Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 01 К 25/00 Е СВИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСК(21) (22) (46) (71) ектно матиз транс К,(56) ры. -Ав В 798 (54) (5 7) мацио ЦИФРОВОЙ Ф Изобретени нно-измери азначено дл сдвига фа я к инФорхнике иия среднего умя синусои между дву- лектрических относ т пре измермежду ниями ными напряж следовательностями ьсов. Цель изобрет ия - повыние содер ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ОПИСАНИЕ И 4194609/24-2116.02.8730,08,88. Бюл. 11 р 32Научно-исследовательский и про-конструкторский институт автоированных систем управления портом газаМ.ВаХохряков, А.Е,Редькин .Уманец621.317(088.8)Смирнов П.Т. ЦиФровые фазомет-, Л,: Энергия, 1974, рис. 35.торское свидетельство СССР 622, .кл. С 01 К 25/00, 1981,АЗОМЕТР очности измерения. Устроиство т схему 1 управления, Формиро.ЯОдд ватели 2 и 2 1 импульсов, Фазовый дискриминатор 4, элементы И 5, 12, 23 и 28, счетчик 6 пачек импульсов, Формирователи 3 и 7 входного сигнала, регистр 9, триггер 10 коррекции, блок 11 увеличения длительности входного импульса, блок 14 нормализации, задающий генератор 15, Фильтр 16 низкой частоты, счетчик 17 времени задержки, преобразователь 2" напряжение - частота, вычитающий счетчик 24 импуль сов, анализатор 25 нуля и счетчик 27 результата. В циФрогсй Фазометр дополнительно введены переключающий элемент 13 последов-тельно включенные счетчик 18 коррекццир преобразо- аЩ ватель 19 код - напряжение и суммирующий элемент 20. Это обеспечивает существенное снижение низкочастотной составляющей лотрешяости еоиетра путем уменьшения влияния на точность устройства параметров блока 14 нормализации и преобразователя 22 напряжение - частота. 2 ип.Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения среднего угла сдвига Фаз между двумя сипусоидальными напряжениями или между двумя последовательностями электрических импульсов.Цель изобретения - повышение точности измерения.На фиг,1 представлена структурная схема устройства; на Фиг,2 - временные диаграммы работы характерных точек схемы.В состав устройства входят схема1 управления, формирователь 2 импульсов, формирователь 3 входного сигнала, фазовый дискриминатор 4, элементИ 5, счетчик 6 пачек импульсов, формирователь 7 входного сигнала., формирователь 8 импульсов, регистр 9,триггер 10 коррекции, блок 11 увеличения длительности входного импульса,элемент И 12, переключающий элемент13, блок 14 нормализации, задающий 25генератор 15, фильтр 16 низкой частоты, счетчик 17 времени измерения,счетчик 18 коррекции, преобразователь19 код-напряжение, суммирующий элемент 20, формирователь 21 импульсов, 30преобразователь 22 напряжение-частота(ППЧ), элемент И 23, вычитающий счетчик 24 импульсов, анализатор 25 нуля, элемент И 26, счетчик 27 результата, первый 28 и второй 29 измери 35тельные входы Фазометра, первый - пятый командные выходы 30-34 схемы 1управления, синхронизирующий выход 35схемы управления, соответственно первый 36 и второй 37 синхронизирующие 40входы схемы управления, управляющиевход 38 и выход 39 схемы управления. Схему 1 управления образуют Формирователи 2, 8 и 21 импульсов, триггер 10 коррекции, элемент И 12, задающий генератор 15 и счетчик 17,времени измерения.Измерительные входы 28 и 29 фазометра подключены через Формирователи 3 и 7 к входам фазового дискриминатора 4, выход которого соединен с первым входом элемента И 5, входом блока 11 увеличения длительности и через переключающий элемент 13 с входом блока 14 нормализации. Кроме того, выходы формирователей 3 и 7 через синхронизирующие входы 36 и 37 соединены с входами формирователей 2 и.8. В схеме 1 управления выход задающего генератора 15 через синхронизирующий выход 35 подключен к второмувходу элемента И 5 и входу счетчика17, выход которого связан через первый командный выход 30 с первым входом элемента И 26 и через формирователь 21 и пятый командный выход 34с установочными входами счетчика 18,выход формирователя 8 через третийкомандный выход 32 соединен с входомзаписи регистра 9, выход формирователя 2 связан с С-входом триггера 10,первым входом элемента 12 и черезвторой командный выход 31 с входом1записи вычитающего счетчика 24, единичный выход триггера 10 через второйвход элемента И 12 и через четвертыйкомандный выход 33 связан со счетным1входом счетчика 18, нулевой выходтриггера 10 через управляющий выход39 подключен к управляющему входупереключающего элемента 13,Выход счетчика 18 через преобразователь 19 код-напряжение связан спервым входом суммирующего элемента20, второй вход которого через Фильтр16 подключен к выходу блока 14 нормализации. Выход суммирующего элемента20 через преобразователь 22 напряжение-частота связан с первым входомэлемента И 23, выход которого соеди- .нен со счетным входом счетчика 24 ичерез второй вход элемента И 26 свходом счетчика 27,Выход счетчика 24 подключен к входу анализатора 25 нуля, выход которого связан со вторым входом элемента И 23 и через управляющий вход 38с Р-входом триггера 10 коррекции.Выход элемента И 5 соединен сосчетным входом счетчика б, разрядныевыходы которого через регистр 9 связаны с разрядными входами счетчика 24.Устройство работает следующим образом.Цикл измерения состоит из двух режимов - коррекции (Р 1) и измерения(Р 2), длительности которых равны иопределяются объемом счетчика 17 времени измерения.Рассмотрим работу устройства с момента начала режима Р 1 (момент времени с, на фиг.2) .Измерительные входы 28 и 29 фазометра подключены к входам соответствующих Формирователей 3 и 7, вырабатывающих прямоугольные импульсы, 342 временной сдвиг между которыми про- порционален Фазовому сдвигу р между входными сигналами. Поступившие на входы фазового дискриминатора 4 импульсы преобразуются им в последовательность прямоугольных импульсов с длительностью ЬТ и периодом, равным периоду входных сигналов Т.Выходные импульсы дискриминатора 4 преобразуются с помощью элемента И 5 в пачки импульсов (квантующие импульсы с периодом Тнепрерывно посту - пают с синхронизирующего выхода 35 схемы 1 управления на второй вход двухвходового элемента И 5.В режиме коррекции пачки импульсов через переключающий элемент 13 поступают на вход блока 14 нормализации, минуя блок 11 увеличения длительности входного импульса.Блок 14 нормализации осуществляет нормализацию амплитуды импульсов,т.е, ограничение амплитуды на неко- торых уровнях Умас х омиФильтр 16 низкой частоты выделяет постоянную составляющую нормализованного напряженияпост минмакс Пми )054 7который осуществляет перепись кода из регистра 9 в счетчик 24, Этот же сигнал, поступая на С-вход триггера 10, осуществляет через управляющий вход 38 схемы 1 управления перепись состояния анализатора нуля 25 в триггер 10 30 10 15 20 25 коррекции.При наличии в счетчике 24 кода,отличного от нуля, на выходе анализатора 25 нуля образуется разрешающийпотенциал, подаваемый на второй входэлемента И 23, импульсы преобразозателя 22 через элемент 23 поступают навход вычитающего счетчика 24 и навторой вход элемента И 26. На первыйвход элемента И 26 с выхода счетчика17 времени измерения через первый командный выход 30 схемы 1 управленияпоступает запрещающий потенциал, поэтому импульсы на вход счетчика результата 27 не проходят,В начале режима коррекции с помощью формирователя 21 импульса (Гна Фиг.2) через пятый командный выход 34 схемы 1 управления в счетчи-ке 18 коррекции устанавливается максимальное значение кода ,Хмнафиг,2), под воздействием которогопреобразователь 19 код-напряжение .сы40 45 50 55 х -6 ТТ фкоторая поступает через суммирующийэлемент 20 на вход преобразователя 22напряжение-частота с характеристикойвида: пч К Пех эгде К - коэффициент пропорциональности.Влияние на работу устройства преобразователя 22 постоянной составляющей выходного напряжения фильтра 16 низкой частоты может быть устранено путем введения соответствующего смещения на входе суммирующего элемента 20.Счетчик 6 регистрирует число импульсов, содержащихся в каждой пачке, поступающей с выхода элемента И 5.По переднему фронту импульса формирователя 7 с третьего командного выхода 32 схемы 1 управления поступает формируемый Формирователем 8 импульсов сигнал, осуществляющий перепись кода счетчика 6 в регистр 9.По переднему Фронту импульса формирователя 3 на втором командном выходе 31 схемы 1 управления образуется Формирователем 2.импульсов сигнал,рабатывает напряжение, поступающеена суммирующий элемент 20 х полярностькоторого противоположна полярностинапряжения, поступающего с Фильтра16 низкой частоты. В этом случае частота, вырабатываемая преобразователем22, минимальна и содержимое счетчика24 за время периода входного сигналаТ не успевает уменьшиться до нуля,На выходе анализатора 25 нуля сохраняется разрешающий потенциал, который устанавливает триггер 10 коррекции в единичное состояние. С единичного выхода триггера 10 разрешающий потенциал поступает на второй вход элемента И 12 и очередной импульс ЬТ, через первый вход элемента И 12 и четвертый командный выход 33 схемы 1 управления поступает на вход счетчика 18 коррекции, Это приводит к уменьшению ча единицу содержимого счетчика 8, что, в свою очередь, приводит к уменьшению на шаг квантования напряжения на выходе преобразователя 19. Напряжение на входе преобразователя 22 увеличивается, следовательно, увеличивается и частота Гпч5Процесс увеличения частоты ПНЧпродолжается до тех пор, пока частота Г не достигнет такого значения,когда содержимое счетчика 24 за времяпериода входного сигнала успеваетуменьшиться до нуля. В этот моментанализатор 25 нуля выдает запрещающий потенциал и триггер 10 устанав"ливается в нулевое состояние. С второго входа элемента И 12 снимаетсяразрешающий потенциал и импульсы 6 Тперестают поступать на вход счетчика 18 коррекции. В счетчике 18 фиксируется значение кода, соответствующее напряжению, которое определяетрабочую точку преобразователя 22 напряжение-частота,При установке триггера 10 коррекции в нулевое состояние на управляющий вход переключающего элемента 13через выход 39 схемы 1 управления поступает разрешающий потенциал и навход блока 14 нормализации поступаютимпульсы увеличенной длительности 25Т =Т + Т,В момент временизаканчиваетсярежим коррекции и начинается режимизмерения.В режиме измерения с выхода счетчика 17 времени измерения разрешающий потенциал через первый командныйвыход 30 схемы 1 управления поступаетна первый вход элемента И 2 б, и импульсы с выхода преобразователя 22через элемент И 23 поступают на вход35счетчика 27 результата, Число, полученное в счетчике 27 результата завремя измерения, пропорционально среднему углу сдвига фаз между исследуемыми сигналами.Таким образом, введение в составфазометра последовательно включенныхсчетчика коррекции, преобразователякод-напряжение и суммирующего элемен 45та, один из входов которого связан сфильтром низкой частоты, а также переключающего элемента обеспечиваютсущественное снижение низкочастотнойсоставляющей погрешности фазометрапутем уменьшения влияния на точностьустройства параметров блока нормализации и преобразователя напряжениечастота.Формула и з обретения55Цифровой фазометр, содержащий схему управления, синхронизирующие входы 47 6которой подключены к двумформирователям входных сигналов, соединенных через фазовый дискриминатор с блоком увеличения длительности входного импульса, последовательно соединенные блок нормализации и фильтр низкой частоты, а также первый элемент И, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора, а выход подключен к счетному входу счетчика пачек импульсов, который поразрядно соединен с последовательно включеннь 1 ми регистром и вычитающим счетчиком, выход которого через анализатор нуля соединен с первым входом второго эле 1мента И, второй вход которого подключен к выходу преобразователя напряжение-частота, а выход второго элемента И соединен со счетным входом вычитающего счетчика и через первый вход третьего элемента И - с входом счетчика результата, второй вход третьего элемента И подключен к первому командному выходу схемы управления, второй и третий командные выходы соединены соответственно с входами записи вычитающего счетчика и регистра, а синхронизирующий выход схемы управления соединен с вторым входом первого элемента И, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены переключающий элемент, последовательно соединенные счетчик коррекции, преобразователь код-напряжение и суммирующий элемент, второй вход которого соединен с выходом фильтра низкой частоты, а выход суммирующего элемента подключен к входу преобразователя напряжение-частота, первый вход переключающего элемента соединен с входом блока увеличения длительности входного импульса, второй вход - с выходом указанного блока, выход переключающего элемента подключен к входу блока нормализации, а управляющий вход переключающего элемента связан с управляющим выходом схемы управления, четвертый командный выход схемы управлениясоединен со счетным входом счетчика коррекции, установочные входы которого подключены к пятому командному выходу схемы управления, при этом выход анализатора нуля соединен с управляющим входом схемы управления.1 42054 КС уст Составитель Техред Л.Ол.Воронинанык Корректор М.Демч актор Л.Пчолин аказ 4326/5 Тираж 772 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, РаушскПодписнотета СССР открытии я наб., д, 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4