Фазометрический преобразователь электронно-счетного частотомера

/О 04 О 01 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ к двтоесноьа сеидятельств(71 ) Украинский центр стандартизаци метрологии Госстандарта(56) Авторское свидетельство СССРР 370542, кл. С 01 В 25/00, 1971.Авторское свидетельство СССРУ 378774, кл. 0 О 1 В 25/04, 1977.(57) Изобретение относится к техникеэлектрорадиоизмерений и может быть использовано при разработке фазоизмерительных устройств. Цель изобретения - повышение точности при измерении малых значений угла сдвига фази получение информации о знаке в широком диапазоне частот, Устройствосодержит двухканальный преобразователь 1 частоты, Т-триггеры 2 и 3,асинхронный К-триггер 4, элементы 5и 6 И, блок 7 определения знака, ком"мутаторы 8 и 9, дешифратор 10, реверсивный счетчик 11, элемент 2 ИЛИ иэлектронно-счетный частотомер 13. Вописании приведены временные диаграммы, пояснякнцие работу устройства. Ф2 ил,е5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к техникеэлектро-радиоизмерений и может бытьиспользовано при разработке фазоизмерительных устройств.Цель изобретения - повышение точности при измерении малых значенийугла сдвига фаз и получение информации о его знаке в широком диапазонечастот,На фиг, 1 изображена структурнаясхема фазометрического преобразователя электронно-счетного частотомера(ЭСЧ); на. фиг. 2 - временные диаграммы его работы.Фаэометрический преобразовательЭСЧ содержит двухканальный преобразователь 1 частоты (ЩИЧ), Т-триггеры 2 и 3, 1 К-триггер 4,элементы И 5и 6, блок 7 определения зиака,коммутаторы 8 и 9, деюв 9 ратор 1 О, реверсивный счетчик 11, элемент ИЛИ 12 иэлектронно-счетный частотомер 13.При этом входами фазометрическогопреобразователя ЭСЧ являются первыйи второй входы двухканального преобразователя 1 частоты, выходы которого соединены с входами Т-триггеров2 и 3.Прямые выходы Т-триггеров 2 и 3соединены с входамн 1 К-триггера 4,при этом прямой выход Т-триггера 3соединен также с входом элемента И 5и с первым входом электронно-счетного частотомера 13, а инверсный выходТ-триггера 3 соединен с входом элемента И 6. Прямой и инверсный выходы1 К-триггера 4 подключены к входамэлементов 5 и 6, другие входы которых соединены с высокочастотным выходом электронно-счетного частотомера 13 и с синхронизируемыми входомдвухканального преобразователя 1частоты. Выходы элементов 5 и 6 соединены с информационными входами логических коммутаторов 8 и 9, первыевыходы которых подключены к выходамсуммирования и вычитания реверсивного счетчика 11, а вторые выходы через элемент ИЛИ 12 подключены к входу электронно-счетного частотомера 13. Информационный кодовый выходреверсивного счетчика 11 соединенс входом дешифратора 10, выходы которого подключены к управляющим входам коммутаторов 8 и 9 и к входамблока 7 определения знака. Фазометрический преобразовательЭСЧ работает следующим образом. Синусоидальные напряжения одинаковой частоты Г, сдвиг фаз междукоторыми подлежит измерению, поступают на опорный и измерительный входы двухканального преобразователя 1частоты, который осуществляет перенос сдвига фаз между его входныминапряжениями и напряжением фиксированной частоты Г на его выходе.В основу работы ДКПЧ могут быть по-.ложены различные принципы, например,фазоразностный, гетеродинный, стробоскопический н т.д.Для того, чтобы индикация измеренного значения сдвига фаз осуществлялась в градусной мере, необходимо,чтобы частота выходных напряженийДКПЧ была в определенное число раэниже частоты напряжений на его синхроииэирующем входе.Для нормальной работы последующих элементов напряжения на выходеДКПЧ должны иметь форму импульсов смалым временем нарастания, что обеспечивается с помощью входящих в егосостав формирователей.Кроме того, в состав ДКПЧ можетвходить установочный фазовращатель,позволяющий компенсировать вносимыеканалами преобразования частоты фазовые сдвиги,Далее с выходов двухканального преобразователя 1 частоты сигналы . фиксированной промежуточной частоты Т в виде импульсных напряжений, сформированных, например, с помощью усилителей-ограничителей, поступают на счетные входы Т"триггеров 2 и 3, которые;осуществляют деление на 2, частоты входных сигналов и обеспечивают высокую крутизну фронтов выходных импульсов, Сигналы с прямых выходов Т-триггеров 2 и 3 поступают соответственно на входы 1 и К асинхронного 1 К-триггера 4, который обеспечивает формирование импульсов длительность которых пропорциональна сдвигу фаз входных сигналов, причем нулевому сдвигу фаэ соответствует скважинность импульсов на его выходе равная 2. Применение асинхронного триггера 1 К-типа позволяет при раздельном запуске сформировать выходной импульс произвольной длительности независимо от длительности запускающих импульсов. В этом случае минимальная длительность выходного510 15 20 импульса определяется только быстродействием 1 К-триггера.Сигнал с прямого выхода триггера 4 поступает на один из входов элемента 5, на второй и третий входы этого элемента подаются соответственно сигнал с прямого выхода триггера 3 и сигнал опорной частоты Гоп с высокочастотного выхода электронно-счетного частотомера 13. Аналогич. но на первый, второй и третий входы элемента И 6 подаются соответственно сигнал с инверсного выхода триггера 4, сигнал с инверсного выхода триггера 3 и сигнал опорной частоты с частотомера 13. На выходе элементов И 5 или И 6 в зависимости от знака сдвига фаэ входных сигналов формируются пакеты импульсов опорной частоты (счетиых импульсов), при этом число импульсов в пакете пропорционально сдвигу фаз входных сигналов (временные диаграммы на фиг. 2),Указанные пакеты счетных импульсов с выходов элементов И 5 и 6 поступают соответственно на входы коммутаторов 8 и 9, Первые выходы коммутаторов 8 и 9 подключаются к входам суммирования и вычитания реверсивного счетчика 11, а вторые выходы коммутаторов соединены с входами элемента ИЛИ 12.На входы управления коммутаторов 8 и 9 подаются сигналы с выходов дешифратора О, входы которого подключены к информационному выходу реверсивного счетчика 11.Сигнал "1" на одном из выходов дешифратора 10 появляется только в том случае, когда состояние реверсивного счетчика определяется некоторым числом А 1, определяемым, в свою очередь, кодом на выходах триггеров реверсивного счетчика. Точно также единичный сигнал на втором выходе, дешифратора 10 обусловлен состоянием реверсивного счетчика, определяемым числом А 2. Указанные числа (коды) 1выбраны таким образом, что количество счетных импульсов, переводящих реверсивный счетчик 11 из состояния А 1 в состояние А 2 одинаково как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания, и равно половине его емкости.Коммутаторы 8 и 9 выполнены на дискретных логических элементах и функционируют таким образом, что при 25 30 35 40 45 50 55 сигнале "0" на их выходах управления импульсы, поступающие на вход коммутатора, проходят только на вход ;суммирования (вычитания) реверсивного счетчика 11, а при подаче на входы управления сигнала "1" те же импульсы проходят только на вход элемента ИЛИ 12.При измерении относительно больших сдвигов фаз входных сигналов пакеты счетных импульсов появляются на выходе лишь одного элемента И 5 или 6 (в зависимости от знака).При этом в случае произвольного состояния реверсивного счетчика 11 счетные импульсы через коммутатор 8 и 9 поступают на вход суммирования или вычитания этого счетчика, в котором происходит изменение кода до тех пор, пока не будет достигнуто состояние А 1 или А 2. В этот момент соответствующий коммутатор 8 или 9 переключается, реверсивный счетчик 11 прекращает счет и остается в состоянии А 1 или А 2, а счетные импульсы через элемент ИЛИ 12 поступают на второй вход электронно-счетного частотомера 13, работающего в режиме измерения отношения частот. На первый вход частотомера 13 при этом поступает напряжение частоты Г /2 с выхода тригге 6ра 3. Соотношение опорчой Г и проонмежуточной Г частот выбрано исходя из выражения=36 1 О Г, где ъ=1,Ф2,3 Этим обеспечивается индикация результата измерения на устройстве цифровой индикации электронно-счетного частотомера непосредственно в градусной мере.1В случае измерения небольших углов сдвига фаэ за счет флуктуаций сдвига фаз сигналов промежуточной частоты, внесенных двухканальным преобразователем 1 частоты, а также флуктуаций, присущих собственно входным сигналам, счетные импульсы могут появляться с некоторой вероятностью на выходах обоих элементов И 5 и 6 в течение цикла измерения. При этом на выход элемента ИЛИ 12 поступает число счетных импульсов, равное абсолютной величине разности количеств импульсов на выходах элементов И 5 и 6 за время цикла измерения. Так, если после прохождения очередного пакета счетных импульсов с выхода элемента И 5 реверсивный счетчик 1 находился в состоянии А 1, то первыйже импульс на выходе элемента И 6 переведет счетчик в состояние А 1 - 1, прохождение импульсов на вход элемента ИЛИ 12 прекратится, после чего счетчик 11 установится в состояние А 1-И, где И-число импульсов в пакете на выходе элемента И 6. Далее рри появлении импульсов на выходе элемента И 5 реверсивный счетчик 11 перево- О дится этими импульсами из состояния А 1-И в состояние А 1, и только после этого импульсы с выхода элемента И 5 начинают проходить на вход элемента ИЛИ 12. Если среднее число импульсов 15 на выходе элемента И 6 превышает число импульсов на выходе элемента И 5, то счетчик переводится в состояние А 2 и аналогичным образом осуществляет взаимное вычитание количеств им пульсов на выходах элементов И 5 и 6.Таким образом, в случае малых значений измеряемых углов сдвига фаз при наличии Флуктуаций сдвига фаз между сигналами промежуточной часто ты происходит эффективное усреднение измеряемой величины. Например, при среднем значении измеряемого угла сдвига Фаз, равном нулю, импульсы на выходах элементов И 5 и 6 практи чески полностью взаимно вычитаются, в результате чего средняя частота счетных импульсов на втором входе электронно-счетного частотомера 13 близка к нулю.35Емкость реверсивного счетчика 11 выбирается с учетом максимально возможных флуктуаций фазы сигналов промежуточной частоты.Нахождение реверсивного счетчика 40 преимущественно в состоянии А 1 или А 2 определяет знак измеряемого угла сдвига фаз. С целью индикации знака выходные сигналы дешифратора 10 подаются на блок 7 определечия знака, 45 в качестве которого может быть использован, например, ВБ-триггер, выходы которого подключены к устройству индикации, например, светодиодам или светодиодной матрице.50Однозначность определения угла сдвига Фаз предлагаемым устройством сохраняется при произвольном нарушенин (сбое) фазы коммутации счетных Т-триггеров 2 и 3. В этом случае на индикаторе частотомера 13 измеряемый угол Ц после сбоя можетопринять значение 360 -9, однако одновременно знак определяемый блоком 7, изменяется на противоположный,Формула изобретенияФаэометрический преобразователь электронно-счетного частотомера, содержащий электронно-счетный частотомер, двухканапьный преобразователь частоты, синхронизирующим входом соединенный с высокочастотным выходом электронно-счетного частотомера, два Т-триггера, подключенных к выходам двухканального преобразователя частоты, и первый элемент И, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при измерении малых значений угла сдвига Фаз и получения информации о его знаке в широком диапазоне частот, он снабжен асинхронным ТК-триггером, вторым элементом И, двумя коммутаторами, элементом ИЛИ, реверсивным счетчиком, дешифратором и блоком определения знака, причем выход первого Т-триггера подключен к 3 -входу, а второго - к К-входу асинхронного ЭХ-триггера, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И, вторые входы которых соединены с высокочастотным выходом электронно- счетного частотомера, третьи - соответственно с прямым и инверсным выходами второго Т-триггера, а выходы через коммутаторы соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, а также с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом электронно-счетного частотомера, второй вход которого соединен с прямым выходом второго Т-триггера, при этом информационный выход реверсивного счетчика соединен с входом дешифратора, выходы которого соединены с входами коммутаторов и блока определения знака.12 5052 тано оставитель М ехред З.Пали Корректор С, Шекиаре Редактор Е. Коп Патент" город, ул. Проектна иал Заказ 903/53 Тираж 730 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4