Фазочувствительный преобразователь напряжение-цифровой код

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ636798 Союз Советсиик Социааистнчесиик Респубпик(45) Лата опубликования описания 051278( 03 К 13/2 Государственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийн открытий 3) У ДК 681. 32 5(72) Автор изобретения И.М ро я лм Г г "., .и Институт геофизики уральского научтервал време 1 псчетчика имо счетчика,пряжением )11 .,о устройстваежность преобительные пр ы подобного Изобретение относится к области электрических измерений в диапазонах инфранизких и энуковых частот. Может использоваться при экспериментальнсм определении амплитудно-фазовых харак теристик четырехлолюсникон, при акустических измерениях, исследованиях в области систем автоматического управления и регулирования, геофизике, биофизике и т.д. Непосредственное назна чение устройства - преобразонание в цифровой код составляющих гармонического напряжения, одна иэ которых синфазна первой гармонике опорного сигнала, а другая находится с ней в кнадратуре.Известны цифровые измерительные приборы и преобразователи с промежуточным приращением входной величины в пропорциональное ей приращение частоты импульсной последовательности, содержащие частотный измерительный преобразователь, смеситель частот, генератор опорной частоты и счетчики импульсов.Характеристики получаемой при этом последовательности импульсов, связанные с соответствующими параметрами сигнала, находят путем подсчета по определенному алгоритму числа имлульсон за фиксированный инс помощью суммирующегопульсов или реъерсинногуправляемого входным наНедостаток известногсравнительно низкая надразования.Известны и фаэочувстобраэователи и вольтметвида. В основные узлы известного устройства входят измерительный частотныйпреобразователь, подключенный черезсмеситель частоты, второй вход которого соединен с выходом вспомогательного автогенератора, два элемента Ии два реверсинных счетчика импульсов.Режимы работы последних (суммированиеили вычитание) задаются формиронателем ортогонапьных напряжений, подключенным к задающему генератору 2,Известное устройство имеет ряднедостатков: повьдаенную сложность ималую надежность, обусловленные присутствием в его составе реверсивногосчетчика импульсов, который ло сравнению с простым суммирующим счетчикомлри одинаковом быстродействии имеетболее сложную схему и меньшую надежность,636798Цель предлагаемого изобретения упрощение известной конструкции Фазочувствительного преобразователя напряжение - цифровой код и увеличение ее надежности путем введения в устройство асинхронного счетчика импульсов.Она достигается тем, что в фазочувствительный преобразователь напря жение-цифровой код, содержащий задающйй генератор,подключенный к формирователю ортогональных напряжений, автогенератор, измерительный частотный преобразователь, подсоединенный )О через смеситель частоты и два элемента И к двум счетчикам импульсов, введены делитель частоты, триггеры и инвертор, причем делитель частоты включен между автогенератором и смесителем частоты, управляющий вход делителя частоты через триггер соединен с выходом формирователя ортогональных напряжений, подключенным к входу одного из элементов И непосредствен,но, а к входу другого элемента И через инвертор.На фиг. 1 дана структурная схема предлагаемого преобразователя; фиг. 2 иллюстрирует его работу.Фазочувствительный преобразователь25 содержит измерительный частотный преобразователь 1, смеситель 2 частоты, элемент И 3 и 4, счетчики 5 и б импульсов, автогенератор 7, делитель 8 частоты с переменным коэффициентом деления, инвертор 9, двоичные триггеры 10 и 11, формирователь 12 ортогональных напряжений, задающий генератор 13. Вспомогательный триггер 10 необходим лишь длч пояснения функционирования устройства при определении, например, характеристик четырехполюсников.При работе преобразователя на его ВХОД ПОДаЕтСЯ НаПРЯжЕНИЕ 0(ЯЛ,)=О,с,510 40 (а 1+9) (эпюра 14 (фиг. 2), где Я -рабочая частота и с/с- фазовый уголмежду исследуемым напряжением и первой гармоникой опорного сигнала, вырабатываемого Формирователем 12.Преобразователь 1 превращает напряжение О (Я.1) в последовательность 45импульсОв с частОтойсО(Я )=с/сос"+КО эе (Я 1+9) (эпюра 15 с Фиг. 2) .Здесь жо и К - соответственно центральная частота и Крутизна модуляционной характеристики преобразова теля 1.Формирователь 12 генерирует напряжение Е 2 МИ+ссс гя.С(эпюра 16 Фиг, 2), управляющес 5 триггером 11 (использовано обозначение Ол 5 усо 5 Х), Выходной 55 сигнал триггера 5 п+сс,й )-5 уяяо(М+сс Ю (эпюра 17, фиг. 2) задает коэффициент деления делителя 8 частоты таким образом, что, например, при зь (бИ+%4)О на вход смесителя 2 подводится часто та сЕ /., а ПОИ эи(Я 1 /41- ЧаСтста юд (зпюра 18, фиг, 2). Пусть, нас)примерсю-о=щс-,во=аКО,тогда частота 65 4цо(Я+) выходного сигнала смесителя 2 изменяется во времени в соответствии с эпюрой 19 Фиг, 2.С помощью элемента И 3, управляемого напряжениеме(ЯЯ 1) из выходного сигнала смесителя 2 вырезаются пачки импульсов (эпюра 20, Фиг. 2), поступающие затем на вход счетчика 5 импульсов. Приращение й; числа, накапливаемого счетчиком 5 за один период рабочей частотыЖйь Й/4 Я И. = - (сс (аде(гж)Ж" -ю КО 5 й(Мж 3о сро оЮясЮо/гц спзависит от искомой мнимой компоненты входного напряженияОи 51 и 9 . В свою очередь элемент И 4 выделяет из сигнала:смесителя пачки импульсов с частотой 0,5 цссс(Я 1) . (1-Сп 2 М) (эпюра 21, Фиг. 2). Управление этим элементом производится потенциалом 1-сп 2 М (эпюра 16, фиг. 2), вырабатываемым инвертором 9 из напряжения 6(2 Я) . Импульсная последовательность с выхода элемента 4 подается на вход счетчика 6. Число, накапливаемое счетчиком б, изменяется за период рабочей частоты на величинуФа ЗЮ 4 й/ с 4 Ггк ./И = -св (а)(1-сссгМ)а= -а +ЖЮ 4 ЫОКО эю(а 1 с 9) СИ= - + - КО Со 592 Я ВЯодна из составляющих которой пропорциональна реальной компонентеО, СО 51 преобразуемого сигнала.Ясли отношение усе/2 Я кратноемкости М счетчиков 5-6 и М(Ю/)ГЯ)с("О, с где 7 - количество периодов сигнала, в течение которых производитсяизмерение, то первые слагаемые в выражениях для с/ и Х обращаются в нуль.В этом случае результат Фазочуветвительного преобразования напряжения вцифровой код представляется Формулами/С(= ("с/2 Щ Я) КО 51 С)Ч, И /,-(Я" П//ГЯ)КО СО 5 сРНакопление величин Н и И дляа /51 =оМ иллюстрируется соответственноэпюрами 22 и 23 фиг. 2,Процесс обработки сигнала, осуществляемый с помощью устройства,можно пояснить также и следующим образом. Смешение частот преобразователя1 и делителя 8 частоты эквивалентноумножению преобразуемого напряжения(/(Я 1) на + 1 при Зс)(Я 1 т 7 Г//)0 и на - 1,ЕСЛИ зсС(бИ+Я/4)О. ВЫДЕЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮэлеменгов И 3-4 пачек импульсов соответствует дополнительному умножениюсигнала на Функции 0,5 (1+со ГЩ)О, 5 (1-си 2 ЫЦ . Таким образом, в ка 636нале преобразования реальной компоненты входного напряжения производится умножение сигнала на изменяющуюся но времени величину й"0,5 зпбМ+Х И ) - -с.п 2 й 1)и последующее интегрирование продукта умножения счетчиком б. По терминологии аналоговой техники назовем Й вектороМ коммутации упомянуто го канала (эпюра 24, фиг, 2). Соответственно Й; =О, 5 ьп(Щ Х И)Иси 2 Ж) - вектор коммутации канала преобразования мнимой компоненты сигнала (апюра 25, фиг. 2). Процессы, происходя- )О щие в предлагаемом устройстве, с формальной стороны не отличаются от фаэочувствительного выпрямления релейными аналоговыми системами.Однако, в данном случае фаэочувствительное преобразование осуществляется соверщенно иными, более совершенными техническими средствами.Вспомогательный триггер 10 управляется вырабатываемым формирователем 12 сигналом 4+Яп 2 Я (зпюра 26, фиг. 2), ортогональным напряжению В(2 Ж) . Выходной меандр триггера 1 ЯФ) (эпюра 27, фиг. 2) имеет рабочую частоту и используется для возбуждения исследуемого четырехполюсника в системе определениянапример, квадратурных составляющих его комплексного коэффициента передачи. Для устранения неоднозначности измерений один из выходов триггера 10 соединен с установочным входом триггера 11.Предлагаемая модификация фазочувствительного преобразователя напряжение-цифровой код позволяет заменить реверсивный счетчик импульсов, при 798сутствующйй в составе известных устройств, суммирующим счетчикам импульсов. Благодаря этому существенно увеличивается надежность преобразователя и упрощается его конструкция,Формула изобретенияФазочувствительный преобразователь напряжение-цифровой код, содержащий задающий генератор, подключенный к формирователю ортогональных напряже" ний, автагенератор, измерительный частотный преобразователь, подсоединенный через смеситель частоты и два элемента И к двум счетчикам импульсов, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и увеличения его надежности, введены делитель частоты, триггер и инвертор, причем делитель частоты включен между автогенератором и смесителем частоты, управляющий вход делителя частоты через триггер соединен с выходом формирователя артаганальных напряжений, подключенным к входу одного иэ элементов И непосредственно, а к входу другого элемента И через инвертар.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельства СССР В 4 О 9366, кл. Н ОЗ К 1 З/2 О, 74,2. Федоров И.М, Аппаратура для фаэочувствительных измерений в методе вызванной поляризации. Сб. Иетады изучения поляризации горных пород перемещения током. Свердловск, РИСО, УНЦ АН СССР, 1974, с. 75-81, рис. 1.636798 Составитель Д. Голубовичедактор Б. Павлов Техред. Н,Андрейчук Корректор А.Кравченко ов СССР 4/ атент, г. Ужгород, ул. Проектна Филиал П акаэ 7340/50 Тираж ЦНИИПИ Государственного к по делам иэ 113035, Москва, Ж 44 Подписно тета Совета Минис етений и открытий Раушская наб., д