частоты входных сигналов, но и от фазового сдвига между этими сигналами. Кроме того, при Ч-Ч 180 длительности полупериодов коммутации становятся равными, при фазовых сдвигах, меньших 180°9 0, а при фазовых сдвигах, больших , что дает возможность автоматически индицировать знак фазового сдвига. Выходные напряжения триггеров 3, 7 и 10.поступают на входы элемента 4 совпадения и открывают его только на моменты времени, равные t в первый такт работы автоматического переключателя 1 и t| - во второй такт работы (рис. 2, к). На этот же элемент совпадения поступают от генератора 6 квантующих импульсо-в следующие с высокой частотой повторения f квантующие импульсы. С выхода элемента 4 совпадения на реверсивный счетчик 8 за время одного периода коммутации поступают пачки квантующих импульсов, количество которых определяется (рис. 2, з) .N ft , N f г, (П) Время измерения Т|, ограничивается с помощью дополнительных элемента 5 совпадения и второго триггера 9, а также делителя 12 частоты. Количество пачек квантующих импульсов, проходящих на выход элемента 4 совпадения , определяется п 2«Тц Выходное напряжение триггера 7 поступает на вход триггера 9 и опро кидывает его в моменты времени, сдвинутые во времени относи.тельно импульсов коммутации на постоянную, зависящую от частоты входных исследуе1 лх напряжений, величину, т.е. триггер 7 формирует импульс запуска. Триггер 9 открывает элемент Ь совпадения, и рт генератора 6 квантующих- импульteoB на элемент 4 совпадения и делитель 12 частоты и поступают квантующие импульсы. Сигнал триггера 7 также сбрасывает на нуль показания счетчика 11.. После прохождения заранее заданного числа квантующих импульсов N, кратного 360° , делитель 12 частоты выдает на триггер 9 сигнал, элемент 5 совпадения закрывается и процесс измерения прекращается. На реверсивный счетчик 8 в первый такт работы коммутатора поступает число импульсов --) f. (13) томатического переключателя, что о печивается блоком 13 управления, ч ло импульсов, накопленных реверсив ным счетчиком 8 за один период ком тации .-N N где Ч- - 4-2 ; F - частота исследуемых напряжений. Количество периодов коммутации время измерения п . р Так как 5 2РТи 2ПТТТ Пачки импульсов (15) с выхода реверсивного счетчика 8 поступают на вход счетчика 11. Таким образом ойцее количество импульсов, сосчитанное счетчиком 11 равно .И5М- (mH.).,,j,oO-.nitl..goO При ffl 2 (что соответствует ра сматриваемой схеме) формула (18) преобразуется иэм полученного выражения следует, что выбрав надлежащее соотношение между частотой следования кв тующих импульсов f и временем измерения Т, можно получить отсчет N„3, соответствующий величине изме емого фазового сдвига Ч . Таким образом, технико-экономич кие преимущества предлагаемого циф рового фазометра по сравнению с известным, заключается в более выс кой точности измерения фазовых сдв гав, которая достигается за счет с хронизации момента запуска с часто исследуемых напряжений, более высо быстродействии измерения фазовых сдвигов, которое достигается за сч уменьшения времени изглерения и повы шения частоты коммутации по сравне нию с частотой исследуемых напряже ний. Кроме того, предлагаемый цифров фазометр имеет более широкие функционапьные возможности, что достигается обеспечением возможности измерения фазовых сдвигов двух равномерно существующих исследуег«лх напряжений . Формула изобретения ЦифровЪй фазометр, содержащий автоматический переключатель, выход которого через формирователь напряжения прямоугольной формы подключен к входу триггера, выход которого через злемент совпгшения подключен к входу реверсивного счетчика, цифровой индикатор, генератор квантующих импульсов, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам автоматического переключателя и реверсивного счетчика соответственно, делитель частоты, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и . расширения функциональных возможностей измерения фазовых сдвигов исследуемых напряжений, введены три дополнительных триггера, дополнительный элемент совпадения и счетчик, причем выход триггера через последовательно соединенные первый и третий дополнительные триггеры подключен к входу блока управления, выход генератора квантукадих импульсов через дополнительный элемент совпадения, выход которого через последовательно соединенные делитель частоты, второй дополнительный триггер подсоединен к его второму входу, подключен к второму входу элемента совпадения, к третьему и четвертому входам которого подключены выходы соответственно первого и третьего дополнительных триггеров, выход реверсивного счетчика через счетчик подключен к входу цифрового индикаторов, выход первого дополнительного триггера подключен к управлякядим входам второго дополнительного триггера и счетчика. Источникиинформации, принятые во внимание при Экспертизе 1.Смирнов П.Т. Цифровые фазометры. М., Энергия, 1974, с. 33, рис. 13. 2.Скрипник Ю.А. Коммутационные цифровые измерительные приборы. М., Энергия, 1973, с. 73-77, рис. 3-1, 3-2, 3-3.

-4

47